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南昌航空大学科技学院学士学位论文1三坐标测量（接触法）典型测量零件的设计1 绪论本设计利用 UG 软件对三坐标测量典型测量零件进行设计，并对零件曲面造型部分进行 CAM，得到此部分零件的 NC 程序，再对现有类似零件进行三坐标检测，得到测量工艺规程。UG 可将实体建模、曲面建模、线框建模、显示几何建模与参数化建模融为一体，而且具有良好的用户介面，绝大多数功能都可通过图标实现；进行对象操作时，具有自动推理功能；同时，在每个操作步骤中，都有相应的提示信息，便于用户做出正确的选择。所以只要了解了 UG 的基本操作，就能根据其CAD 功能设计出符合要求的零件，并通过 UG 的 CAM 功能分析出零件主要部分的NC 程序。1.1 课题研究背景如今国内外用于三维建模的 CAD/CAM 软件有很多，如UG、CIMATRON、Pro/E、Master CAM、CAXA ME、CATIT 等等。UG 属于 EDS公司，是世界上处于领先地位的、最著名的几种大型 CAD/CAM 软件之一，具有强大的造型能力和数控编程能力，功能繁多。模型检测的方法也有很多，现在大部分采用三坐标检测机进行检测。从 60 年代初发明到现在，三坐标测量机（CMM）在制造业得到世界范围广泛应用，成为 3D 检测工业标准设备。三坐标测量技术得到迅速发展，而配套检测软件的发展，更是突飞猛进。最早的三坐标测量机只能显示XYZ 坐标，而目前的各种检测软件几乎可以解决用户的绝大部分问题。软件日益成为影响用户使用好坏的关键所在。 对于传统的三坐标测量机检测来说，通常是设计部门提供二维图纸，检验部门根据图纸对工件进行尺寸及形位公差的检测。随着三维 CAD 软件的应用，越来越多的技术部门使用三维 CAD 建模技术进行设计。因此，各坐标机厂家纷纷推出了基于三维 CAD 技术的测量软件，直接将客户设计好的三维 CAD 模型导入测量软件进行检测。这样做的优点非常明显，不需要额外的图纸，理论值可以直接捕获，更可以进行测量仿真，测头干涉检查等，所以，受到用户的一致好评。基于 CAD 的测量成为目前三坐标测量软件的发展热点。 在 CAD 设计中，一般的规则工件通过基本的特征命令即可完成三维实体设计，比如拉伸、打孔等，对于此类工件的检测，相对比较简单。随着工业造型的发展，以及加工中心的应用，越来越多的工件被设计成复杂的形状表面，比如覆盖件、内南昌航空大学科技学院学士学位论文2饰件等。曲线曲面的建构技术在 CAD 造型中属于比较高级的设计范畴，许多高档三维 CAD 软件都有专门的曲线、曲面处理模块，使得用户可以设计出 B 级甚至 A 级曲面。曲面类工件的检测，对三坐标测量软件提出了更高的要求。1.2 选题的依据及意义随着如今数控加工越来越普及，对于一些模型的复杂曲面的加工，大都通过软件建模，再进行仿真加工得到 NC 程序后，之后只要进行部分修改就可用于实际加工。这样提高了生产效率以及缩短了编程时间，对于实际生产大有帮助。数控加工是现代制造技术的典型代表，在制造业，如航空航天、汽车摩托车、模具、精密机械和家用电器等各个领域有着日益广泛的应用，已成为这些行业中不可缺少的加工手段。伴随着全球制造业向我国逐步转移的发展趋势，对数控加工的需求必将呈现出高速、持续的增长。随着 CAD/CAM、数控加工及快速成型等先进制造的不断发展，以及这些技术在模具行业中的普及应用，模具设计及制造领域正发生着一场深刻的技术革命，传统的二维设计及模拟量加工方式正逐步被基于产品三维数字化定义的数字化制造方式所取代。在这场技术革命中，逐步掌握三维 CAD/CAM 软件的使用，并用于模具的数字化设计与制造是其中的关键。为了更好的适应制造业这种发展的趋势，因此选此课题进行设计与研究。1.3 主要设计内容1.3.1 收集、查阅有关文献资料，外文资料翻译(6000 字符)，撰写开题报告；1.3.2 分析确定三坐标（接触法）测量的典型测量零件的方案；1.3.3 三坐标（接触法）测量典型零件的三维实体设计；1.3.4 零件数控精加工程序的编制及仿真；1.3.5 对现有类似零件进行三坐标测量，编制通用测量工艺规程；1.3.6 编写毕业设计论文中英文摘要。 南昌航空大学科技学院学士学位论文32 标准件的测量与建模2.1 测量及建模标准件的目的与工具为了对设计有个初步的认识与了解，也为了熟悉 UG 设计环境，继而能在此基础上设计出零件，所以需要对标准件进行测量与建模。所用到的测量工具有游标卡尺，三角板，量角尺，直尺等。由于测量的目的是为了更好的设计出测量零件，所以只要测量出标准件大概轮廓，对精度要求不是很高，所以采用以上测量工具能完成设计的测量工作。2.2 测量数据利用测量工具，测得标准件轮廓图如图 2-1 所示，其中测得的具体的尺寸数据如图 2-2 所示：图 2-1南昌航空大学科技学院学士学位论文4图 2-22.3 标准件的建模（1）打开 UG 软件，单击【新建】按钮，新建文件名为 biaozhunjian.prt 的 UG文件，再选择菜单命令【应用】【建模】 ，进入建模界面。（2）创建长方体。选择菜单命令【插入】【成形特征】【长方体】 ，建立一个长度、宽度和高度分别为 230mm、100mm 和 24mm 的长方体。如图 2-3 所示。图 2-3（3）创建沉头孔。选择菜单命令【插入】【成形特征】【孔】 ，根据测量数据，建立一个沉头孔，圆心定位时点击【垂直的】定位方法，设置圆心距离左边界的距离为 112.5mm，距离下边界的距离为 50mm。如图 2-4 所示。图 2-4南昌航空大学科技学院学士学位论文5（4）创建贯穿于沉头孔的通孔。选择菜单命令【插入】【成形特征】【孔】 ，根据测量数据，建立一个直径为 19mm 的通孔，同理，圆心定位时点击【垂直的】定位方法，设置圆心距离左边界的距离为 112.5mm，距离上边界的距离为 12mm。如图 2-5 所示。图 2-5（5）创建实体上其余四个通孔。选择菜单命令【插入】【成形特征】【孔】 ，根据测量数据，同理，对圆心进行定位后，创建出四个直径为 26mm 的通孔。如图2-6 所示。图 2-6（6）创建键槽。在创建键槽前先建立基准平面：选择菜单命令【插入】【成形特征】【基准平面】 ，点击“基准平面对话框”图标，进入后选择三点法，然后选择实体底面三个底角的点，点击确定以后即于底面建立基准平面，如图 2-7 所示。南昌航空大学科技学院学士学位论文6图 2-7然后再选择菜单命令【插入】【成形特征】【键槽】 ，选择键槽类型为【矩形的】 ，弹出放置平面对话框，选择设置好的基准平面，方向为默认方向的反向，再选择宽度方向为水平参考，弹出矩形槽参数对话框，根据测量数据设置参数，如图2-8 所示；最后采用【垂直的】定位方法进行定位，根据测量数据设定键槽左边到左边界距离为 51mm，键槽下切点到下边界的距离为 23mm。如图 2-9 所示。图 6图 2-8图 2-9最后单击如图【确定】即可创建键槽，再选择菜单命令【编辑】【隐藏】【隐藏】选项，把基准平面隐藏即可，如图 2-10 所示。（7）创建螺纹。先在需要创建螺纹的地方创建通孔，根据测量数据，创建孔的直径为 6mm，圆心距离左边界的距离为 112.5mm，距离下边界的距离为 12.5mm。如图 2-11 所示。再在孔的基础上创建螺纹：选择菜单命令【插入】【特征操作】南昌航空大学科技学院学士学位论文7【螺纹】 ，选择“详细的”选项，再选定这个孔，设置好参数，如图 9 所示；图 2-10图 2-11（8）创建锥孔。先在需要创建锥孔的地方创建通孔，根据测量数据，创建孔的直径为 22mm，圆心距离右边界的距离为 75mm，距离上边界的距离为 16mm。再在孔的基础上拔锥：选择菜单命令【插入】【特征操作】【拔锥】 ，在【类型】框中点击“面” ，然后选择孔内壁为拔锥面；再点击“从边” ，选择孔位于上表面的边；再在【选择步骤】框中选择“图纸方向” ，最后设置拔锥角度为 10 度，再点击两次“确定” ，即可完成拔锥，如图 2-12 所示。（9）创建阵列孔。先在需要创建阵列孔的基准点创建基准通孔，根据测量数据，创建孔的直径为 10mm，圆心距离右边界的距离为 50mm，距离上边界的距离为50mm。再在距离其圆心左边 25mm 处再创建一个同样的孔，如图 2-13 所示。南昌航空大学科技学院学士学位论文8图 2-12图 2-13再以所创建基准孔的圆心为基准点，阵列其左边的孔：选择菜单命令【插入】【特征操作】【引用】 ，选择“圆周阵列”选项，单击左边的孔，设置阵列个数为 4，角度为 90 度；设置引用方法为“点和方向” ，如图 2-14 所示。再选择方向为-ZC 向，点为基准孔的上表面圆心，再在【生成引用 】对话框中单击“是” ，即可得到阵列孔。如图 2-15 所示。图 2-14南昌航空大学科技学院学士学位论文9图 2-15（10）切除部分实体。先选择菜单命令【工作坐标系】【原点】 ，点击左上角，即将工作坐标系移至左上角，再进入草图界面，根据测量数据，创建一个两条直角边分别为 54mm（横向）和 15mm（纵向）的直角三角形，如图 2-16 所示。图 2-16完成草图，选择菜单命令【插入】【成形特征】【拉伸】 ，然后选择该三角形为拉伸体，单击确认后选择【拉伸方法】为“方向和距离” ， 如图 2-17 所示。再选择【布尔操作】为“减” ，再隐藏草图后，如图 2-18 所示。南昌航空大学科技学院学士学位论文10图 2-17图 2-18（11）创建腔体。选择菜单命令【插入】【成形特征】【腔体】 ，进入腔体对话框以后， 选择【矩形的】 ，然后单击实体上表面作为放置面，再选择左边界为水平参考，进入【矩形的腔体】对话框，根据测量数据，输入参数如图 2-19 所示。图 2-19确定参数以后，单击“确定”进入【定位】对话框，采用【垂直的】定位方法进行定位，设定腔体左边到左边界距离为 0mm，腔体下边到下边界的距离也为0mm。如图 2-20 所示。南昌航空大学科技学院学士学位论文11图 2-20单击“确定”之后就能得到腔体，如图 2-21（左） 。同理，可以再得到右侧腔体，如图 2-21（右） 。图 2-21（12）边圆角。选择菜单命令【插入】【特征操作】【边圆角】 ，进入【边缘圆角】对话框以后，根据测量数据，输入半径为 18mm，然后点击右上方所需要倒的边，如图 2-22 所示；图 2-22再单击“确定”即可完成边圆角，最后得到的标准件效果图如图 2-23 所示。南昌航空大学科技学院学士学位论文12图 2-233 典型测量零件的设计3.1 典型测量零件的设计依据与目的由于标准件实体较简单，只包含部分 UG 设计元素，无法比较全面的表达出三坐标测量技术的特点。典型测量零件就是基于标准件实体模型的基础上，为了丰富设计元素而进行的设计。3.2 典型测量零件的建模（1）打开 UG 软件，单击【新建】按钮，新建文件名为 sheji.prt 的 UG 文件，再选择菜单命令【应用】【建模】 ，进入建模界面。（2）创建实体。单击“草图”图标，进入草图界面，创建一个长 200mm、宽100mm 的长方形；再做一条样条曲线，经过裁剪后的图形如图 3-1（左）所示；退出草图，进入建模界面，选择菜单命令【插入】【成形特征】【拉伸】 ，然后选择所绘制的图为拉伸体，单击确认后选择【拉伸方法】为“方向和距离” ， 如图 3-1所示。方向选择+ZC 向，终止距离为 30mm，单击确定后即可创建出所需要的实体，最后再选择菜单命令【编辑】【隐藏】【隐藏】选项，把草图隐藏起来即可，实体图如图 3-2 所示。图 3-1南昌航空大学科技学院学士学位论文13图 3-2（3）边圆角。选择菜单命令【插入】【特征操作】【边圆角】 ，进入【边缘圆角】对话框以后，输入半径为 5mm，然后点击所需要倒的边，再单击“确定”即可完成边圆角，如图 3-3 所示。图 3-3（4）创建沉头孔。选择菜单命令【插入】【成形特征】【孔】 ，建立一个沉头孔，各种参数如图 3-4（左）所示；圆心定位时点击【垂直的】定位方法，设置距离左边界的距离为 100mm，距离下边界的距离为 50mm；点击“确定”以后，即可创建出沉头孔，如图 3-4（右）所示。图 3-4再用同样的方法在实体正面创建一个参数如图 3-5（左）所示的沉头孔；定位时设置距离左边界的距离为 100mm，距离下边界的距离为 15mm；创建后的实体如图3-5（右）所示。南昌航空大学科技学院学士学位论文14图 3-5（5）创建腔体。选择菜单命令【插入】【成形特征】【腔体】 ，进入腔体对话框以后， 选择【矩形的 】 ，然后单击实体上表面作为放置面，再选择右边界为水平参考，进入【矩形的腔体】对话框，输入参数如图 3-6 所示。图 3-6确定参数以后，单击“确定”进入【定位】对话框，采用【垂直的】定位方法进行定位，设定腔体右边到右边界距离为 0mm，腔体上边到上边界的距离也为0mm。然后单击“确定” ，即可得到实体如图 3-7 所示。南昌航空大学科技学院学士学位论文15图 3-7再按照以上方法，创建出两个宽度、深度与上一腔体相同，长度分别为 20mm和 40mm 的腔体，定位方式也为【垂直的】 ，设定长度为 40mm 的腔体右边到右边界距离为 15mm，腔体上边到上边界的距离为 0mm；设定长度为 20mm 的腔体右边到右边界距离为 30mm，腔体上边到上边界的距离为 0mm。得到的实体如图 3-8 所示。图 3-8（6）创建斜面。选择菜单命令【插入】【曲线】【基本曲线】 ，以长度为20mm 的腔体左上角点为起始点，作一条长 20mm，角度为 90 度的线段，再把线段端点与长度为 40mm 的腔体左下角点相连，如图 3-9（左）所示；然后过线段中点作与斜线平行且等长的线段，再连接下放两个端点，如图 3-9（中）所示；最后删除部分线段得到一个斜长方形，如图 3-9（右）所示；图 3-9再选择菜单命令【插入】【成形特征】【拉伸】 ，然后该长方形为拉伸体，拉伸方向选择为默认方向，即平面法向向上方向，终止距离为 30mm，单击确定后，选择布尔操作为“减” ，即可创建出所需要的斜面，最后再选择菜单命令【编辑】【隐藏】【隐藏】选项，把线段隐藏起来后，所得到的实体如图 3-10 所示。南昌航空大学科技学院学士学位论文16图 3-10（7）创建锥孔。先在需要创建锥孔的地方创建通孔，创建孔的直径为 15mm，圆心距离右边界的距离为 15mm，距离下边界的距离为 20mm。再在孔的基础上拔锥：选择菜单命令【插入】【特征操作】【拔锥】 ，在【类型】框中点击“面” ，然后选择孔内壁为拔锥面；再点击“从边” ，选择孔位于上表面的边；设置拔锥角度为10 度，再在【选择步骤】框中选择“图纸方向” ，再点击两次“确定” ，即可完成拔锥，如图 3-11 所示。图 3-11（8）在实体右面创建贯穿锥孔右壁的通孔。采用【垂直的】定位方法进行定位，创建孔的直径为 8mm，圆心距离实体右面左边界的距离为 20mm，距离下边界的距离为 7.5mm；为能贯穿锥孔右壁，设定孔深度为 15mm，即贯穿至锥孔圆心处，所得到的实体如图 3-12 所示。南昌航空大学科技学院学士学位论文17图 3-12（9）阵列腔体。先创建需要阵列的腔体，选择菜单命令【插入】【成形特征】【腔体】 ，进入腔体对话框以后，选择【矩形的】 ，然后单击实体上表面作为放置面，再选择左边界为水平参考，进入【矩形的腔体】对话框，设定腔体数据如图 3-13（左）所示；确定参数以后，单击“确定”进入【定位】对话框，采用【垂直的】定位方法进行定位，设定腔体中心到左边界距离为 60mm，到下边界的距离为 50mm，然后单击“确定” ，即可得到实体如图 3-13（右）所示。图 3-13再选择菜单命令【插入】【特征操作】【引用】 ，选择“圆周阵列”选项，单击该腔体，设置阵列个数为 4，角度为 90 度；设置引用方法为“点和方向” ，如图 3-14 所示。再选择方向为+ZC 向，点为沉头孔的圆心，再在 【生成引用】对话框中单击“是” ，即可阵列腔体。如图 3-15 所示。南昌航空大学科技学院学士学位论文18图 3-14图 3-15（10）创建并镜像圆台。在创建圆台前需要先创建好基准面：首先选择菜单命令【工作坐标系】【原点】 ，点击中央沉头孔圆心，把工作坐标系移至此处；然后选择菜单命令【插入】【成形特征】【基准平面】 ，点击“基准平面对话框”图标，进入后选择“固定基准”的“YC-ZC”以及“XC-ZC” ，单击“应用”后即可创建好基准面，如图 3-16 所示；图 3-16南昌航空大学科技学院学士学位论文19然后创建圆台：选择菜单命令【插入】【成形特征】【圆台】 ，进入【圆台】对话框，设置圆台直径、高度均为 5mm，如图 3-17（左）所示；选择实体上表面为放置面，采用【垂直的】定位方法进行定位，设定圆台中心到左边界距离为70mm，到下边界的距离为 30mm，然后单击“确定” ，即可得到实体如图 3-17（右）所示。图 3-17最后镜像圆台：选择菜单命令【插入】【特征操作】【引用】 ，选择“镜像特征” ，点击所创建的圆台为镜像体，再点击“镜像平面”图标，点击 YC-ZC 基准面为镜像平面，最后单击“应用”即可完成镜像；以同样的方法继续镜像，最后再选择菜单命令【编辑】【隐藏】【隐藏】选项，把基准平面隐藏即可，得到的实体如图 3-18 所示。图 3-18（11）创建球体。选择菜单命令【插入】【成形特征】【球】 ，打开【球】对话框，选择“直径，圆心” ，设置球直径为 10mm，确定后进入【点构造器】对南昌航空大学科技学院学士学位论文20话框，再输入基点坐标为 XC: 40mm、YC: 12mm、ZC: 15mm，如图 3-19 所示；图 3-19然后单击“确定” ，设定【布尔操作】为“并” ；再显示隐藏，以 XC-ZC 基准面为对称面，在曲面另一边创建另外一个球体，设定【布尔操作】为“减” ，最后隐藏基准面，得到的实体如图 3-20 所示。图 3-20（12）创建椭圆腔体。选择菜单命令【插入】【曲线】【椭圆】 ，进入【点构造器】对话框，输入基点坐标为 XC: -60mm、YC: 30mm、ZC: 15mm，点击“确定”以后进入【椭圆】对话框，设定长半轴为 20mm，短半轴为 10mm，再“确定”后得到该椭圆，如图 3-21 所示；南昌航空大学科技学院学士学位论文21图 3-21再选择菜单命令【插入】【成形特征】【拉伸】 ，选择该椭圆，单击确认后选择【拉伸方法】为“方向和距离” ，方向选择-ZC 向，终止距离为 10mm，单击确定后设置【布尔操作】为“减” ，即可创建出所需要的实体，最后再选择菜单命令【编辑】【隐藏】【隐藏】选项，把椭圆曲线隐藏起来即可，实体图如图 3-22所示。图 3-22（13）创建键槽。在创建键槽前先建立基准平面：选择菜单命令【插入】【成形特征】【基准平面】 ，点击“基准平面对话框”图标，进入后选择“固定基准”的“XC- YC” ，单击“应用”后即可创建好基准面；然后再选择菜单命令【插入】【成形特征】【键槽】 ，选择键槽类型为【矩形的】 ，弹出放置平面对话框，选择设置好的基准平面，方向为默认方向，再选择长度方向为水平参考，弹出矩形槽参数对话框，设置其长度为 15mm、宽度为 8mm、深度为 30mm，如图 3-23 所示；最后采用【垂直的】定位方法进行定位，设定键槽右端点到右边界距离为 45mm，键槽下边到下边界的距离为 70mm。图 6南昌航空大学科技学院学士学位论文22图 3-23最后单击如图【确定】即可创建键槽，再选择菜单命令【编辑】【隐藏】【隐藏】选项，把基准平面隐藏即可，如图 3-24 所示。图 3-24（14）创建斜孔。在创建斜孔前先要把工作坐标系移至指定位置：选择菜单命令【工作坐标系】【原点】 ，输入原点坐标为 XC: 60mm、YC: -40mm、ZC: 5mm，单击“确定”后即可移动至如图 3-25 位置；图 3-25再选择菜单命令【工作坐标系】【动态】 ，把坐标系绕 YC 轴旋转 30 度，使坐标系倾斜，然后选择菜单命令【插入】【成形特征】【基准平面】 ，点击“基准平面对话框”图标，进入后选择“固定基准”的“YC-ZC” ，单击“应用”后即可创建好基准面，如图 3-26 所示；南昌航空大学科技学院学士学位论文23然后选择菜单命令【插入】【成形特征】【孔】 ，选择此基准面为放置面，插入一个直径为 8mm，方向沿 XC 反向的通孔，定位时默认为原点，单击“确定”后即可得到该斜孔，隐藏基准面后的实体如图 3-27 所示。图 3-26图 3-27（15）创建字母。先要把工作坐标系移回沉头孔圆心位置，并通过【动态】把坐标系旋转回正交位置，然后选择菜单命令【工作坐标系】【原点】 ，输入原点坐标为 XC: 50mm、YC: 5mm、ZC: 15mm，把工作坐标系移至指定位置，再进入草图界面，然后根据草图功能，分别绘制出“N” 、 “C”、 “H”、 “D”四个字母，具体尺寸可于设计图中测量，绘制完成后的图如图 3-28 所示；然后选择菜单命令【插入】【成形特征】【拉伸】 ，选择该草图，单击确认南昌航空大学科技学院学士学位论文24后选择【拉伸方法】为“方向和距离” ，方向选择-ZC 向，终止距离为 2mm，单击确定后设置【布尔操作】为“减” ，即可创建出所需要的字母，再对这些字母进行边圆角，半径为 0.3mm，隐藏草图以后得到的实体如图 3-29 所示。图 3-28图 3-29（16）创建曲面。在创建曲面前先建立长方体：选择菜单命令【插入】【成形特征】【长方体】 ，创建一个长 50mm、宽 50mm、高 20mm 的长方体，点击“原点，边长度”图标，然后选择实体左下方为放置点，单击“确定后即可得到该长方南昌航空大学科技学院学士学位论文25体，如图 3-30 所示。然后进入草图界面，以该长方体正面为放置面，绘制一条样条曲线，然后以同样的方法在长方体的左面、右面以及后面各绘制一条形状类似的样条曲线，如图 3-31 所示；图 3-30图 52图 3-31再选择菜单命令【插入】【自由形式特征】【扫掠】 ，点击在左面创建的样条曲线为引导线串 1，单击“确定”后，再点击在右面创建的样条曲线为引导线串2，然后连续单击两次“确定” ，开始选择截面线串；分别点击正面和后面的两条样条曲线为截面线串 1 和截面线串 2，注意点击位置要使其箭头指示方向一致，如图 3-32（左）所示；选择完截面线串以后，再单击“确定” ，进入【扫掠】对话框，选择插补方式为“线性” ，单击“确定”后进入“指定参数”栏，默认其参数，如图3-32（右）所示；再进入“比例方法”栏，选择为“横向比例” ，然后直接单击“确定”省略脊线，最后选择“布尔操作”为“创建” ，即可创建出如图 3-32（左）所示南昌航空大学科技学院学士学位论文26轮廓的曲面片体；最后选择菜单命令【插入】【特征操作】【裁剪】 ，选择所创建的长方体为裁剪体，选择该曲面为基准面，选择裁剪方向为默认方向，即+ZC 方向，单击“确定”后即可裁剪出曲面，隐藏样条曲线以及曲面片体后的实体如图 3-33 所示。图 3-32图 3-33（17）创建图形。先把工作坐标系移至曲面体的左下方，然后选择菜单命令【工作坐标系】【原点】 ，输入原点坐标为 XC: 8mm、YC: 18mm、ZC: 15mm，把工作坐标系移至指定位置，再进入草图界面，然后根据草图功能，绘制出图形，即校徽图案模拟图，具体尺寸可于设计图中测量，绘制完成后的图如图 3-34（左）所示；然后选择菜单命令【插入】【成形特征】【拉伸】 ，选择该草图，单击确认南昌航空大学科技学院学士学位论文27后选择【拉伸方法】为“方向和距离” ，方向选择-ZC 向，终止距离为 10mm，单击确定后设置【布尔操作】为“并” ，选择目标实体为该曲面体，即可把此图形实体化并嵌入曲面体，再把草图隐藏起来即可得到如图 3-34（右）的实体。图 3-34最后得到的典型测量零件效果图如图 3-35 所示：图 3-35南昌航空大学科技学院学士学位论文284 典型测量零件典型部件的 CAM 及后处理4.1 确定要进行 CAM 的典型测量零件部件为表现 UG 的 CAM 典型特点，故选择曲面体与仿校徽图形体为进行 CAM 的部件。4.2 典型部件的 CAM（1）打开已经建模好的文件 sheji.prt，单击“ 确定” ，进入 UG 环境。（2）创建毛坯几何体。选择菜单命令【应用】【建模】 ，然后创建一个长50mm、宽 50mm、高 20mm 的长方体，选择基点为曲面体左下角，如图 4-1 所示；再选择菜单命令【格式应用】【移至层】 ，然后选择此长方体，把它移至层 2。图 4-1（3）选择菜单命令【应用】【加工】 ，进入加工界面。在进入加工界面后，弹出【加工环境】对话框，指定“CAM 进程配置“为 cam_general， “CAM 设置”为mill_contour。如图 4-2 所示；单击“初始化”按钮进行加工环境的初始化设置，进入加工模块后将显示工具栏。南昌航空大学科技学院学士学位论文29图 4-2（4）创建几何体。单击左上方创建工具栏中的“创建几何体”图标，系统将打开【创建几何体】对话框，选择“子类型”机械坐标系 MCS 图标，父本组为GEOMETRY，名称为 MCS，单击“确定”按钮建立坐标系，如图 4-3 所示。图 4-3（5）设置安全平面。建立坐标系以后，系统将打开【MCS】对话框，在对话框中选择“间隙” ，再单击“指定”按钮，弹出【平面构造】对话框用以设置间隙平面，设置偏置值为 55，也就是安全平面的高度为 55mm，如图 4-4 所示；单击“确定”完成间隙指定，在实体图上将显示间隙平面所在位置，如图 4-5 所示。单击【MCS】对话框的“确定 ”完成几何体的创建。图 4-4南昌航空大学科技学院学士学位论文30图 4-5（6）创建刀具。单击左上方创建工具栏中的“创建刀具组”图标，系统将开【创建刀具组】对话框，选择“名称”为 M01，其余为默认值；单击确认进入下一对话框，设定直径为“8” ；刀具号为“1” ； 其余则依照默认值设定。如图 4-6 所示。图 4-6（7）创建工件几何体及毛坯几何体。首先创建父节点：单击左上方创建工具栏中的“创建几何体”图标，系统将打开【创建几何体】对话框，选择“子类型”为WORKPIECE；“父本组”为 MCS；“名称”为 WORKPIECE；单击“确定”后进入【WORKPIECE】对话框，点击“部件”图标，选择【工件几何体】如图 4-7、图4-8 所示；南昌航空大学科技学院学士学位论文31图 4-7图 4-8同理，点击“隐藏”图标弹出【毛坯几何体】对话框，然后选择菜单命令【格式】【层的设置】 ，进入后选择层 2 为工作层，然后选择放置于此层的长方体为毛坯几何体，再在【层的设置】中选择层 1 为工作层，层 2 为不可见的，即把毛坯几何体隐藏起来即可。（8）创建操作（型腔铣粗加工） 。单击左上方创建工具栏中的“创建操作”图标，系统将打开【创建操作】对话框，选择“类型”为 mill_contour；“子类型”为Cavity_mill；“使用几何体”为 WORKPIECE；“ 使用刀具”为 M01；“使用方法”为 MILL_ROUGH；其余为默认值。单击“确定” 进入【CAVITY_MILL 】对话框，如图 4-9 所示；南昌航空大学科技学院学士学位论文32图 4-9回到【CAVITY_MILL】 对话框后设定“切削方式”为跟随周边， “步进”为刀具直径， “百分比”为 50， “每一刀的深度”为 0.5；再单击“自动”按钮，进入【自动进刀退刀】对话框“自动类型”为线性， “重叠距离”为 0，其余为默认值；再单击“进给率”按钮选中“主轴转速（rpm） ”复选框，设置转速为 800RPM，主轴输入模式为 RPM，其余均为默认值；然后单击顶部的“进给”标签，进入“进给”选项卡，设置“进刀”为 300 毫米/分钟， “剪切” 为 1200 毫米/ 分钟，其余均为默认值，然后单击“确认”完成设置。如图 4-10 所示。完成这些参数设置后，单击“生成”图标，在计算完成后，弹出【显示参数】对话框，将“显示后暂停”和“显示前刷新”选项关闭，以连续显示刀轨，单击“确定”后进行刀轨生成，最后提示刀具到达不了某层，单击“确定”即可，完整的刀轨显示如图 4-11 所示。图 4-10南昌航空大学科技学院学士学位论文33图 4-11然后单击“确认”图标，进入“动态”选项卡，单击播放按钮可以检视刀轨，如图 4-12 所示；打开操作导航器可以看见刀轨已经生成，如图 4-13 所示，以后对该刀具轨迹的操作可以在操作导航器内进行。图 4-12图 4-13（9）固定轴曲面轮廓铣粗加工。先回到建模界面，在实体正上方创建好边界；再回到加工界面，单击“创建刀具”图标，选择“子类型”为 BALL_MILL， “名称”为 BALL_MILL_D5，如图 4-14 所示；单击“确定”进入后输入“球直径”为5mm，刀具号为 2，其余参数默认，即可创建出一把球头铣刀；南昌航空大学科技学院学士学位论文34图 4-14然后单击“创建操作”图标，选择“子类型”为 FIXED_CONTOUR， “使用几何体”为 WORKPIECE， “使用刀具”为 BALL_MILL_D5， “使用方法”为MILL_ROUGH， “名称”为 FIXED_CONTOUR_1；单击“确定”后进入【FIXED_CONTOUR】对话框，点击“部件”图标，然后选择该曲面体为部件，再点击“编辑参数”图标，选择所创建号的边界线为驱动几何体， “切削类型”为 Zig-Zag， “步进”为刀具直径， “百分比”为 30；然后单击“确定”完成设置，如图 4-15 所示；图 4-15回到【FIXED_CONTOUR】对话框，单击“切削” 选项，进入【切削参数】对话框，单击“毛坯”选项卡，设置“部件余量”为 0.5，单击“确定”后返回。如图4-16 所示；南昌航空大学科技学院学士学位论文35图 4-16再单击“进给率”按钮选中“主轴转速（rpm） ”复选框，设置转速为1000RPM，其余均为默认值；然后单击顶部的 “进给 ” 选项卡，设置“进刀”为300 毫米/分钟， “剪切”为 1200 毫米/分钟，其余均为默认值，再单击“确认”完成设置。完成这些参数设置后，单击“生成”图标，在计算完成后，单击“确定”后进行刀轨生成，再次单击“确定”即可，完整的刀轨显示如图 4-17 所示。图 4-17（10）固定轴曲面轮廓铣半精加工。接续前面的 FIXED_CONTOUR，当前工作模块为加工模块，在操作导航器中复制粗加工刀轨，然后在其下面粘贴，再更名为“FIXED_CONTOUR_2”，如图 4-18 所示。图 4-18先单击“创建刀具”图标，选择“子类型”为 BALL_MILL， “名称”为BALL_MILL_D2，单击“ 确定”进入后输入“球直径 ”为 2mm，刀具号为 3，其余参数默认，即创建另一把球头铣刀，再把“方法”改为“MILL_SEMI_FINISH”如图 4-19 所示；然后双击所复制的刀轨，进入【FIXED_CONTOUR 】对话框，单击“编辑参数”图标，切削角“度数”改为 45，步进“百分比”为 20，回到【FIXED_CONTOUR】对话框，单击“切削”选项，进入 【切削参数】对话框，单击“毛坯”选项卡，设置“部件余量”为 0.2，再单击“进给率”按钮选中“主轴转南昌航空大学科技学院学士学位论文36速（rpm） ”复选框，设置转速为 1200RPM，其它参数均可继承粗加工的参数不变。完成这些参数设置后，单击“生成”图标，在计算完成后，弹出【显示参数】对话框，单击“确定”后进行刀轨生成，再次单击“确定”即可，完整的刀轨显示如图 4-20 所示。图 4-19图 4-20最后查看操作导航器可以看到半精加工的刀轨已经生成，如图 4-21 所示。南昌航空大学科技学院学士学位论文37图 4-21（11）固定轴曲面轮廓铣精加工。同理，接续前面的 FIXED_CONTOUR，当前工作模块为加工模块，在操作导航器中复制半精加工刀轨，然后在其下面粘贴，再更名为“FIXED_CONTOUR_3” ， 然后创建一把 “名称”为 BALL_MILL_D1， “球直径”为 1mm，刀具号为 4 的球头铣刀；再把切削角“度数”改为 90，步进“百分比” 改为 10，毛坯的“ 部件余量” 改为 0；“ 方法”改为“MILL_FINISH ”，主轴速度改为 1600rpm；其它参数均可继承半精加工的参数不变。最后完成的刀轨显示如图 4-22 所示。图 4-22最后查看操作导航器可以看到 CAM 的刀轨已经全部生成，如图 4-23 所示。图 4-234.3 数控加工程序的输出（1）在导航器中选中粗加工一栏，在左下角加工操作中选取“UG/ 后处理”图标，在后处理中选则如图 4-24 所示。南昌航空大学科技学院学士学位论文38图 4-24（2）输出得到程序名为 sheji.ptp 的型腔铣粗加工的加工程序。程序如下：%N0010 G40 G17 G90 G70N0020 G91 G28 Z0.0N0030 T01 M06N7290 X20.6929 Y-5.2748N7300 Z55.N7310 M02% （3）同理可以得到程序名为 sheji1.ptp 的固定轴曲面轮廓铣粗加工的加工程序，程序如下：%N0010 G40 G17 G90 G70N0020 G91 G28 Z0.0N0030 T02 M06N4410 G0 Z1.7625N4420 Z1.9291N4430 M02%（4）同理可以得到程序名为 sheji2.ptp 的固定轴曲面轮廓铣半精加工的加工程序，程序如下：%南昌航空大学科技学院学士学位论文39N0010 G40 G17 G90 G70N0020 G91 G28 Z0.0N0030 T03 M06N4620 G0 Z1.8381N4630 Z1.9055N4640 M02%（5）同理可以得到程序名为 sheji3.ptp 的固定轴曲面轮廓铣精加工的加工程序，程序如下：%N0010 G40 G17 G90 G70N0020 G91 G28 Z0.0N0030 T04 M06N2330 Y1.9664 F47.2N2340 G0 Z1.8898N2350 M02%最后在操作导航器中可以看到所有设计都已经经过了 CAM 和 UG/后置处理，如图 4-25 所示。图 4-25南昌航空大学科技学院学士学位论文405 对现有类似零件进行三坐标测量并编制测量工艺规程5.1 工件检测的主要步骤本三坐标测量机是以 PC-DMIS 测量软件为基础，对工件进行检测的，其检测流程图如图 5-1 所示，检测步骤如下：南昌航空大学科技学院学士学位论文41图 5-15.1.1 分析对照工件，分析图形，明确以下要求：5.1.1.1 明确工件的设计基准、工艺基准、检测基准，确定建立零件坐标系时，应该确定哪些元素用来建立基准，采用何种建立坐标系方法；5.1.1.2 确定需要检测的项目，应该测量的元素，已经测量这些元素时大致的先后顺序；5.1.1.3 根据要测量的特征元素，确定工件合格的摆放方位，采用合适的夹具，并保证尽可能一次装夹，完成所有元素的测量，避免二次装夹；5.1.1.4 根据工件的摆放方位及检测元素，选择合适的测头组件，并确定需要的测头角度。工件图样的分析过程，是工件检测的基础，故应该十分谨慎。5.1.2 测头的定义及校验在对工件进行检测之前，需要对所使用的测杆进行定义及校验。在 PC-DMIS 的测头功能中按照实际采用的测杆配置进行定义，并添加所用到的测头角度。之后用标准球对其进行校验，得到正确的球径和测头角度。校验结果的准确度，直接影响工件的检测结果。5.1.3 手动测量特征元素点、直线、平面、圆、圆柱、圆锥、球、圆槽等这些都称之为特征元素。不是所有的特征元素都可手动测量的，手动测量的特征元素类型为：点、直线、平面、圆、圆柱、圆锥、球。这些特征元素的最少测点数为：直线：2 点 平面：不在同一直线的三点圆柱：6 个点分两层 圆：不在同一直线的三点圆锥：6 个点分两层 球：4 点（三点一层；一点一层）5.1.4 建立零件坐标系 PCSPC-DMIS 对于零件坐标系的建立主要提供两种方法：3-2-1 法：主要应用于零件坐标系位于工件本身，且在机器的行程范围内能找到坐标原点，适用于比较规则。又称为“面、线、点”法。其中“3”表示不在同一直线上的三个点确定一个平面，并利用此平面才法线矢量确定一个坐标轴方向；“2”表示两个点确定一条直线，此直线 围绕已经确定的第一个轴向进行旋转，已此确南昌航空大学科技学院学士学位论文42定第二个轴向；“1”表示一个点，用于确定坐标系某一轴向的原点。迭代法：主要应用于零件坐标系不在工件本身或无法直接通过基准元素建立坐标系的工件上，适用于钣金件、汽车和飞机配件等类型工件。5.1.5 自动测量建立零件坐标系后，首先需将运行模式切换为 DCC 模式，然后使用 PC-DMIS中的自动测量功能进行测量。运行自动功能进行测量时需有被检特征的理论值。并且在测头运动过程中需要注意测头的运动轨迹，即在适当的位置插入移动点确保测头处于安全位置。5.1.6 评价形位公差PC-DMIS 提供了“尺寸”功能来实现形位公差的评价，可直接点击相应形位公差按钮，弹出相应的菜单进行评价。5.1.7 报告由于 PC-DMIS 是图形窗口、编辑窗口共同存在，所以最终产生的报告分为数据报告、图形报告两部分，可分别对两窗口进行编辑、打印。直接通过打印机输出或存为电子文档。5.1.8 程序的自动运行若某种工件进行批量生产，可将程序进行标记（F3） ，点击执行键（Ctrl+Q） ，程序即可自动执行。5.2 对典型测量零件进行测量（1）创建一个测量程序。双击 PC-DMIS 桌面快捷键打开 PC-DMIS 程序，然后依次选择“程序”/“PC-DMIS For Windows”/“online”，将出现打开文件对话框；再选择【文件】【新建】 ，输入“零件名”为 lichen，测量单位选择“毫米” ，单击“确定”后即可创建出测量程序，如图 5-2 所示。图 5-2（2）校验测头。在进行工件测量时，在程序中出现的数值是软件记录测杆红宝南昌航空大学科技学院学士学位论文43石球心的位置，但实际是红宝石球表面接触工件，这就需要对实际的接触点与软件记录的位置沿着测点矢量方向进行测头半径、位置的补偿，故需要对测头进行校验。选择【插入】【硬件定义】【测头】 ，进入【测头功能】对话框，在“测头文件”一栏中填入“lichen” ，建立名字为 lichen 的测头文件；在“测头说明”下拉菜单中选当前测量机上所使用的测头系统，其中测座为 PH10MQ、转接为CONVERT30MM_TO_M8THRD、传感器为 TP20、测杆为 TIP4BY20MM，根据测量机 Z 轴以下的实际配置，从测座开始由下拉菜单中选择。此时右边的窗口会有相应的图形出现，设置好的数据如图 5-3 所示。图 5-3（3）添加角度。根据工件的装夹位置，需进行测头角度的添加，工件测量过程中使用的每个角度都是由 A 角 B 角构成的，绕机器坐标系 X 轴旋转的角度为 A 角，应用范围为 0105 度；绕 Z 轴旋转的角为 B 角， ，应用范围为-180180 度。角度的正负根据右手法则判定，拇指指向 Z 轴正方向，顺时针旋转的角度为正，反之为负角。PH10MQ 的 A、B 角是以 7.5 度为分度增量进行旋转的。点击功能按钮【添加角度】 ，进入【添加角度】对话框，在“各个角的数据”文本框中键入 A、B 角角度均为 90，单击“添加角” 按钮，即可在右边的“新角列表”中出现这个角度，单击“确定”即可完成角度添加。如图 5-4 所示。南昌航空大学科技学院学士学位论文44图 5-4（4）配置校验参数。在添加完所有需要的角度以后， 【测头功能】对话框中的“活动测件列表”中即有了这几个角度，且每个角度前都有个“*”号，这表示此角度还未进行校验。如图 5-5 所示。图 5-5配置校验参数需点击“测量”按钮，进入【测量探头】对话框，设定“测点数”为 9， “逼近距离/回退距离”为 3mm， “移动速度 ”为 20%， “接触速度”为 3%，选择模式为“DCC ”，如图 5-6 所示。图 5-6在“校验模式”文本框中选择“用户定义模式” ，输入“层数” 、 “起始角” 、 “终止角”的参数如图 5-7 所示。图 5-7南昌航空大学科技学院学士学位论文45然后点击“可用工具列表”选项的“添加工具”按钮，进入【添加工具】对话框，输入参数，设置完后单击“确定”回到前一对话框，再单击“测量”按钮，PC-DMIS 会提示在标准球的正上方触测一点，然后开始自动校验。当校验完成后，测头功能列表中所有校验过的角度前面的星号都会去掉，如图 5-8 所示。当单击“结果”按钮后，所有角度的校验结果都会出现，可以很方便的查看结果，如图所示；如果有角度校验结果超差，PC-DMIS 会自动弹出提示，显示超差的角度，就需要重新校验。图 5-8（5）测量平面。对于特征元素的手动测量，PC-DMIS 采用了智能判别模式，在测量元素时不需要严格的指定被测元素的类型，当测量完成后，按操纵盒上的DONE 键或键盘上的 END 键，PC-DMIS 即可自动判别测量元素的类型。在测量平面时，在平面上采集大于等于三个测点即可实现测量；这些测点应该尽可能最大范围的分布在所测平面上，在采集完最后一个点后按 DONE 键，PC-DMIS 将在“图形显示”窗口用特征标识和三角形表示测量的平面，并同时在“编辑窗口”中记录该面相关信息，如图 5-9 所示。南昌航空大学科技学院学士学位论文46图 5-9（6）测量直线。要测量直线，首先要选择合适的工作平面。测量时顺序应该注意，因为 PC-DMIS 就是根据该信息创建直线的方向的。在采集完第二个测点后按DONE 键，PC-DMIS 将在 “图形显示”窗口显示特征标识和被测直线，并同时在“编辑窗口”中记录该直线相关信息，如图 5-10 所示。（7）测量圆。首先选择合适的工作
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