UG平台下数控加工刀具路径的应用研究

2013 届本科毕业设计（论文）本科生毕业设计说明书（毕业论文）题 目： 学生姓名： 学 号：专 业： 2013 届本科毕业设计（论文）摘要对于机电产品来说，其设计、制造水平、产品的质量、成本及生产周期是息息相关的。随着现代科学技术的发展， 特别是计算机技术的突飞猛进， 人工设计、单件生产这些传统的设计与制造方式已无法适应现代工业发展的要求， 采用计算机辅助设计及制造（Computer Aided Design and Computer Aided Manufacturing，简称 CAD/CAM）技术已成为整个制造行业当前和将来技术发展的重点和趋势。数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础， 是提高产品质量、劳动生产率必不可少的手段。在数控加工过程中， 加工程序的编制是基础性工作， 因此 CAD/CAM 技术对数控加工领域来说就显得很重要。CAD/CAM 软件系统是由多个功能模块组成的， 如三维绘图、图形编辑、曲面、数控加工、仿真模拟、动态显示等。这些模块以工程数据库为基础， 进行统一管理， 既保持了底层数据的完整性和一致性， 实现了数据共享， 又节约了系统资源和运行时间。本文是关于 UG 平台下数控加工中刀具路径的应用研究，即在采用 UG CAM 技术进行仿真加工时，为了完成高质量的型面数控加工, 如何合理地生成控制刀具运动的加工程序。关键词：刀具路径 数控加工 UG NX4.02013 届本科毕业设计（论文）AbstractFor the mechanical and electrical products, its design, manufacturing, product quality, cost and production cycles are closely related. With modern science and technology development, especially in the rapid development of computer technology, artificial design, a single production of these traditional design and manufacturing methods have been unable to adapt to the demands of modern industrial development, using computer-aided design and manufacturing (Computer Aided Design and Computer Aided Manufacturing, referred to CAD / CAM) technology has become the manufacturing industry at present and the future development of key technologies and trends. NC technology is the manufacturing automation, flexible and integrated production base, is a essential method to improve the quality of products, labor productivity.In the process of the NC manufacturing, programming the NC processor is the basis for the preparation work, so the CAD / CAM technology is very important in the field of NC manufacturing. CAD / CAM software system is composed of several modules, such as 3-D graphics, graphics editing, surface, NC, simulation, dynamic display, and so on. These modules based on a database project, unified management, while maintaining the underlying data integrity and consistency, data sharing, and also saving system resources and run-time.This paper is about the applied research of NC tool path, used UG CAM technology that in the simulation process, in order to complete the high-quality face NC, how to generate a reasonable control of the processing campaign tool.Key words: Tool Path NC UG NX4.02013 届本科毕业设计（论文）目录摘要 .IABSTRACT .II第一章 绪 论 .11.1 数控加工技术的定义 .11.2 数控加工技术的现状 .11.3 数控加工技术的发展趋势 .21.3.1 高速、高精加工技术 .31.3.2 5 轴联动加工和复合加工机床快速发展 .31.3.3 智能化、开放式、网络化 .31.3.4 重视新技术标准、规范的建立 .41.4 CAD/CAM 软件在数控加工中的应用 .51.4.1 CAD/CAM 在数控加工中的基本功用。 .51.4.2 CAD/CAM 软件的优缺点。 .61.5 设计前言 .6第二章 刀具路径中的走刀方式和切削方向的选择 .82.1 走刀方式和切削方向 .82.2 走刀方式 .82.3 刀具运动轨迹生成中的走刀方式和切削方向的选择 .82.3.1 二轴半加工方式 .82.3. 2 三维曲面加工方式 .92.4 本章小结 .12第三章 刀具路径在高速铣削中的应用研究 .143.1 高速切削技术及其刀具路径 .143.1.1 高速切削技术发展现状与优点 .143.1.2 高速削刀具路径的确定 .143.2 高速铣削时生成刀具路径的优化策略 .163.2.1 高速铣削编程时需要注意的几个原则 .163.2.2 高速铣削时刀具路径生成的策略 .163.2.3 高速铣削程序后置处理时优化 .203.3 高速粗铣削加工淬硬钢时刀具路径方案的选择 .203.3.1 实验过程 .213.3.2 结果与讨论 .223.3.3 研究结果 .233.4 本章小结 .24第四章 UG CAM 刀具路径创建应用基础 .254.1 初始化加工环境 .254.1.1 选择加工配置文件 .252013 届本科毕业设计（论文）4.1.2 选择模板零件 .254.1.3 初始化加工环境 .254.2 操作导航器 .254.2.1 操作导航器视图 .254.2.2 参数继承关系 .274.3 创建几何 .274.3.1 创建加工坐标系 .284.3.2 创建铣削几何 .284.3.3 创建铣削边界 .294.3.4 创建铣削区域 .294.4 创建刀具 .304.5 创建加工方法 .304.5.1 设置加工余量和公差 .304.5.2 设置进给量 .314.6 创建程序 .334.7 创建操作 .344.8 本章小结 .35第五章 减速箱部分零件刀具路径的应用研究 .365.1 减速箱端盖加工刀具路径的应用研究 .365.1.1 确定端盖数控加工的平面和孔 .365.1.2 确定走刀路线和安排加工顺序 .375.1.3 确定定位和夹紧方案 .385.1.4 确定切削用量 .385.1.5 制订数控加工技术文件 .405.1.6 数控刀具的参数信息 .415.1.7 生成刀轨 .415.1.8 进行切削仿真 .415.1.9 输出 CLSF 文件 .425.2 减速箱低速轴加工刀具路径的应用研究 .425.2.1 确定走刀路线和安排加工顺序 .435.2.2 确定切削用量 .465.2.3 确定定位和夹紧方案 .465.2.4 制订数控加工技术文件 .465.2.5 数控刀具的参数信息 .475.2.6 生成刀轨 .485.2.7 进行加工仿真 .485.2.8 生成 CLSF 文件 .485.3 本章小结 .48本文总结 .49设计总结 .50致谢 .51参考文献 .522013 届本科毕业设计（论文）科技译文 .53THE DEVELOPMENT OF NC .53现代制造技术及其发展 .56ADVANCED PROCESSING TECHNOLOGY DEVELOPMENTS .58模具加工技术的最新发展 .612013 届本科毕业设计（论文）第一章 绪 论1.1 数控加工技术的定义一般来说，计算机辅助制造(Computer Aided Manufaturing,CAM)包括计算机辅助生产计划、计算机辅助工艺过程设计、计算机数控编程、计算机控制加工过程等内容而其中的数控加工编程则是计算机辅助制造(CAM)的关键内容。所谓数控加工技术，主要是指用记录在媒体上的数字信息对专用机床实施控制，使其自动完成规定加工任务的一门编程技术。运用数控加工可以保证产品达到极高的加工精度和稳定的加工质量；操作过程可以实现自动化；生产准备周期短；可以大量节省专用工艺设备，适应产品快速更新换代的需要。它与 CAD 紧密衔接，可以直接从产品的数字定义产生加工指令，从而保证零件具有精确的协调和互换性；产品最后用坐标测量机检验可以严格控制外形和尺寸精度。零件形状越复杂，加工精度越高，设计更改越频繁，生产批量越小，数控加工的优越性就越容易得到发挥。例如：在卷烟机械行业新产品研发过程中，需要经过无数次的设计、优化与试制，最后才能获得成功，这些都离不开数控加工编程技术。数控加工编程技术在现代机械产品生产中占有举足轻重的地位，得到了广泛的应用。数控加工是依靠程序来控制数控专用机床的加工过程的，因此数控加工程序是十分重要的环节，必须认真对待。一个理想的数控加工程序不仅能保证加工出符合设计要求的合格零件，同时也可使数控机床的功能得到合理的应用和充分的发挥以及安全可靠地工作。1.2 数控加工技术的现状随着制造业的发展，中小批量生产的趋势日益增强，对数控机床的柔性和通用性提出了更高的要求，希望市场能提供不同加工需求、迅速高效、低成本地构筑面向用户的控制系统，并大幅度地降低维护和培训成本，同时还要求新代数控系统具有方便的网络功能，以适应未来车间面向任务和定单的生产组织和管理模式。为此，近 10年来，随着计算机技术的飞速发展，各种不同层次的开放式数控系统应运而生，发展很快。目前正朝标淮化开放体系结构的方向前进。就结构形式而言，当今世界上的数控系统大致可分为如下 4 种类型。(1)传统数控系统。例如 FANUC0 系统、MITSUBISHI 系统、Siemens810 系统等。这是一种专用的封闭体系结构的数控系统。尽管也可以使用人机界面，但是必须使用专2013 届本科毕业设计（论文）门的开发工具(如 Siemens 的 WS800A)，耗费较多的人力，而对它的功能扩展、改变和维修，都必须求助于系统供应商。目前这类系统还是占领了制造业的大部分市场。但由于开放体系结构数控系统的发展，传统数控系统的市场正在受到挑战，已逐渐减小。(2)“PC 嵌人 NC”结构的开放式数控系统。如 FANUC18i、16i 系统、Siemens840D系统、Num1060 系统、AB9/360 等数控系统。这是由于一些数控系统制造商不愿放弃多年来积累的数控软件技术，又想利用计算机丰富的软件资源面开发的产品。然面，尽管它也具有一定的开放性但由于它的 NC 部分仍然是传统的数控系统，其体系结构还是不开放的。因此，用户无法介入数控系统的核心。这类系统结构复杂、功能强大，但价格昂贵。(3)“NC 嵌入 PC”结构的开放式数控系统。它由开放体系结构运动控制卡+Pc 机构成。这种运动控制卡通常选用高速 DSP 作为 CPU，具有很强的运动控制和 PLC 控制能力。它本身就是一个数控系统，可以单独使用。它开放的函数库供用户在 WINDOWS 平台下自行开发构造所需的控制系统。因而这种开放结构运动控制卡被广泛应用于制造业自动化控制各个领域。如美国 Delta Tau 公司用 PMAC 多轴运动控制卡构造的 PMAC-NC 数控系统、日本 MAZAK 公司用三菱电机的 MELDASMAGIC64 构造的 MAZATROL CNC 等。(4)SOFT 型开放式数控系统。这是一种最新开放体系结构的数控系统。它提供给用户最大的选择和灵活性，它的 CNC 软件全部装在计算机中，而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部 I/O 之间的标准化通用接口。就像计算机中可以安装各种品牌的声卡、CD-ROM 和相应的驱动程序一样。用户可以在 WINDOWS NT 平台上，利用开放的 CNC 内核，开发所需的各种功能，构成各种类型的高性能数控系统。与前几种数控系统相比，SOFT 型开放式数控系统具有最高的性能价格比，因而最有生命人。其典型产品有美国MDSI 公司的 Open CNC、德国 Power Automation 公司的 PA8000 NT 等。我国的数控技术经过近明年的发展，基本上掌握了这一领域的关键技术，建立了数控开发生产基地，培养了一批数控人才，初步形成了自己的数控产业。 “八五”期间开发的成果华中 I 号、中华 I 号、航天 I 号和蓝天 I 号 4 种基本系统建立了具有中国自主版权的数控技术平台。具有中国特色的经济型数控系统经过这些年来的发展，有了较大的改观。产品的性能和可靠性有了较大的提高，它们逐渐被用户认可在市场上站住了脚。如上海开通数控有限公司的 KT 系列数控系统和步进驱动系统、北京凯恩帝数控技术有限公司的 KND 系列数控系统、广州数控设备厂的 GSK 系列数控系统等。这些产品的共同特点是数控功能较齐全，价格低，可靠性较好。1.3 数控加工技术的发展趋势数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的2013 届本科毕业设计（论文）象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，对国计民生的一些重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等)的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面。1.3.1 高速、高精加工技术效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为 5 大现代制造技术之一，国际生产工程学会(CIRP)将其确定为 21 世纪的中心研究方向之一。在轿车工业领域，年产 30 万辆的生产节拍是 40 秒辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和航天工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋刚度很差，材料为铝或铝合金只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。在加工精度方面，近 10 年来，普通级数控机床的加工精度已由 10 m 提高到5 m，精密级加工中心则从 3 m-5 m，提高到 1 m -15 m，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01 m)。在可靠性方面，国外数控装置的 MTBF 值已达 6000h 以上伺服系统的 MTBF 值达到 30000h 以上，表现出非常高的可靠性。为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。1.3.2 5 轴联动加工和复合加工机床快速发展采用 5 轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅租糙度低，面且效率也大幅度提高。一般认为，1 台 5 轴联动机床的效率可以等于 2 台 3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5 轴联动加工可比 3 铀联动加工发挥更高的效益。但过去因 5 轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比 3 轴联动数控机床高出数倍加之编程技术难度较大，制约了 5 轴联动机床的发展。当前由于电主轴的出现，使得实现 5 轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型5 轴联动机床和复合加工机床(含 5 面加工机床)的发展。1.3.3 智能化、开放式、网络化21 世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控技术系2013 届本科毕业设计（论文）统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载、自动选定模型、自整定等；简化编程角化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容，方便系统的诊断及维修等。为解决传统的数控技术系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题，目前许多国家对开放式数控技术系统进行研究，如美国的 NGC(The Next Generation Work-Station/Machine Control)、欧共体的 OSACA(Open System Architecture for Control within Automation Systems)、日本的 OSEC(Open System Environment for Controller)以及中国的 0NC(Open Numerical Control System)等。数控技术系统开放化已经成为数控技术系统发展的未来之路。所谓开放式数控技术系统就是数控技术系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象(数控功能)，形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年准出了相关的新概念和样机，都反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。1.3.4 重视新技术标准、规范的建立1关于数控系统设计开发规范如前所述，开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划并进行开放式体系结构数控系统规范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界 3 个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和规范的制定，预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在 2000年也开始进行本国的 ONC 数控系统的规范框架的研究和制定。2关于数控标准数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。数控技术诞生后的 50 年间的信息交换都是基于 ISO6983 标准即采用 G、M 代码描述如何加工，其本质特征是面向加工过程，显然已经越来越不能满足现代数控技术高速发展的需要。为此，国际上正在研究和制定一种新的 CNC 系统标准 ISO4649(STEP-NC)，其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型，从而实现整个制造过程，乃至各个工业领域产品信息的标准化。STEP-NC 的出现可能是数控技术领域的一次革命，对于数控技术的发展乃至整个制2013 届本科毕业设计（论文）造业，将产生深远的影响。首先，STEP-NC 提出一种崭新的制造理念，传统的制造理念中，NC 加工程序都集中在单个计算机上。而在新标准下，NC 程序可以分散在互联网上，这正是数控技术开放式、网络化发展的方向。其次，STEP-NC 数控系统还可大大减少加工图纸(约 75)、加工程序编制时间(约 35)和加工时间(约 50)。目前，欧美国家非常重视 STEP-NC 的研究，欧洲发起了 STEP-NC 的 IMS 计划(1999.1.1-2001.12.31)。参加这项计划的有来自欧洲和日本的 20 个CADCAMCAPPCNC 用户、厂商和学术机构。美国的 STEP TOOLS 公司是全球范围内制造业数据交换软件的开发者，已经开发了用作数控机床加工信息交换的超级模型(Super Model)，其目标是用统一的规范描述所有加工过程。目前这种新的数据交换格式已经在配备了 SIEMENS、FIFIA 以及欧洲 OSACANC 数控系统的原型样机上进行了验证。1.4 CAD/CAM 软件在数控加工中的应用随着电子技术在制造业的推广及应用,传统机械加工方法正逐渐被先进的CAD/CAM(计算机辅助设计与制造)所取代。应用传统的加工方法,不仅生产率低,且精度得不到保证,CAD/CAM 软件在机械加工中的应用,为我们开辟了一种新的设计、加工途径,并使机械制造能力上了一个新的台阶。采用这种方法不仅减少了编程人员的计算量,还在一定程度上提高了产品的制造质量和生产效率。1.4.1 CAD/CAM 在数控加工中的基本功用。CAD 能设计制作既满足设计使用要求又适合 CAM 加工的零件模型。优秀的 CAD 系统是一个高效的设计工具， 具有参数化设计功能， 三维实体模型与二维工程图形能相互转化和关联。一个好的 CAD/CAM 软件与其他 CAD/CAM 软件的兼容性是非常重要的， 软件所带的图形文件接口， 要能支持多种图形文件转换， 能从其他系统读取图形文件， 或将本系统的图形文件传送到其他系统。CAM 与 CAD 密不可分， CAM 甚至比 CAD 应用得更为广泛。它能提供一种交互式编程并产生加工轨迹的方法， 它包括加工规划、刀具设定、工艺参数设置等内容。随着对产品形状、质量要求的不断提高， 要求工人高效地制造出高质量以及复杂的产品， CAM 技术不可缺少。在实际应用中， 二者自然紧密结合， 形成 CAD/CAM 系统。此系统大大缩短了产品的制造周期， 显著提高了产品质量， 带来了巨大的经济效益。高档先进的 CAD/CAM 系统提供了一定的 NC 仿真功能，用于检查刀具切削过程的正确性、检查过切和干涉现象等， 但直接通过 NC 代码来驱动仿真加工过程的方法和软件还很少。而在大量使用半手工数控编程的我国制造业， 采用 NC 代码驱动仿真加工过程以检验 NC 代码的正确性是迫切的。特别是如果能将仿真软件直接嵌入到实际的加工系统中使其成为实际 加工的支撑环境， 将具有更为深远的意义。数控加工过2013 届本科毕业设计（论文）程仿真， 保证了数控编程的质量， 减少了试切的工作量和劳动强度， 提高了编程的一次成功率， 缩短了产品设计和加工周期，大大提高生产效率， 产生巨大的经济和社会效益。一般的 CAD/CAM 系统使用后处理程序提供用户化的数控码输出， 使用户能够灵活地使用不同的数控装置。提供后处理和程序， 一般包括车床、线切割、电火花机床或三维五轴数控编程的后处理程序。后处理程序能细调， 以使数控输出符合用户的要求； 能将 NC 程序反向处理， 显示刀具路径。1.4.2 CAD/CAM 软件的优缺点。国内外大量的经验表明， CAD 系统的效益往往不是从其本身而是通过 CAM 和PPC（生产计划与控制）系统体现出来，反过来， CAM 系统如果没有 CAD 系统的支持，花巨资引进的设备往往很难得到有效的利用。PPC 系统如果没有 CAD 和 CAM 的支持， 既得不到完整、及时和准确的数据作为计划的依据， 订出的计划也较难贯彻执行， 所谓的生产计划和控制将得不到实际效益。因此， 人们着手将 CAD、CAE、CAPP、CAM和 PPC 等系统有机地、统一地集成在一起， 从而消除了“自动化孤岛” ， 取得了最佳的效益。采用 CAD/CAM 技术一是减少加工前的准备工作， 可以减少夹具的设计与制造、工件的定位与装夹时间； 二是减少加工误差， 可以在制造加工前进行加工路径模拟仿真， 可以减少加工过程中的误差和干涉检查， 进而节约制造成本； 三是提高加工的灵活性， 配合各种多轴加工机床， 可以在同一机床上对复杂的零件按照各种不同的程序进行加工； 四是生产时间容易控制， 数控加工机床按照所设计的程序进行加工， 可准确地预估加工所需的时间， 以控制零件的制造加工时间； 五是加工重复性好， 设计程序数据可以重复利用。CAD/CAM 任务的实现过程十分复杂， 很难确定地描述其发生的先后顺序， 有时是并行甚至逆向的， 这样必须有人的参与才能给予实现。实践中工人根据图纸要求适当修改生成的代码。CAD/CAM 软件自动编程中， 大多数加工方式默认只能采用直接垂直向下进刀方式， 如“外形铣削” 、 “平面铣削” 、 “曲面精加工”等。立铣刀的端部中心部分没有切削刃， 垂直进刀的切削能力很小， 而键槽铣刀是两刃刀具， 其端部刀刃通过铣刀中心， 有垂直吃刀的能力， 但由于键槽铣刀只有两条切削刃， 加工时不平稳， 在大面积切削中的加工效率较低， 加工零件的表面粗糙度也不太理想。在加工工艺孔时， 该工艺孔的深度控制要准确。深度太浅， 在直接垂直进刀过程中很有可能使立铣刀损坏； 深度太深， 超出了工件要求加工的位置， 会导致工件过切而报废。CAD/CAM 软件将微机与 CNC 机床组成面向车间的系统， 将大大提高设计效率和设计质量， 充分发挥数控机床的优越性， 提高整体生产水平， 实现系统集成和设计制造一体化现在， CAD/CAM 技术在我国经济发展较为活跃的大中城市应用日益广泛。2013 届本科毕业设计（论文）1.5 设计前言毕业设计是学生在走向社会之前最后的也是最重要最为全面 的一次设计，是高等院校为了培养工程技术人员而进行的一次大型综合训练。通过这次设计，可以检验学生综合运用所学专业知识的能力以及独立分析、解决问题的能力。进一步巩固和拓宽所学知识，逐步树立正确的设计思想，增强创新意识和竞争意识，熟悉并掌握设计的一般规律，培养分析问题和解决问题的能力，为日后更好的工作打下坚实的基础。由美国 EDS 公司开发的机械设计集成化软件 Unigraphics(简称 UG)，具有功能强大、性能稳定以及兼容性好、交互性强等特点，近年来在我国机电产品辅助设计和制造领域得到广泛应用。例如在辅助实体造型方面，UG 软件除拥有同类软件所具备的通用功能外，还拥有灵活的复合建模、齐备的仿真照相、细腻的动画渲染和快速的原型工具等卓越功能，其中仅复合建模功能就可以让用户在实体建模、曲面建模、线框建模和基于特征的参数建模等不同辅助设计方式中任意选择，使设计者可以根据工程设计的实际情况确定最佳建模方式，从而得到最佳设计效果。一、基于 UG 软件 CAD 功能的快速设计在现代家电类产品和轻工类产品的开发过程中，不仅会有众多的几何实体造型建模，而且还会有大量的自由曲面造型建模。由于以变量几何和参数设计的复合建模技术为依托，UG 软件能充分满足不同用户在开发新型产品过程中的不同需求。尤其是 UG软件所具有的实体建模(MODELING)、特征建模(FEATURES MODELING)和自由曲面建模(FREE FORM MODELING) 等功能，更使机电产品的造型建模变得快捷、方便和实用。由于 UG 软件构造的曲面是基于 NURBS 技术且是参数化的，因而更加便于修改和完善，这就为机电产品加快更新换代的步伐提供了良好的基础条件。二、基于 UG 软件 CAM 功能的快速制造在采用 UG 软件进行计算机辅助制造过程中，UG 软件提供了一种通过交互式编程以产生精确加工轨迹的方法。借助这一方法，可以建立一种称之为刀具位置源文件（CLSF）的刀具轨迹文件。UG 软件的 CAM 功能允许模具加工者通过观察刀具运动来图形化地编辑刀具轨迹，并进行图形化的修改工作，如延伸、缩短或修剪加工轨迹等。与此同时，CLSF 文件也能相应发生改变。最终的，CLSF 文件经后置处理即可被数控机床接受并用于加工。UG 软件采用 CAM 技术进行 toolpathverify 仿真加工，能交互式地模拟、验证和显示 NC 大局路径，是一种花费少、效率高、不用机床而可进行 NC 加工试验的方法，可免去费力耗时的样件生产，缩短机床调试准备时间，并大大减少刀具磨损量补偿和清理等工作。这对在复杂工件装夹情况下进行加工来说，将大大减少撞刀、碰刀的机会，从而提高了 CAM 的水平和效率。而且，UG 软件可以很方便地对粗2013 届本科毕业设计（论文）加工、半精加工、精加工、根切各程序中的任意一种进行简单的编辑，此后即可完成其他的加工，由此大大提高了 CAM 的编程速度。同时应看到，应用 UG 软件进行三维建模工作，不仅可以把产品用虚拟模型形象直观地表现出来，而且还可进行各零件三维模型的虚拟装配，以检验结构的合理性以及在装配过程中可能发生的干涉，以便及时更正或修改，避免发生设计错误。在计算机上进行虚拟装配和干涉检查，能使设计者在开发时提前发现在样机试制阶段中才出现的问题，节约了样机试制费用，缩短了样机试制周期，对新产品的开发十分有利。2013 届本科毕业设计（论文）第二章刀具路径中的走刀方式和切削方向的选择数控加工是模具制造中的关键技术, 数控加工质量的好坏直接影响模具型面的加工质量, 乃至整套模具的制造质量。为了完成高质量的模具型面数控加工, 必须合理地生成控制刀具运动的加工程序。2.1 走刀方式和切削方向走刀方式是指生成刀具运动轨迹时, 刀具运动轨迹的分布方式。切削方向是指在切削加工时刀具的运动方向。这两个概念在数控加工中是非常重要的,其选择是否合理,将影响零件加工精度和制造成本。选择原则为根据被加工零件表面的几何形状特征, 在保证加工精度的前提下, 使切削加工时间尽可能短,且在切削加工中,刀具受力平稳。2.2 走刀方式在模具表面区域加工的刀具运动轨迹生成技术中,可采用如下 3 种走刀方式。a . 往复型走刀方式。在切削加工中顺铣、逆铣交替进行, 加工效率高, 但加工精度相对低一些。b. 单方向走刀方式。在切削加工中能保证顺铣或逆铣一致性,加工精度较高,可按实际加工选择顺铣或逆铣进行加工。由于该走刀方式在完成一条切削轨迹后, 附加了一条非切削运动轨迹,因此延长了加工时间。c . 环切走刀方式。刀具运动轨迹是由一组封闭的曲线组成的。它主要用于封闭环状曲面的刀具运动轨迹的生成。2.3 刀具运动轨迹生成中的走刀方式和切削方向的选择2.3.1 二轴半加工方式（1） 轮廓加工在编制零件轮廓粗加工程序时, 考虑零件表面余量大,应采用逆铣加工方式,以便减少机床的振动。在编制零件轮廓精加工程序时, 由于精加工要求保证零件的加工精度和表面粗糙度, 应采用顺铣加工方式。在编制轮廓加工程序时, 还应注意的另一个问题是为了防止刀具直接切入工件表面, 留下驻刀痕迹,影响被加工表面粗糙度,应在描述被加工表面的几何元素定义中,在初始切入点处,定义一辅助圆弧段, 这样刀具以2013 届本科毕业设计（论文）圆弧方向切入工件表面,保证了被加工表面的粗糙度。（2） 沟槽加工a . 往复型走刀方式。该加工方式在定义完加工刀具和加工工艺参数后, 能自动地生成行切刀具运动轨迹。为了保证沟槽立面留有少量的加工余量, 最后刀具沿沟槽四周环切一刀,保证其加工精度。b. 环切走刀方式。该加工方式在定义完加工刀具和加工工艺参数后, 能自动地生成环切刀具运动轨迹。为保证沟槽立面的加工精度,在初始环切加工后,在沟槽立面和凸台立面上留有少量的加工余量, 最后刀具沿沟槽立面和凸台立面的周围环切一刀, 保证其加工精度。2.3. 2 三维曲面加工方式1单曲面加工方式（1） 旋转面旋转面按其形状特征分为盘状旋转面和轴类旋转面。对盘状旋转面加工而言, 不论是生成粗加工刀具运动轨迹, 还是精加工刀具运动轨迹 , 应选 Z 坐标值较小的曲面角点为进刀点, 选择环切走刀方式及圆周方向为切削加工方向。其优点是所生成的刀具运动轨迹分布整齐, 便于钳工修整, 刀具受力均匀,排屑方便,切削加工时间短。刀具运动轨迹如图 2-1。图 2-1轴类旋转面应根据粗、精加工要求生成数控加工所需刀具运动轨迹。由于在生成粗加工刀具运动轨迹时, 考虑排屑及加工效率等因素, 故应选择往复型走刀方式。选轴向为切削方向, 且刀具运动轨迹(如图 2-2) 是按先深后浅方式分布。精加工刀具运动轨迹(如图 2-3) 应选择圆周方向为切削加工方向 ,这样能生成均匀、整齐、便于钳工修整的刀具运动轨迹。2013 届本科毕业设计（论文）图 2-2 图 2-3（2）直纹面对于封闭型直纹面而言, 生成这类曲面粗、精加工刀具运动轨迹时,应选择环切走刀方式及周边为切削加工方向, 刀具运动轨迹(如图 2-4) 按先深后浅顺序分布, 以使零件的加工精度、效率及刀具受力状态都处于最佳状态。图 2-4对于非封闭直纹面, 一般选择往复型走刀方式,以减少切削加工时间,同时也能保证零件的加工精度。切削方向应按如下方法进行选择:a . 曲线定义方向的长度远大于直纹方向长度的直纹面,其粗、精加工刀具运动轨迹的切削方向均选为直纹面的曲线定义方向。优点是切削加工时间短且保证加工精度。b. 曲线定义方向的长度与直纹方向的长度基本相等的直纹面, 其粗加工的切削方向应选择直纹方向, 优点是切削加工时间短且刀具受力平稳; 其精加工的切削方向应选择曲线定义方向, 优点是能保证切削加工精度且便于钳工修整。c . 对于曲线定义方向的长度远小于直纹方向的长度的直纹面, 其粗精加工的切削方向的选择方法与第二种情况相同。（3）倒圆曲面倒圆曲面的粗加工刀具运动轨迹, 应选择交线方向为切削方向, 而精加工应选择圆弧方向为切削方向。因为沿交线方向进行加工,能减少加工时间,而沿圆弧方向走刀更能保证表面的加工质量。（4）双方向曲面2013 届本科毕业设计（论文）双方向曲面的粗加工刀具运动轨迹, 应选择曲面较长的方向为切削方向, 其目的是减少切削加工时间; 精加工刀具运动轨迹应选择 Z 坐标值变化较小的曲面等参数曲线的方向为切削加工方向, 这样选择能使刀具在切削过程中受力平稳, 以保证零件的加工精度。（5）修剪曲面在实际数控编程中, 经常要进行修剪曲面的刀具运动轨迹的生成。修剪曲面一般选择往复型走刀方式, 切削方向的选择与非修剪曲面的选择方法相同。修剪曲面的刀具运动轨迹生成方法与非修剪曲面不同之处是修剪曲面的刀具运动轨迹在中间孤岛处应定义躲让孤岛的方式, 是越过孤岛还是绕过孤岛的刀具运动轨迹。图 2-5 是绕过孤岛的刀具运动轨迹。图 2-6 是越过孤岛的刀具运动轨迹。图 2-5 图 2-62 多曲面加工方式多曲面连续加工是指按一定的要求对一组曲面同时进行数控加工, 并提供每个曲面内的啃刀检验及预防曲面间的加工过切等功能的加工方法。其刀具运动轨迹按如下方式定义: 刀具运动轨迹在给定平面上的投影由给定的切削间距和方向的导动线来控制, 而切削加工深度则由一组所定义的加工曲面来控制。导动线一般应定义在所给定的平面上,但也可以在空间状态下定义,则应以导动线在给定平面上的投影控制刀具控制点的运动。下面将讨论各种多曲面连续加工的走刀方式和切削方向的选择方法。（1）平行截面刀具运动轨迹对平行截面刀具运动轨迹而言, 导动线是由一系列在给定平面上且相互平行的直线段组成, 它们之间偏移一个距离。其生成多曲面连续加工刀具运动轨迹的原理如下:a . 求出所有待加工曲面的刀具控制点的包络面。b. 对这些包络面进行延伸或修剪处理,使相邻的包络面具有公共的边界曲线。c . 定义一适当位置的平面和合理的切削间距, 生成一组相互平行且偏距为间距的平面。求出这些平面与包络面的交线, 这些曲线就是加工一组曲面所需的理论刀具运动轨迹。在平行截面刀具运动轨迹生成中, 合理地选择切削方向是很重要的, 选择是否合理将影响模具的加工效率。选择最佳的切削方向,不仅能提高模具的表面加工质量,而且也能大大地提高模具的加工效率。如果在模具数控编程中, 切削加工方向与被加工2013 届本科毕业设计（论文）零件的某一铅垂面平行,那么,为了保证铅垂面的加工精度, 在该区域的某些部分的刀具运动轨迹就会非常密(如图 2-7) , 从而影响加工效率。因此在编制零件的数控加工程序时, 应对零件上铅垂或近似铅垂表面, 在设置切削加工方向时,避免与这些表面平行,使切削加工方向与所有铅垂面成某一角度, 使生成的刀具运动轨迹均匀、整齐且可靠(如图 2-8) 。图 2-7 图 2-8（2）放射状刀具运动特点对放射状刀具运动轨迹来说, 控制刀具控制点运动的导动线由一系列直线段组成,这些直线段是通过基点且在一定半径的圆周上偏移给定的距离放射而成的。这种加工方式适合于主体形状为放射状零件的粗、精加工。(3)插值型刀具运动轨迹该加工方式是通过如下方法来定义控制刀具控制点运动的导动线: 定义初始曲线和终止曲线, 并在这两条曲线间生成一系列均匀过渡的中间插值曲线, 这些曲线就是用于控制刀具控制点运动的导动的导动线, 初始曲线和终止曲线之间的区域就决定了插值加工方式的多曲面连续加工的范围。初始曲线定义了刀具运动轨迹的最初刀具运动方向