毕业设计（论文）-基于UG软件的充电器的建模造型.doc

嘉兴职业技术学院嘉兴职业技术学院 毕毕 业业 设设 计计 （论（论 文）文） 题目名称：基于 UG 软件的充电器的建模造型 姓 名： 周 易 所在分院： 机电与汽车分院 专业班级： 机电 101 指导教师： 白 洪 金 2013 年 6 月 3 日 嘉兴职业技术学院毕业设计（论文） 目目 录录 1 引言 .4 1.1 选题背景与意义 .4 1.2 研究现状 .4 2 充电器模型测绘.5 2.1 测绘方法 .5 2.2 测绘过程 .5 3 基于 UG 的充电器 CAD 设计实体过程.6 3.1 实体建模过程 .7 3.1.1 画出充电器三维造型的轮廓线 .7 3.1.2 创建实体 .10 3.1.3 前视图造型设计 .13 3.1.4 倒圆角 .15 3.1.5 实体抽壳.17 3.1.6 孔的设计 .18 3.1.7 平移坐标轴 .19 3.2 曲面分析 .20 4 工程制图.21 嘉兴职业技术学院毕业设计（论文） 1 摘摘 要要 本文详细叙述了运用 UG 软件实现充电器支座三维模型设计及虚拟制造的方法。 先在 UG 软件的 CAD 建模中，通过拉伸实体、布尔运算、实体抽壳和实体倒圆角 等功能绘制出充电器支座的三维模型。然后在 UG 的加工模块中，完成充电器模 型的虚拟制造，生成了两个平面轮廓铣程序，一个是粗加工程序另一个是精加工 程序。后置处理中选用 MILL_3_AXIS 机床，生成机床可以识别的程序。在虚拟制 造中，还需要考虑到刀具、切削用量等加工工艺的选择，这些在文中也作了详细 介绍。 此外，文中还介绍了数控加工中程序传送的方法。利用 CimcoEdit 软件将生成的 程序传送到西门子铣床上。要注意的是，粗加工程序较短，可以先直接传送到机 床中，然后加工。但精加工程序比较长，不能完成一次性传送，因此文中介绍了 边传送边加工的 DNC 加工方法。 关键词关键词 虚拟制造；UG；CAD/CAM；数控加工；充电器 嘉兴职业技术学院毕业设计（论文） 2 1 1 引言引言 CAD/CAM 是计算机辅助设计/计算机辅助制造(Computer Aided Design/ Computer Aided Manufacturing)的简称。其核心是利用计算机快速高效地处理 各种信息，进行产品的设计与制造，它彻底改变了传统的设计、制造模式，利用 现代计算机的图形处理技术、网络技术，把各种图形数据、工艺信息、加工数据， 通过数据库集成在一起，供大家共享。信息处理的高度一体化，支撑着各种现代 制造理念，是现代工业制造的基础。 计算机辅助设计(CAD)以计算机图形处理学为基础，帮助设计人员完成数值 计算，实验数据处理，计算机辅助绘图，进行图形尺寸、面积、体积、应力、应 变等分析，即高效、优化地进行产品设计。计算机辅助制造(CAM)是指使用计算 机辅助制造系统模拟、优化产品加工过程，利用数控机床加工以及装配出产品的 技术。 把 CAD/CAM 作为一个整体来考虑，从产品设计开始到产品检验结束，贯穿于 整个过程，可以取得明显的效果。CAD/CAM 与传统的制造模式相比有以下的优点： 个人技能、技巧等模拟量信息的数字化，社会化共享。 各工序信息的共享、数值基准的统一，能够推行整个工程的标准化。 改变系统的顺序排列作业，能够进行并行化作业。 Unigraphics(简称 UG)软件是美国 EDS 公司著名的 3D 产品开发软件，利用 UG 软件可以更好地提高设计质量与设计效率，由于其强大的功能，已逐渐成为当 今世界最为流行的 CAD/CAE/CAM 软件之一。 本课题就是基于 UG 充电器模型的计算机辅助设计与制造。利用 UG 软件的强 大功能完成充电器模型三维造型设计及制造，目的是研究和掌握 UG 在模具设计 中的应用。课题的主要任务是：学习 UG 软件，用 UG 软件绘制出充电器的三维 模型；用 UG 软件完成充电器模型的虚拟制造；在加工中心机床上实现充电 器模型的数控加工。 1.11.1 选题背景与意义选题背景与意义 嘉兴职业技术学院毕业设计（论文） 3 近年来数控机床的普及以及 CAD/CAM 技术的快速推广，促进了我国制造业设 备的更新换代，在制造业中使用 CAD/CAM 技术，提高了产品质量，降低了产品成 本，缩短了生产周期，不断提高我国产品在国际市场上的竞争能力。对于已经加 入世贸组织的我国，积极推广 CAD/CAM 技术，有利于我国企业加速融入全球的竞 争机制。 产品设计 从产品意图设计开始到进行三维实体造型、设计装配图和出详细的零件图以 及强度校核、运动学分析、动态干涉检查等。 工艺设计(虚拟制造) 根据所设计的产品类型、特征、外形形状，选择不同的加工方式，根据加工 条件，设计加工路线，确定工艺参数、切削用量，生成加工程序。仿真实体切削 加工过程，根据仿真结果，修改切削用量重新仿真，直到达到最佳效果为止。所 有的 CAD/CAM 功能都与一个公共数据库相连，应用程序使用公共数据库里的信息， 实现产品设计、工艺规程编制、生产过程控制、质量控制、生产管理等产品生产 全过程的信息集成。 1.21.2 研究现状研究现状 我国 CAD/CAM 技术的应用起步于 20 世纪 60 年代末，经过近 40 年的研究、 开发与推广应用，CAD/CAM 技术已经广泛地应用在机械、电子、航天、化工和建 筑等行业。应用 CAD/CAM 技术提高了企业的设计效率、优化了设计方案、减轻了 技术人员的劳动强度、缩短了设计周期、加强了设计的标准化。目前来看， CAD/CAM 技术的应用正在如火如荼地展开。但是，应该看到这样一个现实，目前 国内 CAD/CAM 系统的应用还停留在比较低的水平上。对于大多数中小企业来说， 一旦企业在这方面进行了投资而又不能尽快地发挥其作用，就会给企业带来不必 要的损失，也为下一步 CAD/CAM 技术的应用发展制造了障碍。 2 2 充电器模型测绘充电器模型测绘 2.12.1 测绘方法测绘方法 当只有一个实物样品或手板模型，没有图纸或 CAD 数据档案时，我们可以通 过以下两种方法进行样点获取：一种是通过手工测绘，借助简单的测量工具对被 嘉兴职业技术学院毕业设计（论文） 4 测物进行数据采集，从而大致绘出实体外形进行加工；另一种是逆向工程技术， 即由高速三维激光扫描机对已有的样品或模型进行高速、准确地扫描，得到其三 维轮廓数据，配合反求工程软件进行曲面重构，并对重构的曲面进行在线精度分 析、构造效果评价和再设计等，最终生成 IGES 或 STL(在 CAD/CAM 中用于数据交 换的文件格式)数据，据此就能进行数控(NC)加工或快速成型。 由于条件有限，本课题采用手工测绘实体外形。 2.22.2 测绘过程测绘过程 测绘中所需测量工具是直尺、三角尺、游标卡尺。把充电器样品分成五部分 测绘：左视图的样品轮廓，图 2-1；俯视图的弧边轮廓，图 2-2；俯视图 的方形孔尺寸，图 2-3；前视图图案轮廓，图 2-4；后视图孔的位置，图 2- 5。 图2-1 左视图测绘图 其中各点尺寸为：1(41.58，0） 2(40，20.5） 3(34，26） 4(- 22.96，20.57） 5(-40，0） 6(22,，6.1) 7(36.6，31.3) 8(-24.2，31.3) 9(-24.2，16.24) 10(-24.82, 21.68) 11(-24.82, 36.58) 12 (10.25, 36.58) 13(0.25, 25.87) C1(-19，0) C2(34.6，-279.3) C3(34，20) C4(-13.95, 79.6) 嘉兴职业技术学院毕业设计（论文） 5 图2-2 弧边轮廓测绘图 图2-3 俯视图的方形孔尺寸 图2-4 前视图图案轮廓 图2-5 后视图孔的位置 由于不是精确采集点的数据，需要运用 UG 软件对充电器三维造型进行优化 设计。 3 3 基于基于 UGUG 的充电器的充电器 CADCAD 设计实体过程设计实体过程 嘉兴职业技术学院毕业设计（论文） 6 本章是按照上面一章测绘出的草图，运用 UG 软件对充电器三维造型进行优 化设计。 3.13.1 实体建模过程实体建模过程 利用拉伸实体、布尔运算、实体抽壳和实体倒圆角等功能绘制充电器支座模 型，效果可参考图 3-1。 图3-1 充电器支座模型和轮廓截面线 3.1.13.1.1 画出充电器三维造型的轮廓线画出充电器三维造型的轮廓线 打开 UG NX3，如图 3-2 所示。新建一个文件，输入的文件名 cdq，选择菜 单命令应用/建模，如图 3-3，进入建模界面，如图 3-4 所示。 图 3-2 UG NX3 主界面 图 3-3 UG 应用界面 嘉兴职业技术学院毕业设计（论文） 7 图 3-5 工作层设置界面 选择，进入草图 YC-ZC 平面，在草图中画出充电器模型的轮廓线。第 一组曲线各点尺寸为：1(41.58，0) 2(40，20.5) 3(34，26) 4(- 22.96，20.57) 5(-40，0) C1(-19，0) C2(34.6，-279.3) C3(34，20) ， 图 3-4 建模界面 嘉兴职业技术学院毕业设计（论文） 8 如图 4.6，保存在第一层，如图 3-5 所示。 图 3-6 第一层轮廓曲线尺寸 关闭第一层，第二组曲线各点尺寸为：6(22，6.1) 7(36.6，31.3) 8(- 24.2，31.3) 9(-24.2，16.24)，保存在第二层，图 3.7 所示。 图 3-7 第二层轮廓曲线尺寸 关闭第二层，第三组曲线各点尺寸为：10(-24.82, 21.68) 11(-24.82, 36.58) 12(10.25, 36.58) 13(0.25, 25.87) C4(-13.95, 79.6)，保存在第 三层，图 3-8 所示。 嘉兴职业技术学院毕业设计（论文） 9 图 3-8 第三层轮廓曲线尺寸 关闭第三层，在草图 XC-YC 平面里绘制第四组曲线，各点尺寸为：C1（- 24，-6.129） C2(24，-6.129)，保存在第四层，图 3-9 所示。 图 3-9 第四层轮廓曲线尺寸 3.1.23.1.2 创建实体创建实体 退出草图模式，打开 1、4 层，关闭第 2、3 层，如图 3-10 所示。 嘉兴职业技术学院毕业设计（论文） 10 图 3-10 轮廓曲线 选择如图 3-11 所示圆弧 P1(与其连接的图素会被选上)，选择拉伸， 对称距离为起始-30mm，结束 30mm。确定后，结果如图 3-12 所示。 图 3-11 “拉伸”菜单 图 3-12 拉伸结果 同样方法拉伸图 P2、P3，拉伸距离为起始 0mm，结束 30mm。确定后结果如 图 3-13 所示。选择进行布尔并运算，图 3-14，把被拉伸的两个几何体合成一 个整体。 嘉兴职业技术学院毕业设计（论文） 11 图 3-13 拉伸实体 图 3-14 布尔并运算菜单 打开第 3 层，选择如图 3-15 所示直线 P4(与其连接的图素会被选上)，拉 伸 P4，拉伸距离为起始-50mm，结束 50mm。结果如图 3-16。选择布尔差运算， 图 3-17，结果如图 3-18 所示。 图 3-15 拉伸 图 3-16 拉伸结果 嘉兴职业技术学院毕业设计（论文） 12 图 3-17 布尔差运算 图 3-18 布尔差运算结果 打开第二层，选择如图所示直线 P5(与其连接的图素会被选上)如图 3- 19。拉伸 P5，拉伸距离为起始-26mm，结束 26mm。结果如图 3-20。选择布尔 差运算，结果如图 3-21 所示。 图 3-19 对 P5 进行拉伸 图 3-20 拉伸结果 嘉兴职业技术学院毕业设计（论文） 13 图 3-21 对 P5 进行布尔差运算结果 3.1.33.1.3 前视图造型设计前视图造型设计 创建凸面。选择基准平面，在曲面前创建一个面，图 3-22。双击这个 面，进入草图，在前视图中按以下坐标绘制如图 3-23 所示的曲线。C1(- 29.393,-18.942) C2(29.393,-18.942 ) C3(0,-19.487)。 完成草图，选择凸垫，在前面的曲面上凸垫，凸垫高度为 1mm，如图 3-24 所示。 图 3-22 选择基准平面 嘉兴职业技术学院毕业设计（论文） 14 图 3-23 绘制凸垫曲线 图 3-24 完成凸垫曲面绘制 创建凹孔。再次双击创建凸面时所作的面，进入草图，在前视图中按以下 坐标绘制如图 3-25 所示的曲线。C1（-15,2.814） C2 (15,2.814)。完成草图， 选择，以两个圆为弧，各创建一个球体，和曲面相交，图 3-26。选择，做 布尔差运算，就可在曲面上留下两个凹进去的圆孔，图 3-27。 图 3-25 创建凹孔曲线 图 3-26 凹孔实体 嘉兴职业技术学院毕业设计（论文） 15 图 3-27 凹孔布尔差运算 3.1.43.1.4 倒圆角倒圆角 为方便机床加工，使图形更加美观，对充电器实体进行倒圆角。 选择倒圆角，选择如图 3-28 所示实体边 P13、P14、P15、P15，在弹出 的实体圆角参数设定对话框中，输入倒圆角半径为 8。 图 3-28 选择实体边倒圆角半径 8mm 选择如图 3-29 所示实体边 P17，再选择另外三条相对的实体边，在弹出的 实体圆角参数设定对话框中，输入倒圆角半径为 4。选择所示实体边 P18、P19， 在弹出的实体圆角参数设定对话框中，输入倒圆角半径为 1.5。选择如图 3- 29、3-30 所示实体边 P20P23，在弹出的实体圆角参数设定对话框中，输入倒 圆角半径为 4。 嘉兴职业技术学院毕业设计（论文） 16 图 3-29 选择实体边倒圆角半径 4mm 图 3-30 垂直边倒圆角半径 4mm 选择如图 3-31 所示实体边 P24、P25，在弹出的实体圆角参数设定对话框 中，输入倒圆角半径为 1。再选择实体边 P26P28，在弹出的实体圆角参数设 定对话框中，输入倒圆角半径为 0.5。最后倒圆角得到图 3-32。 嘉兴职业技术学院毕业设计（论文） 17 图 3-31 其余部分倒园角 图 3-32 倒圆后实体 3.1.53.1.5 实体抽壳实体抽壳 选择，选择底面这个实体面，在弹出的实体抽壳参数设定对话框中，输入 如图 3-33 所示参数，单击确定按钮。结果如图 3-34 所示。 嘉兴职业技术学院毕业设计（论文） 18 图 3-33 实体抽壳菜单 图 3-34 实体抽壳结果 3.1.63.1.6 孔的设计孔的设计 在前视图中，从凹圆上取三点（最上面两点，最下面一点）作一个平面， 如图 3-35 所示。双击这个平面进入草图。在凹圆的中心画两个小圆，直径为 2， 图 3-36。通过拉伸，布尔差，得到图 3-37。 图 3-35 设计结果 1 图 3-36 设计结果 2 嘉兴职业技术学院毕业设计（论文） 19 图 3.37 设计结果 3 在 3D 图中绘制如下图所示的两个矩形。 各点坐标为：a(-17,28,39) b(-10,28,39) c(-17,25,41) d(-10,25,41) e(10,28,39) f(17,28,39) g(10,25,41) h(17,25,41)。 通过选择 P32、P33 两个矩形，再通过拉伸、布尔差，得到方形的孔，如图 3-38 所示。 图 3-38 设计结果 4 尾部打孔。选择，放置面选择后平面，定位如图 3-39 所示，孔的直径 为 5，圆心水平距离为 15，竖直距离为 10。 嘉兴职业技术学院毕业设计（论文） 20 图 3-39 孔设计的最终结果 3.1.73.1.7 平移坐标轴平移坐标轴 为了方便加工，需把坐标轴抬到实体造型上方。平移坐标轴，选择WCS 方向，沿 Z 轴移动 27mm，如图 3-40 所示。 图 3-40 Z 轴平移结果 3.23.2 曲面分析曲面分析 三维造型设计出来后，需要对曲面质量进行分析评估，以确定曲面是否达到 设计要求。对曲面进行了反射分析，即分析曲面的反射特性，可以知道曲面是否 光滑过渡，如果没有达到要求，曲面上的线条则会高低不平，没有连续性，有时 还会出现起皱现象。 通过选择菜单命令分析/形状/面/反射，如图 3-41，出现“面分析 反射”的对话框，图 3-42，选择黑白线进行面分析，由图 3-43 可以看出，线 条过渡流畅，说明曲面是光顺的，达到设计要求。 嘉兴职业技术学院毕业设计（论文） 21 图 3-41 曲面分析选项卡 图3-42 面分析窗 图3-43 分析结果 由以上分析结果可以看出，曲面过渡连续光顺，各点的数据可以采用。 4 4 工程制图工程制图 嘉兴职业技术学院毕业设计（论文） 22 图 4-1 图纸选择窗 图 4-2 正等测视图选项 图 4-3 尺寸图 嘉兴职业技术学院毕业设计（论文） 23 结结 论论 Unigraphics 软件是美国 EDS 公司推出的集 CAD/CAE/CAM 为一体的三维设计 平台，广泛应用于航空、航天、汽车、造船、通用机械和电子等工业领域。本设 计是采用 CAD/CAM 技术，运用 UG 软件进行充电器模型外形设计及数控加工的研 究。经过三个月的努力工作，完成了设计任务。相关工作总结如下： 主要工作及结论 a 对充电器的模型测绘，我学到了测绘的方法，一种是逆向工程技术，另一 种是通过手工测绘。本课题采用的是手工测绘。 b 利用 UG 软件，绘制出了充电器的三维造型、工程图，能够熟练运用 CAD 模 块进行造型设计。 c 对充电器模型进行加工工艺分析，确定了工艺参数。 d 用 UG 软件完成充电器模型的虚拟制造，通过反复选择，确定了最佳刀具路 径，并生成数控加工程序。 e 在数控铣床上实现充电器模型的数控加工，熟悉了数控机床的操作方法， 如回参考点、对刀等，结果满足设计要求。 存在的问题 a 由于时间原因，对充电器模型的造型设计还不完善，设计出的充电器比较 笨拙。如果设计得能像汽车车身的流线型一样