零件的三维建模及自动编程论文

本科毕业设计论文 题 目 零件的三维建模及自动编程 专业名称 机械设计制造及其自动化 学生姓名 指导教师 毕业时间 毕业 任务书 一、题目 零件三维建模及自动编程 二、指导思想和目的要求 撰写毕业论文是检验学生在校学习成果的重要措施，也是提高教学质量的重 要环节。在毕业设 计中，学生应独立承担一部分比较完整的工程技术设计任务。要求学生发挥主观能动性，积极性和创造性，在毕业设计中着重培养独立工作能力和分析解决问题的能力，严谨踏实的工作作风，理论联系实际，以严谨认真的科学态度，进行有创造性的工作，认真、按时完成任务。 三、主要技术指标 1.UG三维建模文件一份 2.UG仿真加工文件一份 3.NC语句表一份 四、进度和要求 1 3周：查阅资料，确定设计方案，进行总体设计，熟悉相关软件 4 5周：绘制零件三维图 6周：校正零件三位图 7 9周：对零件进行编程 10周：完成数控仿真 11 14周：撰写毕业论文 15周：编写论文答辩 PPT 16周：准备学位论文答辩 五、主要参考书及参考资料 1 刘治映 毕业设计（论文）写作导论 .长沙：中南大学出版社 .2006.6 2 徐伟 杨永 计算机辅助与制造 .高等教育出版社 .2011.2 3 于杰 数控加工与编程 . 北京：国防工业出版社 .2009.1 4 赵长明 数控加工工艺及设备 . 北京：高等教育出版社 .2003.10. 设计 论 文 5 麓山文化 UG7从入门到精通 .北京：机械工业出版社 2012,2 6 朱焕池 机械制造 工艺学 . 北京：机械工业出版社 .2003.4 7 李提仁 数控加工与编程技术 . 北京：北京大学出版社 .2012.7 8 焦小明 机械加工技术 . 北京：机械工业出版社 .2005.7 9 龚桂义机械设计课程设计图册（第三版 ).高等教育出版社 .2010. 10 薛顺源机床夹具设计 .机械工业出版社， 2001. 11 肖继德 陈宁平机床夹具设计 .机械工业出版社， 2002. 12 张世昌机械制造技术基础 .天津大学出版社， 2002. 13 刘建亭机械制造基 础 .机械工业出版社， 2001. 14 庄万玉 丁杰雄制造技术 .国防工业出版社， 2005. 15 韩鸿鸾，荣维芝 数控机床加工程序的编制 .北京：机械工业出版社 .2002.12 16 周湛学 机电工人识图及实例详解 .北京：化学工业出版社 .2011.12 17 施平机械工程专业英语教程 .第二版 .电子工业出版社 . 学生 王昊 指导教师 雷玲 系主任 魏生民 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 I 摘 要 数控编程是一种可编程的柔性 加工方法，它的普及大大提高了加工效率。但是在加工技术方面，除要求数控机床具有较强的运动控制能力之外，更重要的是如何有效地获得高效优质的数控加工程序，并从加工过程整体上提高生产效率。由于零件复杂性的增加，而且工人技术水平有限，自动编程越来越困难。 应用自动编程可大大提高生产率、稳定加工质量、缩短加工周期、增加生产柔性、实现对各种复杂精密零件的自动化加工。 本文以 UG NX 8 及 VERICUT 为工具 ,完成了的三维造型及仿真加工。内容包括 :首先 ,根据零件的结构特点和技术要求 ,在对其进行加工工艺分析之后 ,确定了零件 的加工方法。然后 ,利用 UG/CAD 模块完成了零件几何体的参数化建模。在此基础上 ,利用 UG/CAM 模块进行数控编程 ,设计了加工路线、刀具轨迹 ,切削方式等工艺参数 ,生成了零件的 NC 程序。通过刀轨检查与仿真加工及时地发现刀具跟零件之间的过切和欠切。 关键词： 数控编程 , UG， 三维造型，仿真加工 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 II ABSTRACT CNC machining is a programmable flexible processing methods, its popularity greatly improve the processing efficiency. But in the processing technology, in addition to requirements of CNC machine tools has a strong ability to control movement and, more importantly, how to efficiently obtain high-quality CNC machining process, and from the process as a whole to improve production efficiency. As part of the increased complexity and limited skills of workers, Automatic programming applications can greatly improve productivity, stability, processing quality, shorten the processing cycle, increasing the production of flexible, to achieve a variety of complex precision components for the automation of processing. In this paper, UG NX 8.0 as a tool,complete the adjust frame three-dimensional modeling and simulation process. Include: First, based on the adjusted frame structural features and technical requirements, in its process analysis, to determine the part of the processing methods. Then, using UG / CAD module to complete the part geometry parametric modeling. On this basis, the use of UG / CAM module for NC programming, design the machining line, the tool path, cutting mode and other parameters, to generate a part of the NC program. By checking in a timely manner toolpath tool found between the parts with undercuts and under cut. KEYWORDS: CNC technology, UG, three-dimensional modeling, simulation, processing, 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 目 录 第一章 绪 论 . 1 1.1 课题研究的背景及意义 . 1 1.2 计算机辅助设计工艺过程设计辅助制造 . 2 1.2.1计算机辅助设计 . 2 1.2.2计算机辅助工艺过程设计 . 2 1.2.3计算机辅助制造 . 2 第二章 零件工艺分析 . 3 2.1零件 的加工特点分析 . 3 2.2凹模的结构和尺寸精度及表面质量分析 . 3 2.3零件的材料分析 . 3 第三章 零件实体特征建模 . 5 3.1 建模软件 UG的介绍 . 5 3.2分析零件 . 6 3.3 零件的实体三维造型 . 7 3.4 实体建模 . 7 3.5本章小结 . 14 第四章 零件的数控仿真加工 . 15 4.1数控仿真过程 . 15 4.2 零件加工的各参数分析确定 . 16 4.3零件的工艺规 划 . 16 4.3.1工件的加工先后顺序 . 18 4.3.2设置加工环境 . 18 4.4 创建面的加工工序 . 19 4.4.1 定义新的加工坐标系、安全平面和工件 . 19 4.4.2 创建刀具 . 21 4.4.3设定加工方法 . 22 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 4.4.4粗加工 . 23 4.4.5半精加工 . 26 4.4.6精加工 . 28 4.4.7小结 . 31 第五章 后处理及代码输出 . 32 5.1 后处理工序 . 32 5.2生成程序 . 33 第六章 总结与展望 . 34 参考文献 . 35 致 谢 . 36 毕业设计小结 . 37 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 1 第一章 绪 论 1.1 课题研究的背景及意义 数控加工是一种现代化的加工手段，数控加工技术也成为一个国家制造业发展的标志，利用数控加工技术可以完成很多以前不能完成的曲面零件的加工，而且加工的准确性和精度都可以得到很好的保证 ,数控加工是机械加工的一种，是新型加工技术，主要是编制加工程序，即将原来手工活转为电脑编程。总体上说，和传统的机械加工手段相比数控加工技术具有以下优点： 具 有较大的柔性 数控机床是按照记录在载体上的信息指令自动进行加工的，当加工对象改变时只需要重新编制数控加工程序，而无需对机床结构进行调整，也不需要制造凸轮、靠模一类的辅助机械装置。这样，便可以快速地从一种零件的加工变到另一种零件的加工，使生产准备周期大为缩短。 1) 加工效率高 利用数字化的控制手段可以加工复杂的曲面。而加工过程是由计算机控制，所以零件的互换性强，加工的速度快。 2） 加工精度高 同传统的加工设备相比，数控系统优化了传动装置 ,提高分辨率 ,减少为误差，因此加工的效率可以得到很大的提高 。 3） 有利于加工复杂形状的零件 数控机床能同时控制多个坐标联动，可以加工其他机床难以加工甚至不可能加工的复杂零件，如曲线的二维复杂轮廓零件、含曲面的三维实体零件。 4）劳动强度低 由于采用了自动控制方式，也就是说加工的全部过程是由数控系统完成，传统加工手段那样烦琐，操作者在数控机床工作时，只需要监视设备的运行状态。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 2 所以劳动强度很低。 5）适应能力强 数控加工系统就象计算机一样，可以通过调整部分参数达到修改或改变其运作方式，因此加工的范围可以得到很大的扩展。而本文所要研究的内容就是在UG 软件 平台上，进行回转体带腔体类零件的加工模拟仿真，提高 回转体带 腔体类零件的加工效率 1。通过计算机模拟五坐标机床实际加工过程，达到对数控加工程序验证、切削过程优化和加工结果预测的目的。 1.2 计算机辅助设计工艺过程设计辅助制造 1.2.1 计算机辅助设计 指工程技术人员以计算机为辅助工具来完成产品设计过程中的各项工作，如草图绘制、零件设计、装配设计、工程分析等，并达到提高产品设计质量、缩短产品开发周期、降低产品成本的目的。 1.2.2 计算机辅助工艺过程设计 指在工艺人员借助于计算机，根据产 品设计阶段给出的信息和产品制造工艺要求，交互地或自动地确定产品加工方法和方案，如加工方法选择、工艺路线确定、工序设计等。 1.2.3 计算机辅助制造 计算机辅助制造有广义和狭义两种定义。广义 CAM 是指借助计算机来完成从生产准备到产品制造出来的过程中的各项活动，包括工艺过程设计（ CAPP)、工装设计、计算机辅助数控加工编程、生产作业计划、制造过程控制、质量检测与分析等。狭义 CAM 通常是指 NC 程序编制，包括刀具路径规划、刀位文件生成、刀具轨迹仿真及 NC 代码生成等。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 3 第二章 零件工艺分析 2.1 零件的加工特点分析 该制件材料为碳素工具钢，根据国家标准 GB/T 1448693 公差等级的选用，采用未注公差的尺寸，查表可得制件各部分未注公差尺寸允许的偏差值如图所示。另外，模具制造所允许的误差根据塑件尺寸公差查表 GB/1800-79，模具加工精度等级选取 IT8。 2.2 凹模的结构和尺寸精度及表面质量分析 （ 1）凹模的结构和尺寸精度： 从这个零件整体进行分析之后，可以判断此部分为模具的凹模部分，凸模部分没有给出，所以不需要给予凸模部分分析。由于整个体积小，结构较为复杂，精度要求高，其结构特点是：凹模是 由一个碳素钢材料制做而成，我们直接可以看出它是由两个个斜槽和一个矩形槽而成，每个边角都含有一个槽子，并且每一个孔最终需都要与导柱配合，给出合理配合值。另外，凹模上表面较为复杂一些，有一突台突起，突台上方有三个小突台突出，较为简单；大突台上方还包含一个环形型腔，另外还包含一个浇道口 。 （ 2）表面质量分析： 从整体来看整个表面的表面粗糙度要求不是很高，所以给出表面粗糙 1.6，加工时采取简单的粗加工就能满足其表面质量要求；对于环形管道，以及抽动的零件的粗糙度较为严格，所以查表得出的表面粗糙值 0.4；对于浇口的位 置以及尺寸要求较为严格，所以其表面粗糙度值也比较精细，给出值为 0.8.查表即可得出结论。 2.3 零件的材料分析 高碳钢 高速钢是一种适于制造高速切削刀具的高碳高合金工具钢，当切削温度高于600度左右时，硬度无明显下降，仍然能够保持良好的切削性能，因此又称为“锋 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 4 钢”。高速钢的含碳量再 0.7%-1.65%，钢含 W、 Mo、 Cr、 V、 Co 等合金元素，其总量超过 10%。合金元素的作用 P152.。由于钢含碳量较高、而且含有大量的合金元素，其铸态配料组织中具有鱼骨骼状态化合物。只能用锻造的方法将其打碎，并使其分布 均匀。 低合金刃具 低合金刃具钢碳素刃具钢是含碳：碳 0.65%-1.30%的碳钢。如 T7,T8,T12 和T7A,T8A,T10A,T12A 等。热处理为球化退火 ,淬火和低温回火。碳素刃具价格便宜 ,加工性能良好 ,热处理后可获得高的硬度和耐磨性 ,广泛地用于制各种工具 ,模具 ,但是 ,碳素刃具钢也有很多弱点 ,如淬透性差 ,热处理变形大 ,回火抗力低 ,红硬性差等。 碳素工具钢 碳素工具钢中的质量分数在 0.651.35%范围，属于高碳钢。其强度高磨性好工具钢性编号、性能及用途碳素工具钢中碳的质量分数在 0.651.35%范围属于高碳钢。牌号表示 :TXX XX表示钢中碳的平均含量的千分之几，比如： T8，表示平均碳含量为 0.8%的碳素工具钢。都是优质钢，质量更高时，通常在后面加符号 A，称为高级优质 -成分特点：碳含量 =0.651.35%， S、 P杂质低。性能特点：强度 硬度高 ,耐磨性好 T 12 T10 为充分发挥其性能特点，必须热处理才能正常使用。而且碳素工具钢价廉易得，易于锻造成形，切削加工性也比较好。碳素工具钢的主要缺点是淬透性差，需要用水、盐水或碱水淬火，畸变和开裂倾向性大，耐磨性和热强度都很低。因此，碳素工具钢 只能用来制造一些小型手工刀具或木工刀具，以及精度要求不高、形状简单、尺寸小、负荷轻的小型冷作模具，如用来制造小冲头、剪刀、冷冲模、冷镦模等。模具材料除了应有足够的强度以及模具工作表面和型腔要有足够的硬度和硬化层外，还需要有足够的韧度，故这类模具热处理后要求内孔有一定的淬硬层而外部不能淬硬，从而可保持有较高的韧度。如果 淬硬层 过深，会因工作中承受大的冲击而迅速开裂。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 5 第三章 零件实体特征建模 3.1 建模软件 UG 的介绍 UG 是集 CAD/CAE/CAM 于一体的三位参数化软件，是当今世界最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件，广泛应用与航空、航天、汽车、造船、通用机械和电子等工业领域。 UG 软件不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和生产工程图等设计功能；而且，在设计过程中可进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟，提高设计的可靠性；同时，可用建立的三维模型直接生成数控代码，用于产品的加工，其后处理程序支持多种类型数控机床。 UG 是计算机辅助设计与辅助制造工具软件 ,其造型 方法分为三大类 :一类为线架、二类为曲面、三类为实体 ,对于结构件的建模主要是通过实体造型来实现的 ,在实体生成和操作中 ,每一步操作都是建立一个 “特征 ”特征的类型在目录树上显示 ,采用实体造型时必须现在基准面上建立草图 ,再对草图进行拉伸 .旋转 .放样等特征造型操作。基本操作就是 “拉伸 ”和 “布尔运算 ”。在 UG 软件中特征实体基本造型包括：拉伸体、 回转体 、扫掠向导等。并通过 UG 中三维实体转换二UG 维视图的功能生成二维图形，并生成图纸。 UG NX 加工基础模块提供联接 UG 所有加工模块的基础框架，它为 UG NX所有加工模块 提供一个相同的、界面友好的图形化窗口环境，用户可以在图形方式下观测刀具沿轨迹运动的情况并可对其进行图形化修改：如对刀具轨迹进行延伸、缩短或修改等。该模块同时提供通用的点位加工编程功能，可用于钻孔、攻丝和镗孔等加工编程。该模块交互界面可按用户需求进行灵活的用户化修改和剪裁，并可定义标准化刀具库、加工工艺参数样板库使初加工、半精加工、精加工等操作常用参数标准化，以减少使用培训时间并优化加工工艺。 UG 软件所有模块都可在实体模型上直接生成加工程序，并保持与实体模型全相关。 NX 允许制造商以数字化的方式仿真、确认和 优化产品及其开发过程。通过 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 6 在开发周期中较早地运用数字化仿真性能，制造商可以改善产品质量，同时减少或消除对于物理样机的昂贵耗时的设计、构建，以及对变更周期的依赖。 3.2 分析零件 如图 3-1 工程图 通过对图纸分析可知： 1、对于该零件的实体建模主要采用的是拉伸体、钻孔、布尔运算、过渡、边倒圆等主要操作。 （ 1）拉伸体 ：是将一个轮廓曲线 (草图 )根据指定的方式做拉伸操作用以增加材料的特征。通过拉伸把基本的实体模块建立出来。 （ 3)边圆角 ：是指对实体的若 干条边进行光滑过渡。通过此命令把实体的各条边按工程要求作过渡处理。 (4)求和 ：将两个或更多实体的体积合并为单个体。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 7 (5) 求差 ：从一个实体的体积中减去另一个的，留下一个空体。 （ 6）孔 ：通过沉头孔、埋头孔和螺纹孔选项向部件或装配中的一个或多个实体添加孔。 2、为了保证加工精度和表面质量，分析采用一次定位装夹加工完成，按照 “基面先行、粗精分开、先粗后精、先面后孔 ”的原则依次划分工序加工。 3.3 零件的实体三维造型 使用 UG 软件绘制的零件的实体三维造型，如图 3-2 所示。 图 3-2 零件实体图 3.4 实体建模 （ 1）打开 UG NX8.0，打开 “文件 ”选项，选择 “新建 ”后在弹出对话框中选择“模型 ”，创建文件名为 “changhengjietou.prt”，点击 “确定 ”进入建模界面。 （ 2）在【特征】工具中单击【拉伸】按钮，程序将弹出【拉伸】对话框，如图 2-3 所示，在【截面】卷展栏中单击【绘制截面】按钮进入草绘截面，绘制图 2-4，点击【完成草图】按钮，如图 3-4 所示。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 8 图 3-3 拉伸特征界面 （ 3）在【特征】工具中 单击【拉伸】按钮，程序将弹出【拉伸】对话框，如图 3-4 所示，在【截面】卷展栏中单击【绘制截面】按钮，在【创建草图】对话框中，如图 3-5 在【选择平的面或平面】中选择现有平面平面后单击确定进入草绘截面，绘制图 3-4。点击【完成草图】按钮，在【拉伸】对话框中在【指定矢量】中选择 YC 方向，再进行【求和】处理，如图 3-5 所示，在【选择体】中选择步骤（ 1）的拉伸体，然后在【限制】卷展栏中输入拉伸参数为 110mm，如图 3-6 所示，单击【确定】完成拉伸特征创建。 图 3-4 草图创建 图 3-5 草图绘制 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 9 图 3-6 拉伸求和 （ 4)在【特征】工具中单击【拉伸】按钮，在【截面】卷展栏中单击【绘制截面】按钮，在【创建草图】对话框中，在【选择平的面或平面】中选择在【特征操作】点击【矩形】对话框进行操作。在【特征操作】工具条中单击【边倒圆】图标，程序将弹出【边倒圆】对话框，在对话框中设置半径为 40mm，然后选择实体的边，如图 3-7所示，最后点击【确定】完成边倒圆操作。 图 3-7 所示草图绘制及边倒圆 （ 5）在【特征】工具中单击【拉伸】图标，程序将弹出【拉伸】对话框，在【截面】卷展栏中单击【草绘】按钮进入草绘截面，绘制如下草图如图 3-8， 3-9所示，点击【完成草图】确认草图，选择拉伸方向，输入拉伸距离为 20mm，布尔求差，最后点击【确定】完成拉伸操作。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 10 图 3-8 拉伸对话框 图 3-9 特征拉伸 （ 6）同里在【特征】工具中单击【拉伸】按钮，在【截面】 卷展栏中单击【绘制截面】按钮，在【创建草图】对话框中，在【选择平的面或平面】中选择在【特征操作】点击【直线】对话框进行操作。如图 3-10 所示在【特征】工具中单击【拉伸】图标，程序将弹出【拉伸】对话框，在【截面】卷展栏中单击【草绘】按钮进入草绘截面，绘制如下草图如图 3-11 所示，点击【完成草图】确认草图，选择拉伸方向，输入拉伸距离为 40mm，布尔求差，最后【确定】完成拉伸操作。 图 3-10 草图绘制 图 3-11 拉伸图 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 11 （ 7）在【特征】工具中单击【拉伸】按钮，程序将弹出【拉伸】对话框，如图 3-3 所示，在【截面】卷展栏中单击【绘制截面】按钮，在【创建草图】对话框中，在【选择平的面或平面】中选择如图 2-11 平面后单击确定进入草绘截面，绘制图 3-12。在【特征操作】工具条中单击【边倒圆】图标，程序将弹出【边倒圆】对话框，在对话框中设置半径为 40mm，然后选择实体的边，如图 3-7 所示，最后点击【确定】完成边倒圆操作。点击【完成草图】【特征】工具中单击【拉伸】图标，程序将弹出【拉伸】对话框，在【截面】卷展栏中单击【草绘】按钮进入草绘截面 ，如下草图如图 3-12， 3-13， 3-14 所示，点击【完成草图】确认草图，选择拉伸方向，输入距离为 40mm，布尔求和，最后【确定】完成拉伸操作。 3-12 草图绘制 3-13 拉伸对话框 图 3-14 拉伸求和图 （ 8） 在【特征】工具中单击【拉伸】按钮，程序将弹出【拉伸】对话框，如图 3-3 所示，在【截面】卷展栏中单击【绘制截面】按钮，在【创建草图】对话框中，在【选择平的面或平面】中选择如图 3-14 平面后单击确定进入草绘截 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 12 面，绘制图 3-15。点击【完成草图】【特征】工具中单击【拉伸】图标，程序将弹出【拉伸】对话框，在【截面】卷展栏中单击【草绘】按钮进入草绘截面，绘制如下草图如图 3-16 所示，点击【完成草图】确认草图，选择拉伸方向，输入拉伸距离为 40mm，布尔求和，最后点击【确定】完成拉伸操作。 图 3-15草图 图 3-16挖槽 （ 9）在【特征】工具中单击【拉伸】按钮，程序将弹出【拉伸】对话框，在【截面】卷展栏中单击【绘制 截面】按钮，在【创建草图】对话框中，在【选择平的面或平面】中选择如平面后单击确定进入草绘截面，绘制图 3-17。 图 3-17 草图绘制 图 3-18 拉伸求差图 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 13 （ 10）在【特征】工具中单击【求差】按钮，程序将弹出【求差】对话框， 在如图 3-19 所示的【求差】对话框中单击目标【选择体】按钮，按钮显示黄色后点击选择模具体，指定其为目标体，然后点击刀具【选择体】按钮，按钮显示黄色后点击弯管，指 定其为刀具，最后点击确定。求差后模具体如图 3-20。 图 3-19 求差对话框 图 3-20 求差后模具体 （ 13）在【特征】工具中单击【拉伸】按钮，程序将弹出【拉伸】对话框，图 3-23 所示在【截面】卷展栏中单击【绘制截面】按钮，在【创建草图】对话框中，在【选择平的面或平面】中选择如平面后单击确定进入草绘截面，绘制图3-24。 图 3-23拉伸对话框 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 14 图 3-24 浇道口的草图绘制 图 3-25 拉伸求差图 3.5 本章小结 通过对注塑模具的三维造型，我重新学习了对零件结构分析的认知，加深了对 UG 软件进行零件三维建模的操作和毛坯的建立。虽然曾系统学习过该软件，但是并没有实际的完成过完成的零件建模过程。所以在建模过程中，使用的命令过于单一，不能高效的完成零件的建模。 通过此次三维建模，我也发现了许多自己在 UG 软件使用方面的不足，例如，在软件操作上的不规范，软件操作也还不够熟练。自己也会在今后的学习和工作中继续加强这方面学习，开始学习和掌握 UG 当中更多实用的操作命 令，从而能够更好的完成各项任务。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 15 第四章 零件的数控仿真加工 4.1 数控仿真过程 为充分利用图像编程技术，将用软件已建立好的模型直接导入数控加工模块，实现零件的 CAD/CAM 一体化，使零件的信息流直接从 CAD 流入 CAM，实现零件的现代化加工。 图像编程即根据计算机图形显示器上显示的零件设计三维模型，在图像编程软件系统的支持下自动生成零件数控加工程 序的编程过程。其具体过程是：采用有人机交互功能的图形显示器，把被加工零件的图形显示在图形显示器上，在相应编程软件的支持下，编程者只需输入必要的工艺参数，用光标指点被加工部位，编程软件系统就自动计算刀具加工路径，模拟加工状态，并显示路径及刀具形状，以便检查走刀轨迹。用 CAD/CAM 系统产生数控加工（ NC）程序步骤如下： 对于大多数由直线、圆弧、离散点所组成的二维轮廓而言，其刀位轨迹计算、编程较为简单，应用范围有一定的限制。而绝大多数需要进行数控加工的零件为空间曲面，尤其是以航空零件居多 ，且形状复杂，需用两轴以上的机床联动方可零件的几何实体定义 选择刀具及相关工艺参数 刀具轨迹生成 数控加工程序的生成 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 16 实现，所以多坐标数控加工是数控应用的基础和关键。 4.2 零件加工的各参数分析确定 合理选择切削用量的原则是：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。具体要考虑以下几个因素： 切削深度 ap。在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，这是提高生产率的一个有效措施。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般应留一 定的余量进行精加工。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。切削宽度 L。一般 L 与刀具直径 d 成正比，与切削深度成反比。经济型数控机床的加工过程中，一般 L的取值范围为： L=(0.6 0.9)d。 主轴转速 n(r/min)： 主轴转速一般根据切削速度 v 来选定。计算公式为：V=pnd/1000。数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调 (倍率 )开关，可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。切削速度 V： 提高 V 也是提高生产率的一个措施，但 v 与刀具耐用度的关系比较密切。随着 v 的增大，刀具耐用度急剧下降，故 v 的选择主要取决于刀具 耐用度。 根据允许的切削速度 Vc(m/min)选取： DVcn 1000 其中 Vc-切削速度， D-工件或刀具的直径（ mm） 根据切削原理可知，切削速度的高低主要取决于被加工零件的精度、材料、刀具的材料和刀具耐用度等因素。 综合以上的分析特征来确定零件的加工顺序、道具规格和必要的参数。 4.3 零件的工艺规划 对典型零件的制造过程进行合理的规划，包括对零件三维特征模型不同加工阶段的方案、数据处理、采集过程，装夹方案， 试切方案等进行合理规划，优化加工切削参数。 1.整体结构件特征模型的研制 (1) 制作此零件数控加工毛坯的三维实体参数化特征模型及快速建模模板。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 17 供建模、数控加工仿真、粗加工刀具选择、粗加刀路规划、粗加工试切、检测程序、确定粗加工切削参数使用，并在此基础上建立粗加工切削参数数据库。 (2) 制作此零件数控半精加工的三维实体参数化特征模型及快速建模模板。供建模、半精加工仿真、半精加工刀具选择、半精加工刀路规划、加工试切、检测程序、确定半精加工切削参数使用，并在此基础上建立半精加工切削参数数据库。 (3) 制作此零件数控精加工的三维实体参数化特征模型及快速建模模板。供建模、精加工仿真、精加工刀具选择、精加工刀路规划加工试切、检测程序、确定精加工切削参数使用，并在此基础上建立精加工切削参数数据库。 2.整体结构件数据处理和数据采集 对不同软件平台转换后的数据，进行重新采集和处理。重构三维实体模型，达到数据共享的目的。 3.制定装夹方案 根据 NC 加工的特点结合 UG 模块，制定典型零件的数控加工工艺路线。建立满足 NC 加工的参数化数字模型（其中包括：虚面及约束面），及相关的模型结构树形 图。以满足装夹、定位、找正、进退刀的需求，节省加工辅助时间。 4.制定试切方案 根据典型零件的形状及材料特点，合理选择刀具，优化切削参数，并制定合理的试切方案，降低研制费用。 5.制定粗加工、半精加工方案 根据典型零件的几何形状特点，制定粗加工、半精加工方案。以提高切削效率为基本点，开发并研制用户化粗加工、半精加工程序。以供类似的零件编程使用。减少研制周期，提高程编效率。 6.制定精加工方案 根据飞机结构件典型零件的几何形状特点，制定精加工方案，以满足零件精度要求并兼顾效率为原则。开 发用户精加工程序，以供类似、同系列零件编程使用。 7.制定试切方案 对试切件要进行跟产试切，对遇到的问题进行分析处理，确保加工出合格的 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 18 样件。同时提供技术指导，采集粗加工、半精加工、精加工的切削参数，并进行优化处理为后续建立切削参数数据库做好技术准备。 8.根据试切现场反馈的信息，优化程序和切削参数 根据试切现场反馈的信息，优化程序和切削参数（如：切削方法选择、走刀路线、进退刀方式、加工部位的划分、切削参数等）。针对不同的工件材料，选择合理的刀具，几何形状及参数，制定选择切削用量的指导原则。确保产品质 量和精度。达到提高生产效率的目的。 4.3.1 工件的加工先后顺序 根据零件的形状尺寸和工艺设计原则，分别对各个工序进行了详细的流程设 计。 1. 工序 2 以长方体为毛坯，用数控铣床对毛坯进行粗加工。 2. 工序 4 以上面及侧面为基准，用 D40R2 的立铣刀铣削上平面。 3. 工序 6 用 15mm的铣刀铣削腔体。 4. 工序 8 用 B10 球头刀铣削弯管。 5. 工序 10 精铣分流道，使其达到表面粗糙度的要求。 6. 工序 12 用 19.8的钻头钻四个角的孔。 7. 工序 14 精绞四个 20孔。 8. 工序 16 检测。用卡尺和卡板检测尺寸和半径。 4.3.2 设置加工环境 打开零件图，单击开始图标，选择【加工】选项，如图 4-1 设置加工环境 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 19 4-1 进入加工环境 4.4 创建面的加工工序 4.4.1 定义新的加工坐标系、安全平面和工件 （ 1）单击【几何视图】图标，操作导航器显示几何视图。 （ 2）单击【创建几何体】图标，弹出相应的对话框，如图 4-4 设置，【确定】后弹出 “MCS”对话框，如图 4-4 所示。 图 4-4“MCS”对话框 （ 3）单击【自动判断】按钮选择基准面，加工坐标系会自动定位到此面上比较合理的地方。 （ 4）设置安全设置选项为【平面】，单击按钮，设置偏置值为 10，确定返回。 （ 5） MCS最后生成的如图 4-5所示。同样方式设置其他加工坐标系。 图 4-5 坐标系的建立 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 20 （ 6） 双击【 workpiece】，弹出工件对话框，如图 4-6所示，选择工件为制定部件。单击【制定毛坯】图标，弹出相应对话框，在【类型】卷展栏中单击【包容块】按如图 4-6 设置。 图 4-6铣削几何体对话框 图 4-6设定毛坯 （ 7） 选择零件的毛坯为制定检差，最后的毛坯和检查的 显示，如图 4-7 所示，单击【确定】完成定义 图 4-7 制定检差 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 21 4.4.2 创建刀具 （ 1）在【特征】工具栏单击【创建刀具】按钮，在【创建类型】对话框中设置子类型为 MILL，输入刀具名称 D40R2 后单击【确定】按钮，如图 4-8 所示。 （ 2） 在弹出的【铣刀 -5 参数】对话框中输入刀具直径，然后单击【确定】按钮，完成刀具的创建。如图 4-9 所示。 图 4-8【创建刀具】 图 4-9 设定刀具参数 （ 3）重复上述刀具创建过程，创建刀具 Z18 的参数铣刀。设定直径为 38，刀尖角度 120，长度 200，刀刃长度 100，刀刃 2。如图所示。再重复上述刀具创建过程，创建刀具 D20 的参数铣刀，以及 B10BALL 的设定。图 4-10，图 4-11所示。 图 4-10【创建刀具】 图 4-11 设定刀具参数 （ 4）依照上述方法对加工所需要的刀具都进行定义，如图 4-12 所示。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 22 图 4-12加工所需刀具 4.4.3 设定加工方法 根据各个零件的个表面粗糙度的不同，所以采取的加共方法不同，所以只是列举了几个代表性的列子，进行 （ 1）粗加工参数设定 单击【操作 导航器】工具栏上的 “加工方法视图 ” ，双击 “操作导航器 ”中的 “MILL-ROUGH”图标，在弹出的 “铣削方法 ”对话框中输入部件余量 0.2，内公差和外公差都输入 0.1，单击确定，完成粗加工方法的设定。如图 4-13 所示。 图 4-13粗加工方法参数设置 （ 2）半精加工参数设定 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 23 双击“操作 导航器”中的“ MILL-SEMI-FINISH”图标，在弹出的“铣削方法”对话框中输入部件余量 0.08，内公差和外公差都输入 0.03，单击确定，完成半精加工方法的设定。如图 4-15所示。 图 4-15 半精加工方法参数设置 （ 3） 精加工参数设定 双击 “操作导航器 ”中的 “MILL-FINISH”图标，在弹出的 “铣削方法 ”对话框中输入部件余量 0，内公差和外公差都输入 0.003，单击确定，完成精加工方法的设定。如图 4-16 所示 图 4-16精加工方法参数设定 4.4.4 粗加工 建立顶面和型腔的刀轨及仿真的生成。粗加工和精加工方式方法的设置基本相同，不同的是切削参数有所 改变，与粗加工相比精加工主轴转速较高，吃刀量较少，进给量也较少。 （ 1）单击【创建程序】按钮，弹出对话框，如图 4-17设置。 （ 2）单击【创建操作】按钮，弹出相应的对话框，【确定】后，弹出型腔铣对 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 24 话框，如图 4-18 所示 图 4-17创建程序 图 4-18型腔铣对话框 （ 3）在型腔铣的界面上，单击【切削层】图 标，进入设置切削层，如图 4-19所示。 图 4-19切削层 （ 4）单击切削参数按钮，在【策略】选项下，设置如图 4-20 所示。余量选择按钮中设置 1mm 底部余量如图，【确定】返回。 图 4-20【策略】 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 25 （ 5）单击非切削移动按钮，如图 4-21 所示设置。 （ 6）单击切削移动按钮，如图 4-22 所设置。 图 4-21 非切削参数的设置 图 4-22切削参数 的设置 （ 7）单击【进给和速度】按钮，设置主轴速度 500r/min，进给率为 400mm/r，点击【确定】返回，如图 4-23。精加工的主轴转速 2500r/min,进给率 1000mm/r。 （ 8）【生成刀轨】，并确认刀轨，【确定】返回，如图 4-24 所示。 图 4-23 进给速度参数的设置 图 4-24 刀轨的生成 （ 9）单击 “型腔铣 ”对话框中 “操作 ”的 “确定 ”按钮 ，选择 “2D动态 ”，单击播放 ，即可进行粗加工仿真演示，如 4-25 图。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 26 图 4-24 刀路生成 图 4-25 粗加工仿真演示（加工结果） 4.4.5 半精加工 建立顶面和型腔的刀 轨及仿真的生成。此零件加工出来，较为严格，必须经过粗加工之后，才可以进行半精加工，根据下面提示，会有半精加工的参数设置。 （ 1）单击【创建工序】按钮，弹出对话框，如图 4-26 设置。 （ 2） 单击【创建工序】按钮，弹出相应的对话框，【确定】后，弹出型腔铣对话框，如图 4-27 所示。 图 4-26 创建程序对话框 图 4-27型腔铣对话框 （ 3）单击非切削移动按钮，如图 4-28 所示设置；单击切削移动按钮，如图 4-29 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 27 所设置 图 4-28 切削移动的设置 图 4-29 非切削移的设置 （ 4）单击【进给和速度】按钮，设置主轴速度为 1000r/min，进给率为 800mm/r，点击【确定】返回，如图 4-30。 （ 5）【生成刀轨】，并确认刀轨，【确定】返回，如图 4-31 所示。 图 4-30 进给速度参数的设置 图 4-31 刀轨的生成 （ 5）单击 “型腔铣 ”对话框中 “操作 ”的 “确定 ”按钮 ，选择 “2D 动态 ”，单击播放 ，即可进行粗加工仿真演示，如 4-32 图。 图 4-32 粗加工仿真演示（加工结果） 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 28 4.4.6 精加工 建立顶面和型腔的刀轨及仿真的生成。 因为加工方法相似，在正面其它面的粗精加工就不一一说明，各参数的设置可以进入 UG 应经建好的数模进行查询。如图 4-30 为正面的所有刀轨。 （ 1）单击【创建工序】按钮，弹出对话框，如图 4-33 设置。 （ 2）单击【创建工序】按钮，弹出相应的对话框，【确定】后，弹出型腔铣对话框，如图 4-34 所示。 图 4-33 精加工创建操作的设置 图 4-34 精加工型腔铣 （ 3） 在型腔铣的界面上，单击【切削层】图标，进入设置切削层，如图 4-35所示。设置每刀切深 0.2mm。 图 4-35切削层 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 29 （ 4）单击非切削移动按钮，如图 4-36 所示设置。在非切削移动设置进刀、退刀参数。 （ 5）单击切削移动按钮，设置主轴转速为 2500r/min，进给率 1000mm/r。如 图所示。 图 4-36 非切削参数的设置 图 4-37 切削参数的设置 （ 6） 单击 “型腔铣 ”对话框中 “操作 ”的 “生成 ”按钮 ，即可生成精加工刀具轨迹，如图 4-38 所示。 图 4-38 精加工轨迹图 （ 7）单击 “型腔铣 ”对话框中 “操作 ”的 “确定 ”按钮 ，选择 “2D动态 ”，单击播放 ，即可进行精加工仿真演示，如图 4-39。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 30 图 4-39 精加工仿真演示（加工结果） （ 8）因为加工方法相似，在其它的位置加工就不一一说明，各参数的设置可以进入 UG 应经建好的数模进行查询。如图 4-40 为正面的所有刀轨，图 4-41 为刀轨导航器，其中为正面所建立的所有刀路程序。可以在【确认刀轨】中进行仿真，最后的效果如图 4-42 所示。 图 4-40所有刀轨 4-41刀路程序 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 31 图 4-42正面刀路模拟图 4.4.7 小结 通过对长桁接头的加工仿真，我系统学习了如何对数模进行毛坯的建立，加深了对 UG软件进行刀轨建立的操作和各项参数的设定。虽然曾系统学习过该软件，但是并没有实际的完成过完整的加工仿真过程。所以在操作过程中，使用的命令不够熟练，不能高效的完成任务。由 于在工艺知识上的欠缺，不能准确的快速的完成各参数的设定。 通过此次加工仿真，我也发现了许多自己在 UG 软件使用方面的不足和工艺知识上的欠缺，例如，在软件操作上的不规范，软件操作也还不够熟练。自己也会在今后的学习和工作中继续加强这两方面学习，开始学习和掌握 UG 当中更多实用的操作命令，学习了解更多的工艺方面知识，从而能够更好的完成各项任务。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 32 第五章 后处理及代码输出 5.1 后处理工序 （ 1）不同的机床的控制系统是不同的，所使用的 NC 程序代码和模式也是不同的。因此操作 中的数据必须经过处理转换特定机床控制系统能够接受的特定模式的 NC 程序。 （ 2）而 Unigraphics NX 提供了图形后处理模块 GPM 和 UGPOST 两种后处理方式。而我所选用的是后者，因为后者比较简单实用。因此通过 UG 所提供的后置处理来完成加工所需要的 NC 代码。单击 看到菜单里可以选择你所需要的机床，在选择你所要存放 NC 文件的文件夹，输入 NC 文件名，单击应用即可。这里选择已经编辑设置好的【 MILL-3- AXIS 系统】后处理文件，指定存放位置，确认输出，生成 G 代码，至此，加工完成，如图 5-1 所示。 图 5-1 后处理 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 33 5.2 生成程序 由于生成的程序太多，在此只截取部分程序，如图所示。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 34 第六章 总结与展望 此次毕业设计是机械设计课程的最后一个重要教学环节，也是高等工科院校大多数专业学生较全面的设计能力训练，为我们培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用机械设计和有关课程的理论，结合生产实际分析和解决工程实际问题的能力，巩固、加深和扩展有关机械设计方面的知识。 本次毕业设计是对零件的数控工艺规程的 编制、及加工模拟仿真， 通过零件结构的三维设计，开始对 NX8.0 三维设计软件的熟悉程度和从中学习到的东西是以前所不能比拟的，例如工程图的设计和数控加工仿真是以前实践比较少的部分，以及最后遇到的加工问题是以前没有接触到的部分，经过这次课程设计，有了更加全面的运用。相对以往的课程设计，这次毕业设计是对之前绘图基础、软件熟知运用程度的一种提升。 通过对零件的数控编程及加工工艺仿真，我对机械零件的设计、工艺、数控仿真方面也有了更深的了解。虽然起初对于零件基于 NX8.0 的数控仿真并不熟悉，对零件的工艺分析也有很多迷茫， 期间遇到种种问题，但在指导老师的孜孜不倦的指导下，我学到了很多自己没有发掘的知识。课余时间通过在图书馆查找资料，来让自己不断地学习 NX8.0 软件的应用，同时顺利完成了毕业设计的课题并补充了很多专业知识。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 35 参考文献 1 刘治映 毕业设计（论文）写作导论 .长沙：中南大学出版社 .2006.6 2 徐伟 杨永 计算机辅助与制造 .高等教育出版社 .2011.2 3 于杰 数控加工与编程 . 北京：国防工业出版社 .2009.1 4 赵长明 数控加工工艺及设备 . 北京 ：高等教育出版社 .2003.10. 5 麓山文化 UG7从入门到精通 .北京：机械工业出版社 2012,2 6 朱焕池 机械制造工艺学 . 北京：机械工业出版社 .2003.4 7 李提仁 数控加工与编程技术 . 北京：北京大学出版社 .2012.7 8 焦小明 机械加工技术 . 北京：机械工业出版社 .2005.7 9 龚桂义