基于UG的计算机辅助制造实验

实验六 基于 UG的计算机辅助制造实验一、实验目的1. 了解典型计算机辅助制造（CAM）软件 UG 的基本功能；2. 熟悉使用 UG 软件完成 CAM 功能的基本实现过程；3. 运用实例初步掌握 UG 软件 CAM 的基本功能，即生成零件的刀位文件，进行后置处理，生成数控程序。二、实验内容1. 介绍 UG 软件的加工环境、CAM 操作界面、节点组（程序节点、刀具节点、几何体节点、加工方法节点）等；2. 掌握 UG 软件完成 CAM 功能的基本实现过程；3. 介绍 UG CAM 的基本加工功能；4. 学生在教师指导下完成示例模型的 CAM 典型铣加工操作。三、实验设备1. 每两个学生一台 PC 机，CPU：P4 D2.8G，硬盘：80G ，内存：512MB，显卡：128M 以上；2. UG NX 3 软件。四、实验原理作为一体化的 CAD/CAM 系统，一般均采用内部统一的数据格式进行管理，使用者用CAD 模块进行模型设计工作，而 CAM 模块则利用 CAD 模块所创建的模型进行加工编程操作。1. CAM数控编程的基本过程CAM 数控编程的基本过程（一般步骤）如图 6-1 所示：图 6-1 CAM 数控编程的基本过程1）加工工艺分析和规划的主要内容包括： (1)加工对象及区域规划，即对加工对象进行分析，对加工区域进行合理规划以达到提高加工效率和加工质量的目的。(2)加工工艺路线规划，即从粗加工到精加工的流程及加工余量分配。 (3)加工工艺和加工方式确定，如刀具选择、加工工艺参数和切削方式(刀轨形式)选择等。2）参数设置的内容较多，包括：(1)加工对象设置是指用户通过交互手段指定被加工的几何体或其中 的加工分区、毛坯、避让区域等。 (2)刀具设置是针对每一个加工工序选择适合的加工刀具，并在 CADCAM 软件中设置相应的刀具参数。 (3)切削方式设置用于指定刀轨的类型及相关参数。(4)加工工艺参数设置包括对进退刀位置及方式、切削用量、行间距 (用于控制残余高度)、加工余量、安全高度等。 3）在完成参数设置后，即可将设置结果提交 CADCAM 系统进行刀轨的计算。这一过程是由 CADCAM 软件自动完成的。 为确保程序的安全性，必须对生成的刀轨进行仿真校验。4）后处理实际上是一个文本编辑处理过程，其作用是将计算出的刀轨(刀位运动轨迹)以规定的标准格式转化为 NC 代码并输出保存。2.UG CAM的主要加工功能UG CAM 可以实现的主要加工方法如下：1）平面铣与型腔铣（Planar and Cavity Milling）平面铣与型腔铣是最常用的铣削方法。前者以平面为切削边界，主要用于零件的粗加工和精加工；后者以平面、曲面、曲线和体等为切削边界，属于 3 轴加工，主要用于零件的粗加工。2）固定轴曲面轮廓铣（FixedAxis Milling）固定轴曲面轮廓铣以 3 轴方式加工零件，基本上能对 UG CAD 建造出来的任何曲面和实体模型进行半精加工和精加工。3）可变轴曲面轮廓铣（VariableAxis Milling）可变轴曲面轮廓铣以 5 轴方式加工零件，支持定轴和多轴铣削功能。可加工 UG CAD 建造出来的几何体。4）车加工（Manufacturing Turning）UG 的车削模块提供了加工高质量旋转体零件所需的全部功能，能实现粗车、多次走刀精车、车退刀槽、车螺纹和钻中心孔等。5）线切割 Wire EDM（Electrical Discharge Machine）UG 的线切割功能支持两轴和 4 轴线切割加工。6）其他加工方法UG CAM 除以上几种常用加工功能外，还有适用于钻、螺纹加工、铰孔及镗孔等的点位加工（Point to Point）和孔加工（Hole making）,等。3.UG加工环境及设置UG CAM 提供了数控铣加工、数控车加工、线切割等诸多功能，对于一个加工对象来说，一般根据自己的需要，选择或定制自己的加工编程软件环境，即 UG 加工环境。选取【应用（Application） 】/【加工（Manufacturing） 】 ，进入 UG 加工模块。对于一个部件来说，当第一次进入 Manufacturing 模块时会弹出【加工环境（Machining Environment） 】对话框，如图 6-2 所示。首先选择“CAM 进程配置”列表框下的加工环境配置文件，再选择“CAM 设置”列表框下的操作模板。单击按钮“初始化”进入指定的加工环境。当再次打开此部件时，将直接进入加工环境，进行加工编程操作。图 6-2 加工环境对话框1）UG CAM 操作界面UG NX3 加工模块的基本操作界面如图 6-3 所示。包括：菜单区、工具条区、操作导航区、工作区等。图 6-3 UG NX3 加工模块的操作界面常用 UG 加工模块的工具条如图 6-4 所示。包括：加工创建、加工操作、加工对象以及操作导航器。图 6-4 UG 加工模块的常用工具条2）UG CAM 节点组UG CAM 的节点有 4 种，即程序、刀具、几何体以及加工方法。节点既可以被父节点所拥有，也可以拥有子节点，从而形成树形结构，在操作导航器中可以对节点进行查看、编辑和选取。（1）程序节点程序节点的结构如图 6-5 所示。图 6-5 程序节点视图（2）刀具节点刀具节点的结构如图 6-6 所示。图 6-6 刀具节点视图（3）几何体节点几何体节点的结构如图 6-7 所示。图 6-7 几何体节点视图（4）加工方法节点加工方法节点的结构如图 6-8 所示。图 6-8 加工方法节点视图五、实验步骤以示例模型为例，完成典型铣操作，主要实验步骤如下：1.加工工艺分析和规划分析图 6-9 所示的 CAD 模型，为一典型的模具零件凹腔，加工面选为顶面、凹腔表面，使用平口钳装夹零件的下端。零件材料 45 钢。图 6-9 示例 CAD 模型加工阶段划分：顶面一次加工到位，采用直径 32mm 的机夹立铣刀；凹腔面分为粗加工、半精加工、精加工。凹腔面粗加工后侧面单边留量 1mm，底面留量 1mm，采用直径 20mm 机夹立铣刀。凹腔面半精加工后侧面及底面单边留量 0.3mm，采用直径 10mm 机夹立铣刀。凹腔面精加工采用直径 10mm 机夹球头立铣刀。2. 进入 UG加工环境选取【应用（Application） 】/【加工（Manufacturing） 】 ，进入 UG 加工模块。对于一个部件来说，当第一次进入 Manufacturing 模块时会弹出【加工环境（Machining Environment） 】对话框。 “CAM 进程配置”列表框下选“cam general”，再选择“CAM 设置”列表框下的操作模板“mill planar”。单击按钮“ 初始化”进入指定的加工环境。当再次打开此部件时，将直接进入加工环境，进行加工编程操作。3. 创建相应的节点组1）程序节点操作导航器切换至“程序次序” ，右键快捷键或从工具条建立自己的程序节点“MY_PROGRAM”。完成后的程序节点如图 6-10 所示。图 6-10 程序节点视图2）刀具节点操作导航器切换至“刀具次序” ，右键快捷键或从工具条建立自己的刀具节点。首先建立直径 32mm 的立铣刀。如图 6-11 所示。图 6-11 建立刀具依次建立所使用的其他刀具：直径 20mm 机夹立铣刀、直径 10mm 机夹立铣刀、直径10mm 机夹球头立铣刀。完成后的程序节点如图 6-12 所示。图 6-12 刀具节点视图3）几何体节点操作导航器切换至“几何体次序” ，双击节点“WORKPIECE” 。打开如图 6-13 所示对话框。并依次设置部件几何体及毛坯几何体。图 6-13 几何体设置对话框4）加工方法节点操作导航器切换至“加工方法次序” ，双击节点“MILL_ROUGH” 、 “MILL_SEMIFINISH”、“MILL_FINISH”。打开如图 6-14 所示对话框。依次设置各加工方法的加工余量、进给速度、切削方式。图 6-14 加工方法设置对话框4. 建立顶面加工操作从“加工创建”工具条上单击建立操作按钮，打开如图 6-15 的创建操作一级对话框。选择面铣子类型，选取已建立的程序组节点、使用几何体节点、使用刀具节点、使用方法节点。确定后弹出如图 6-16 所示的操作设置主界面。图 6-15 创建操作一级对话框在操作设置主界面中，完成必要的切削区域设置、切削方式设置、进刀/退刀设置、避让设置等，其他采用系统默认值。图 6-16 操作设置主界面单击操作设置主界面下端的生成按钮，则生成以上设置相应的刀轨。如图 6-17 所示。图 6-17 顶面加工刀轨单击操作设置主界面下端的刀轨加工模拟确认按钮，则可进行刀轨的动态模拟，如图6-18 所示。图 6-18 顶面加工刀轨 3D 动态模拟5. 建立凹腔粗加工操作从“加工创建”工具条上单击建立操作按钮，打开如图 6-19 所示的创建操作一级对话框。类型选择 mill_contour ，子类型选择 CAVITY_MILL，选取已建立的程序组节点、使用几何体节点、使用刀具节