LW01-016@UG的三维CAD设计和CAM自动编程
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机械毕业设计 论文
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LW01-016@UG的三维CAD设计和CAM自动编程,机械毕业设计 论文
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I 摘 要 本文主要研究基于 UG的三维 CAD设计和 CAM自动编程的过程。首先利用 UG软件的 CAD模块对要加工的零件进行实体建模，然后以零件的三维实体模型为依据，得到它的实体造型，并讨论了零件三维实体建模的方法、建模过程与处理技巧。 在零件形状结构分析的基础上，制定它们的加工工艺，分析数控自动编程的方法与特点，利用 UG的 CAM模块，完成粗加工、半精和精加工的 NC编程，并对生成的操作进行切削仿真加工，检查操作的正确性。最后对生成的操作进行后置处理，生成数控机床可以识别的 NC代码程序。 关键词： UG， CAD， CAM，自动编程 nts II Abstract This article introduces the process of how to design the part using the function of CAD and CAM basing on the UG software. First of all utilize UG software CAD module to adjust the spare parts which will be processed and carries on the entity model building. Afterwards the three dimensions physicals model with the spare parts are the foundation, Obtain its solid modeling, Moreover talk about three dimensions on the spare parts entity models building means, Model building process together with handle technique. Be living on the spare parts forms shape structural analysis base, Draw up their process technology, Digital control programming means together with distinguishing feature are analyzed, Utilize the CAMs module of UG, Rough machining completed, Semi picked and precision work NCs programming, Moreover to the formation operation cuts imitation, Right quality that the check is manipulated. Place the handle afterwards finally being underway to the formation operation, NCs code source program that the formation APT may be discriminated. Keywords: UG； CAD； CAM； Automated programming nts III 目 录 引 言 . 1 第 1 章 概述 . 2 1.1 CAD/CAM 技术发展简史 . 2 1.2 CAD/CAM 技术概要 . 3 1.3 本课题零件介绍 . 4 第 2 章 锻模零件工艺分析 . 5 2.1 锻模零件结构形状分析 . 5 2.2 锻模零件工艺分析 . 5 第 3 章 锻模零件 CAD 建模 . 6 3 1 锻模零件实体建模方案 . 6 3 2 锻模零件 CAD 建模过程 . 6 第 4 章 锻模零件 CAM 加工 . 16 4 1 创建毛坯 . 16 4 2 创建刀具、方法和几何体父节点组 . 16 4 3 创建刀具轨迹 并生成数控程序 . 21 结 论 . 34 参考文献 . 35 致 谢 . 36 nts基于 UG 的三维曲面 CAD 设计和 CAM 自动编程研究 1 引 言 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。 UG/NX 作为参数化 CAD/CAM 软件系统的代表，主要用于汽车 、 航空航天 、 机械电子 、模具制造等行业，实现了产品零件或组件从概念设计到制造全过程设计的自动一体化，提供了以参数化为基础，基于特征实体造型，部件间的关联设计等技术。其核心技术是采用非均匀有理 B 样条（ NURBS）作为曲面造型的基础，融线框模型 、 曲面造型 、 实体造型为一体。参数化和特征化的实体模型系统，系统是建立在统一的富有关联的数据库基础上，提供了工程上的完全关联性，使 CAD/CAM/CAE 各部分数据自由联动切换。 以基本特征作为交互操作的基础，利用特征技术，用户可以在更高层次上进行产品设计 、 模具设计 、 数控加工编程 、 工程分析，实现并行工程 CAD/CAPP/CAM 的集成与联动。系统采用统一的三维几何模型，使产品设计 、 模具设计 、 数控编程 、 工程分析等环节的修改自动映射到与其关联的环节，排除不协调，保证产品设计的统 一性和唯一性。基于关联模型的产品定义包含产品的生命周期（设计 、 分析 、 制造 、 检测等）信息，产品数据定义规范化使产品生命周期的设计数据表达实现标准化，不仅有利于与 CAD/CAM系统之间交换信息，而且支持产品及模具工装设计 、 工程分析 、 数控编程 、 生产管理等信息的共享。在 UG/OPEN 提供的二次开发函数据的基础上，用户可用 C 或 C+语言进行二次功能开发， UG/NX 提供的基于专家的模具设计 、 先进的数控加工编程功能使得模具设计与制造变得更为轻松可靠。 我们运用 UG软件的建模和加工模块 , 完成了零件模型建立 加工过程的设 计 加工过程的仿真 加工参数修正 数控机床后置处理转换 生成数控程序 数控加工 , 从而满足各项要求。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。 nts基于 UG 的三维曲面 CAD 设计和 CAM 自动编程研究 2 第 1 章 概述 CAD/CAM技术是 60年代兴起的一门新技术，它发展十分迅速，到 80年代初，在工业发达的国家已经形成一个新的产业。 CAD/CAM是实现产品设计和制造自动化的关键技术，在产品开发中，引入该技术进行产品概念设计、工程与结构分析，详细设计及数控编程，能大大提高产品质量，创造显著的效益。 CAD/CAM技术的不断发展和广泛应用，不仅在于它具有提高产品的设计质量，缩短产品的试制和生产周期等极具吸引力的优点，更重要的是，在计算机网络与数据库的支持下，它与制造自动化系统、质量保证系统以及管理信息有机组成计算机集成制造系统(CIMS )，将对社会劳动生产方式有根本性的影响，对传统产业的改造，对新兴技术和产业的兴起与发展，对增强国际竞争能力等方面都有巨大的推动作用。 CAD/CAM技术的发展，促进我们对先进制造技术和生产模式的探索，我们己经从传统的生产模式转向数控加工，柔性制造乃至计算机集成制造 (CIM)的生产模式上。 CAD/CAM 技术是计算机集成制造系统 (CIMS )的基础技术，它的发展和应用水平己成为衡量一个国家科学技术和工业现代化的重要标志之一。 1.1 CAD/CAM 技术发展简史 1963年，美国麻省理工学院的 I.E.Suther land在他的博士论文中提出了 SKETCHPAD系统，该系统的理论和技术奠定了 CAD/CAM技术的基础。 随着交互式图形生成技术的发展， CAD/CAM技术也得到了长足的进步。 60年代中后期，美国的一些大公司十分重视 CAD/CAM技术，投入相当大的资金对 CAD/CAM技 术进行研究和开发，研制出一些 CAD系统，如 IBM的 SMS, SLT/MST设计自动化系统，洛克希德的CAD/CAM，通用汽车的 CAD-CDC公司开发了作为商品销售的 Digigraphic CAD系统。此时的 CAD系统基于大型计算机平台，规模庞大、价格昂贵，只有经济实力雄厚和技术力量强大的大型企业和科研单位才能研究和应用这一技术 . 进入 70年代后期，计算机硬件的性价比不断提高，图形输入板、大容量磁盘存储器和廉价的存储器的相继出现，以及数据库管理系统软件的开发，促使小型机和超级小型机为主的 CAD/CAM系统进入 市场并成为主流。出现了专门经营 CAD/CAM 软硬件的公司，如 CV (ComputerVision), Intergraph, Calma, Applicon等。与大型计算机 CAD/CAM系统相比，其价格相对便宜，使用和维护也相对简单。因此 CAD/CAM技术有了进一步的发展，应用范围相继扩大，主要集中在航空、电子和机械工业。同时对三维造型技术开始进行研究。 70年代末， 32位工作站和微机的出现对 CAD/CAM技术的发展起了极大的推动作用。工作站具有较高的响应速度，特别运用于 CAD/CAM系统。而且，网络技术 的支持使得资源可以共享，各台计算机能够发挥各自的特点 .因此，可以根据需要和经济条件以及nts基于 UG 的三维曲面 CAD 设计和 CAM 自动编程研究 3 CAD/CAM技术的发展逐步投资，逐步发展和扩大 CAD/CAM系统的功能和规模。 80年代中后期，工作站平台的 CAD/CAM发展很快，到目前己经成为 CAD/CAM 系统应用的主流。这种系统的制造商只提高硬件和系统软件，而具体的 CAD/CAM应用软件由专门的公司研制和销售，现在活跃在市场上的公司有 SDRC. PTC. UGS等，其产品种类多，各具特色。 随着微机的性能价格比的不断提高以及网络技术的迅猛发展，许多公司己将CAD/CAM系统移植到微机平台，可以预见，随着 CAD/CAM领域的不断扩大，高性能、低价格、易维护的微机平台 CAD/CAM 系统将成为主流。 1.2 CAD/CAM 技术概要 计算机辅助设计和制造，简称 CAD/CAM，指的是以计算机作为主要技术手段，处理各种数字信息与图形信息，辅助完成产品设计和制造中的各项活动。计算机辅助设计是人和计算机相结合，各尽所长的新型设计方法。设计过程包含分析和综合两个方面的内容 .人可以进行创造性的思维活动，将设计方法经过综合、分析，转换成计算机可以处理的数学模型和解析这些模型的程序。在 程序运行过程中，人可以评价设计结果，控制设计过程 ;计算机则可以发挥其分析计算和存储信息的能力，完成信息管理、绘图、模拟、优化和其他数值分析任务。人和计算机相结合，在设计过程中两者发挥各自的优势，有利于获得最优设计结果，缩短设计周期。 计算机辅助制造是利用计算机对制造过程进行设计、管理和控制 .一般说来，计算机辅助制造包括工艺设计、数控编程和机器人编程内容。 计算机辅助设计和制造关系十分密切。开始，计算机辅助几何设计和数控加工自动编程是两个独立发展的分支。但是随着它们的推广应用，二者之间的相互依存关系变得越来越 明显了。设计系统只有配合数控加工，才能充分显示其巨大的优越性。另一方面，数控技术只有依靠设计系统产生的模型才能发挥其效率 .所以，在实际应用中二者很自然地紧密结合起来，形成了计算机辅助设计与制造集成系统。在 CAD/CAM 系统中，设计和制造的各个阶段可利用公共数据库中的数据。公共数据库将设计与制造过程紧密联系为一个整体。数控自动编程系统利用设计的结果和产生的模型，形成数控加工机床所需的信息。 CAD/CAM可大大缩短产品的制造周期，显著提高产品质量，从而产生巨大的经济效益。 CAD/CAM系统可以从不同的角度加 以分类。 按系统的功能范围， CAD/CAM 系统可分为通用系统和专用系统两类。通用的 CAD/CAM系统功能全面，适应范围较广，例如， CATIA, IDEAS， Pro/E, EUCLID, UG等系统均属此类。这类 CAD/CAM系统通常包括线框、实体和曲面造型模块、绘图模块、装配与零件设计模块、有限元分析模块、数据交换与传输模块和 NC加工模块 .专用的 CAD/CAM系统指的是那些为特定的应用而开发的系统。这类系统通常只能适用于一定的专业，或用于解nts基于 UG 的三维曲面 CAD 设计和 CAM 自动编程研究 4 决某一类问题 .例如，冲模 CAD/CAM 系统和注塑模 CAD/CAM系统皆属此类。 按运行方式， CAD/CAM系统可分为交互式系统和自动化系统。虽然人们正在研究以人工智能方式为基础的 CAD/CAM系统，但在目前的技术发展水平方面计算机尚难以自动完成设计和制造中的全部工作。因此，绝大多数 CAD/CAM系统属于交互式系统。这种系统以交互方式进行，由于计算机检索数据，分析计算，并将运算结果的图形或数据的形式显示在屏幕上，利用键盘和图形板等交互设备输入参数，选择方案、修改设制、控制运行的进程。 另外， CAD/CAM系统从硬件角度可分为主机系统、工作站系统和微机系统 ;按软件的开放性可 分为交钥匙系统 (Tum-key System)和可编程系统 (Programmalbe system). 1.3 本课题零件介绍 锻模材料为 5CrNiMo，如图 1.1 是锻模零件图。 图 1.1 锻模零件图 nts基于 UG 的三维曲面 CAD 设计和 CAM 自动编程研究 5 第 2 章 锻模零件工艺分析 2.1 锻模 零件结构形状分析 这是一磨擦楔块锻模零件，零件中间凹，两边有凸台，而且是一个 2 的斜台，四周有一圈深 6mm 的飞边（跑料）槽，中间凹下去的部分是零件最核心的型腔部分， Z-56 最深处的形状是个矩形，它的四周是四个不同角度的斜面，这是整个锻模零件最核心的部分。为了避免应 力集中，整个锻模曲面的交接处和四周角落都倒有 3mm 的过渡圆角。 2.2 锻模零件工艺分析 这是一磨擦楔块锻模零件，材料为 5CrNiMo，该材料具有优异的韧性和良好的冷热疲劳性能，毛坯外形为已加工成形。为提高加工效率，先采用较大的 32R6 的圆鼻刀（硬质合金可转位刀具）对锻模零件进行粗加工（型腔铣），生成 IPW“过程毛坯”（ In Process Workpiece） ,然后换 10mm 的立铣刀进行残料加工。粗加工之后，采用固定轴曲面轮廓铣中区域铣削驱动方式，用 8mm 的球头刀对跑料槽和型腔进行半精加工，用同 样的驱动方式对锻模左右两凸台面进行半精加工，然后复制上述两个半精加工刀具轨迹，通过修改切削参数的方式，把半精加工的刀具轨迹修改成精加工刀具轨迹。最后用 20mm的立铣刀对锻模的分型平面进行精加工。工艺方案见表 2.1 表 2.1 工艺方案 序号 加工部位 方法 加工方式 刀具号 刀具类型 /mm 主轴转速n/r min-1 进给速度vf/mm min-1 1 锻模整体 粗加工 型腔铣 1 32R6 圆鼻刀 600 350 2 残留部位 粗加工 型腔铣（残料 加工） 2 10 立铣刀 800 350 3 跑料槽及锻模型腔 半精加工 固定轴曲面轮 廓铣 3 8 球头刀 1200 250 4 锻模左右两凸台面 半精加工 固定轴曲面轮 廓铣 3 8 球头刀 1200 250 5 跑料槽及锻模型腔 精加工 固定轴曲面轮 廓铣 4 6 球头刀 1600 150 6 锻模左右两凸台面 精加工 固定轴曲面轮 廓铣 4 6 球头刀 1600 150 7 锻模分型 平面 精加工 面铣 5 20 立铣刀 1600 150 nts基于 UG 的三维曲面 CAD 设计和 CAM 自动编程研究 6 第 3 章 锻模零件 CAD 建模 3.1 锻模零件实体建模方案 图样中确定零件形状的关键截面有四个：主视 图的左端面 、 右端面和中间的 B-B、C-C 截面。图样中提供的最关键的尺寸是 C-C 截面尺寸和 2 倾斜角，根据这些数据我们可以推算出其余三个截面，最终根据这四个截面来造型。具体建模方案是： （ 1） 做出四个截面。 （ 2） 根据左右二端的截面线做拉伸，得到整个造型的主体。 （ 3） 根据中间二个截面做拉伸切除，做出型腔中 8.7mm 部分。 （ 4） 根据 Z-56 深处的长方形和四周的斜度做出延伸到上面的截面并做拉伸切除，得到 Z-56 型腔。 （ 5） 做出 6mm 深槽的凸形，与已经做好的模型进行布尔运算。 （ 6） 倒出各圆角。 3.2 锻模零件 CAD 建模过程 (1)生成底部截面线 进入建模界面后，选择 【 曲线 】 中 【 矩形 】 命令，在 【 点构造器 】 中，输入第一顶点坐标 XC 为 【 160】 ， YC 为 【 130】 ，第二顶点坐标 XC 为 【 -160】 ，YC 为 【 -130】 。点击确定，完成底部的矩形截面线。 图 3.1 生成底部截面线 为便于画出锻模关键的四个重要截面（左 、 右端面， B-B、 C-C 端面），我们需要切换旋转工作坐标系。先用 【 原点 】 命令移动坐标系原点，移动值 YC【 -65】 ， ZC【 110】 。再用 【 旋转 】 命令，选中 【 XC 轴 ： YC- ZC】 ，旋转 【 角度 】 输 入 【 90】 ，点击确定，坐标系变换如图 3.1 所示。 (2)画出 C-C 截面内的图形 nts基于 UG 的三维曲面 CAD 设计和 CAM 自动编程研究 7 先进入绘制草图环境，先画出大概轮廓，再添加草图约束和标注尺寸如图 3.2 所示。 图 3.2 C-C 截面草图 图 3.3 截面轮廓选取 图 3.4 变换对话框 (3)画出其他三个面的辅助面 先选择 【 隐藏 】 命令，在 【 分类选择 】 中点击（类型），在 【 类型选择 】中点选 【 基准 】 ，点击确定，回到上层菜单，再点击（选择所有的），最后点击确定，把草图中基准全部隐藏起 来。 作左端面的截面辅助线：选择 【 变换 】 命令，点击（类型），在 【 类型nts基于 UG 的三维曲面 CAD 设计和 CAM 自动编程研究 8 选择 】 中选择 【 曲线 】 ，点击确定后选择如图 3.3 所示草图中所作的几条线段，点击确定出现 【 变换 】 对话框，如图 3.4 所示。在其中选择（平移），再点击（增量），在 ZC 中输入 【 65】 后用（复制）方式完成左端面辅助线。 用同样的方法把 C-C 截面的图形平移到 B-B 截面和右端面，分别在 ZC中输入 【 -197】 和 【 -63】 后用（复制）方式完成变换操作，如图 3.5 所示。 图 3.5 平移复制效果图 图 3.6 作 2 的直线 (4)作出 2 的直线 先在 【 工作坐标系 】 的 【 旋转 】 命令中选择 【 XC 轴 ： YC- ZC】 。旋转 【 角度 】 为 【 2】 。然后在 【 曲线 】 中 【 基本曲线 】 命令中选择画（直线）方式，在 【 点构造器 】 中第一点 ZC 输入 【 70】 ，第二点 ZC 输入 【 -210】 。如图 3.6 所示。 (5)作出左端面线 用 【 基本曲线 】 命令中（直线）方式捕捉上方圆弧象限点和下方直线中点画直线。然后用 【 变换 】 命令中（平移）方式，捕捉刚作的直线上方顶点和交点，复制出左端面等距圆弧线如图 3.7 所示。 再用 【 基本曲线 】 命令中直线方式 ，画等距圆弧与两端点的切线，删除上方一圆弧和两直线。 最后用 【 基本曲线 】 命令中 （ 直线 ） 方式画出左端面线，先以一端上方端点为起点，过程中点选 【 平行于 】 栏中 XC，再捕捉左下角端点，自动生成平行线端点，再把两点相连，用同样方法作出另一端的线段，最终如图 3.8 所示。 图 3.7 左端面等距圆弧线 图 3.8 作左端面线 nts基于 UG 的三维曲面 CAD 设计和 CAM 自动编程研究 9 (6)作出右端面线 作右端面线可参照第 5 步中的方法，将右端面的等距线完成。其中平移圆弧线可参照第 5 步中的方法，连接端面线可参照第 5 步中的方法，最终如图 3.9 所示。 图 3.9 作出右端面线 图 3.10 B-B 剖视截面图 (7)作出 B-B 剖视截面图 作 B-B 剖视截面线可参照第 5 步中的方法将 B-B 剖视截面的等距线完成。其中平移圆弧线可参照第 5 步中的方法，连接端面线可参照第 5 步中的方法，最后结果如图 3.9 所示。 (8)作 B-B 剖视中 8.7 等距部分的截面图 用 【 曲线 】 命令中的 【 偏置 】 ，选中 B-B 截面上端的圆弧以及圆弧两端的切线，使偏置方向朝下，偏置距离为 【 8.7】 。再用曲线编辑中的裁剪，把两端多余的偏置部分修剪掉，完成结果如图 3.10 所示。 (9) 作 C-C 剖视中 8.7 等距部分的截面图 步骤与上面第 8 步的绘制相同，其中需要用点选曲线来选择要偏置的三条线，作出后如图 3.11 所示。 (10)拉伸得出整个主体 图 3.11 作 C-C 剖视中 8.7 等距部分的截面图 nts基于 UG的三维曲面 CAD设计和 CAM自动编程研究 10 在 【 层设置 】 的 【 工作 】 栏中输入 【 2】 ，使 2 层为工作层。用 【 自由形式特征 】 中 【 通过曲线 】 命令，选择左端面的截面线为第一曲线，右端面的截面线为第二曲面。选择过程中起点和箭头方向要一致，如图 3.12 所示。其余参数按默认设置，最后可得出整个主体，如图 3.13 所示。 图 3.12 选取左右端 面线 图 3.13 拉伸出主效果图 (11)拉伸出 8.7 部分的型腔 选择 【 工作坐标系 】 的 【 原点 】 命令，在 【 点构造器 】 的 YC 中输入 【 50】 。 用 【 曲线 】 中 【 基本曲线 】 命令的（直线）方式，在 【 点构造器 】 中输入第一点的 XC 为 【 80】 ，第二点的 XC 为 【 -80】 ，如图 3.14 所示。 选择 【 编辑 】 中 【 变换 】 命令，把刚作出的直线进行（平移）和（复制），其中选择（增量）方式，在 ZC 中输入 【 -132】 ，最后结果如图 3.15所示。 下面作裁剪体的两个截面：用 【 曲线编辑 】 中 【 裁剪 】 命令，在 【 过滤器 】 栏中选择（曲线），勾选（裁剪边界对象）选项，以 C-C 截面左下角的直线段为第一边界 、 无第二边界，选取 C-C 截面上方直线左端为裁剪（延伸）对象；再以 C-C 截面右下角的直线段为第一边界 、 无第二边界，选取C-C 截面上方直线右端为裁剪（延伸）对象。 用同样的方法将 B-B 截面中的上方直线延伸，此时结果如图 3.16 所示。 图 3.14 生成顶部直线 图 3.15 平移复制顶部直线 nts基于 UG 的三维曲面 CAD设计和 CAM 自动编程研究 11 图 3.16 分割曲线 图 3.17 选择曲线 用 【 曲线编辑 】 中 【 分割曲线 】 命令将图 3.16 中两截面两侧四条直线分别在与内侧曲线交点出进行分割。选择（根据边界对象分段），在点构造器中捕捉分割点（两截面两侧四条直线与内侧曲线四个交点）。 用自由形式特征中通过曲线命令，选择如图 3.17 所示的曲线，其余按参数默认设置，在布尔运算中选择（减）方式，即将主体减出 8.7 部分的型腔，其实体结果如图 3.18 所示。 图 3.18 8.7 部分的型腔 图 3.19 选择 保留曲线 (12)拉伸出 Z-56 部分型腔体 用 【 隐藏 】 命令选择实体与上一步中作出的截面线，只留下如图 3.19所示的线段。用 【 偏置 】 命令，选择（曲线）方式，然后选择 C-C 截面下方直线，在 【 点构造器 】 中，选择 B-B 截面下方直线的左端点，使偏置箭头方向向右，在 【 距离 】 栏中输入 【 44】 ，点击应用后再在 【 距离 】 栏中输入 【 13】 ，出现两条偏置直线。 用 【 基本曲线 】 命令中（直线）方式画出底面线框，在 【 点方式 】 下拉菜单中选择（端点）方式。 作上表面线框，需满足 11 和 53 等要求。先做辅助线段，选择 【 工作坐标系 】 中 【 原点 】 命令，在 【 点构造器 】 YC 中输入 【 -50】 ， ZC 中输入【 -50.5】 。再选择 【 旋转 】 命令在 【 旋转工作坐标系 】 中选择 【 +YC 轴 ： ZC- XC】 ，旋转 【 角度 】 为 【 90】 nts基于 UG的三维曲面 CAD设计和 CAM自动编程研究 12 绘制 11 和 53 两条角度线：选择 【 基本曲线 】 命令中（直线）方式，捕捉底面左侧偏置线的中点，在 【 长度 】 栏中输入 【 100】 ，在 【 角度 】 栏中输入 【 101】 ，即可画出 11 的斜面控制线。同样捕捉底面右侧偏置线的中点，在 【 长度 】 栏中输入 【 100】 ，在 【 角度 】 栏中输入 【 53】 ，即可画出53 的斜面控制线。 作两条 120 斜壁线：选择 【 变换 】 命令中（平移） 方式，选择左端面中右下直线段，然后选择（至一点）和复制。用同样方法移动另一线段。然后用 【 剪裁 】 命令将刚作出的四条直线分别进行剪裁和延伸至同一平面，其中需选择 【 平面子功能 】 中 【 YC 平面 】 ，最后结果如图 3.20 所示。 选择基本曲线命令中 （ 直线 ） 方式绘制上方的截面。如图 3.21 所示。 最后进行拉伸和布尔运算减：选择 【 自由形式特征 】 中 【 通过曲线 】命令，分别选择上端面的截面线和底面的截面线，其中起点和箭头方向须一致。如图 3.22 所示。在 【 布尔操作 】 中选择（减），即得到如图 3.23 所示 Z-56 部分型腔体。 图 3.20 作 120 斜壁线 图 3.21 作出 上 方 的 截 面 图 3.22 选择曲线 nts基于 UG的三维曲面 CAD设计和 CAM自动编程研究 13 图 3.23 拉伸出 Z-56 型腔体 图 3.24 作 6mm 深槽的辅助曲面线 (13)作出 6mm 深槽的辅助曲面 选择 【 成形特征 】 中 【 抽取 】 命令，用（提取线）方式，选择左、右端面上的轮廓线。用 【 偏置 】 命令，对左、右端面线进行偏置，其中方向箭头应向下， 【 距离 】 为 【 6】 。结果如图 3.24 所示。 选择选择 【 自由形式特征 】 中 【 通过曲线 】 命令，选择偏置出的左、右端面线，其中起点和箭头方向须一致如图 3.25 所示。最后得到如图 3.26所示的曲面。 图 3.25 选择曲线 图 3.26 作 6mm 深槽的辅助曲面 (14)作出 6mm 深槽的辅助平面 选择工作坐标系中原点命令，出现点构造器，然后捕捉左端面线右端点，在 YC 中输入 50。再选择旋转命令在 【 旋转工作坐标系 】 中选择 【 -XC轴 ： ZC- YC】 ，旋转 【 角度 】 为 【 90】 。 画出 6mm 深槽的截面线：选择 【 曲线 】 中 【 矩形 】 命令，依次输入第一 个矩形的第一点坐标 XC【 235.5】 ， YC【 272】 ，第二点坐标 XC【 24.5】 ，YC【 48】 。再输入第二个矩形的第一点坐标 XC【 206】 ， YC【 245】 ，第二点坐标 XC【 54】 ， YC【 75】 。然后选择 【 基本曲线 】 命令中（倒圆角）方式对两矩形分别进行 R45 和 R15 的倒角。最后画出如图 3.27 所示两个矩形。 nts基于 UG的三维曲面 CAD设计和 CAM自动编程研究 14 图 3.27 作 6mm 深 槽 的 辅 助 平 面 图 3.28 拉伸矩形截面 (15)作出 6mm 深槽的剪裁工具体 选择 【 成形特征 】 中 【 拉伸 】 命令，选择刚才所画的两个带倒圆角的矩 形截面，拉伸方向向下，拉伸距离为 【 80】 ，出现如图 3.28 所示的实体。 选择 【 特征操作 】 中 【 裁剪 】 命令，选择刚拉伸出的实体为目标体，再选择 13 步中作出的曲面为基准面，箭头方向应向下，最后得到如图 3.29所示实体。 选择 【 特征操作 】 中 【 边圆角 】 命令，在默认半径中输入 6，选中四条过渡棱边，最后结果如图 3.30 所示。 选择 【 特征操作 】 中 【 减 】 命令，选择锻模为目标体，再选择刚画出的实体为工具体，最后得到如图 3.31 所示的实体。 图 3.29 作出 6mm 深 槽 的 剪 裁 工 具 体 图 3.30 过 渡 棱 边 倒圆角 (16)倒圆角 用 【 特征操作 】 中 【 边圆角 】 命令进行倒圆角，在 【 默认半径 】 中输入 【 10】 ，选中 11 和 53 的要倒角的线段。 将 【 默认半径 】 改为 【 3】 ，选择深 6mm 的槽的两个底线。 为了消除锐边应力集中，在锐边出增加 3mm 的过渡圆角。最终三维建模结果如图 3.32 所示。 nts基于 UG的三维曲面 CAD设计和 CAM自动编程研究 15 图 3.31 作出 6mm 深槽 图 3.32 锻模三维建模效果图 nts基于 UG的三维曲面 CAD设计和 CAM自动编程研究 16 第 4 章 锻模零件 CAM 加工 4.1 创建毛坯 4.1.1 建立 装配主模型 新建文件，用 【 装配 】 模块把锻模装配进新文件，为方便创建毛坯，用 【 装配 】 /【 Wave 几何连接器 】 命令选择 曲线按钮来提取边缘线，依次选取图 4.1 所示底面 4 条粗实线，然后点击确定完成装配工作。 图 4.1 选择曲线 图 4.2 创建矩形毛坯 4.1.2 创建毛坯 选择 【 成型特征 】 中的 【 拉伸体 】 命令，根据对话框提示选择，在选择要拉伸的截面线串时选择图 4.1 中的 4 条粗实线， 【 拉伸方式 】 选择 【 方向和距离 】 ，默认拉伸方向，最后 设定 【 起始距离 】 为 【 0】 ， 【 终止距离 】 为 【 120】 ，点击确定，生成矩形毛坯。 为使锻模中心与工作原点重合，还需对零件重新定位。首先用 【 曲线 】 中的 【 基本曲线 】 命令绘制毛坯对角线，用 （端点）捕捉方式画出矩形顶面对角线。然后利用 【 装配 】 中的 【 重定位组件 】 进行零件重新定位，在 【 分类选择 】 中点击 【 选择所有 】 ，在 【 组件重定位 】 中选（点到点）方式，弹出 【 点构造器 】 对话框，选择（控制点）选取顶面对角线的中点作为第一点（参考点），选择第二点（目标点）时在 【 点构造器 】 中点击重置，最后依次点击确定，锻模零件和毛坯都产生了重 定位。毛坯的中心也移动到工作原点，此原点也将是未来加工坐标系的原点，如图 4.2 所示。 4.2 创建刀具 、 方法和几何体父节点组 4.2.1 进入 UG CAM 模块 nts基于 UG的三维曲面 CAD设计和 CAM自动编程研究 17 选择 【 应用 】 中的 【 加工 】 模块，弹出图 4.3 所示 【 加工环境初始化 】 对话框，在CAM 进程配置列表中选择“ cam_general” ， CAM 设置列表中选择“ mill_contour”( 固定轴轮廓铣 )配置，然后点击初始化则系统进入 UG CAM 模块，毛坯中央出现加工坐标系XmYmZm。 图 4.3 加工环境对话框 图 4.4 操作导航器 -几何体下拉菜单 4.2.2 建立加工坐标系及安全平面 选择 【 操作导航器 】 工具条上的 （几何视图）图标，再点击右侧 【 资源条 】 中（操作导航器）图标，弹出图 4.4 所示 【 操作导航器 -几何体 】 下拉菜单，双击 MCS_MILL父节点，弹出图 4.5 所示 MILL_ORIENT【 铣削加工坐标系原点 】 设置对话框，默认当前加工坐标系，勾选 【 间隙 】 （ Clearance 安全平面），点击下面的指定按钮，弹出 【 平面构造 】 对话框，在 【 偏置 】 中输入 50，点击确定，则在矩形上 方 50mm 处建立安全平面，并生成一个安全平面的标记。 4.2.3 建立毛坯几何体 在图 4.4 所示 【 操作导航器 】 下拉菜单中，双击 图标，在弹出图 4.6所示 MILL_GEOM【 铣削几何体 】 对话框 中点击（毛坯）图标，然后点击（选择）nts基于 UG的三维曲面 CAD设计和 CAM自动编程研究 18 按钮，弹出 【 毛坯几何体选择 】 对话框，选择矩形体作为毛坯，最后点击确定。 4.2.4 建立工件几何体 先利用 【 编辑 】 /【 隐藏 】 /【 隐藏 】 命令隐藏矩形毛坯。然后选择图 4.6 对话框中（部件）图标，点击（选择）按钮，选择锻模零件作为部件，点击确定，则完成工件几何体的设置。 图 4.5 MILL_ORIENT 对话框 图 4.6 MILL_GEOM 对话框 4.2.5 创建刀具 1.创建第一把 32R6 圆鼻刀（用于粗加工） 选择 （创建刀具组）图标，弹出图 4.7 所示 【 创建刀具组 】 对话框，在 【 类型 】中选择 （固定轴铣）， 【 子类型 】 中选 择（ mill 铣刀），在 【 刀具名称 】中输入第一把刀具（圆柱端铣刀）名称“ EM32-R6”，然后点击应用按钮，弹出图 4.8 所示 【 刀具参数设置 】 对话框，其中系统默认新 建铣刀为五参数铣刀，设置 【 刀具直径 】为 【 32mm】 ， 【 下半径 】 为 【 6mm】 ，其他参数按默认值，然后点击确定。 2.创建第二把 10mm 立铣刀（用于残料加工） 在图 4.7【 创建刀具组 】 对话框中，在 【 刀具名称 】 中输入第二把刀具（立铣刀）名称“ EM10”，点击应用按钮，弹出图 4.8 所示 【 刀具参数设置 】 对话框，其中设置 【 刀nts基于 UG的三维曲面 CAD设计和 CAM自动编程研究 19 具直径 】 为 【 10mm】 ， 【 下半径 】 为 【 0mm】 ，其他参数按默认值，然后点击确定。 图 4.7 创建刀具组对话框 图 4.8 刀具参数设置对话框 3.创建第三把 8mm 球头刀（用于锻模曲面半精加工） 在图 4-7【 创建刀具组 】 对话框中，在 【 刀具名称 】 中输入第三把刀具（立铣刀）名称“ BM8”，点击应用按钮，弹出图 4.8 所示 【 刀具参数设置 】 对话框，其中设置 【 刀具直径 】 为 【 8mm】 ， 【 下半径 】 为 【 4mm】 ，其他参数按默认值，然后点击确定。 4.创建第四把 6mm 球头刀（用于锻模曲面精加工） 在图 4.7【 创建刀具组 】 对话框中，在 【 刀具名称 】 中输入第四把刀具（立铣刀）名称“ BM6”，点击应用按钮，弹出图 4.8 所示 【 刀具参数设置 】 对话框，其中设置 【 刀具直径 】 为 【 6mm】 ， 【 下半径 】 为 【 3mm】 ，其他参数按默认值，然后点击确定。 5. 创建第五把 20mm 立铣刀（用于平面精加工） 在图 4.7【 创建刀具组 】 对话框中，在 【 刀具名称 】 中输入第五把刀具（立铣刀）名称“ EM20”，点击应用按钮，弹出图 4.8 所示 【 刀具参数设置 】 对话框，其中设置 【 刀具直径 】 为 【 20mm】 ， 【 下半径 】 为 【 0mm】 ，其他参数按默认值，然后点击确定，则完成了五把刀具的创建。 4.2.6 创建加工方法 1创建粗加工方法 选择 （加工方法视图 ）图标，再点击右侧 【 资源条 】 中（操作导航器）图标弹出图 4.9 所示 【 操作导航器 -加工方法 】 下拉菜单，双击 MILL_ROUGH 父节点，弹出图4.10 所示 MILL_METHOD【 加工参数设置 】 对话框，在 【 部件余量 】 中输入粗加工余量 【 0.8 nts基于 UG的三维曲面 CAD设计和 CAM自动编程研究 20 mm】 ，然后点击（进给率）按钮，弹出图 4.11 所示 【 进给和速度设置 】 对话框，按图4.11 中数值输入粗加工各进给速度值，然后点击确定，则完成了粗加工方法的设置。 图 4.9 操作导航器 -加工方法下拉菜单 图 4.10 加工参数设置对话框 图 4.11 粗加工进给和速度设置对话框 图 4.12 半精加工进给和速度设置对话框 2创建半精加工方法 在图 4.9 所示 【 操作导航器 -加工方法 】 下拉菜单，双击 MILL_SEMI_FINISH 父节点，弹出 MILL_METHOD【 加工参数设置 】 对话框，在 【 部件余量 】 中输入粗加工余量 【 0.3 mm】 ，然后点击（进给率）按钮，弹出图 4.12 所示 【 进给和速度设置 】 对话框，按图中数值输入半精加工各进给速度 值，然后点击确定，则完成了半精加工方法的设置。 3创建精加工方法 nts基于 UG的三
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