前接头工艺与UG数控编程

本科毕业设计（论文）前接头工艺与 UG 数控编程 摘 要本文所阐述的是个接头零件的的数控加工是运用了我们所学的数控技术对其进行合理的，经济的分析、加工，使之达到我们所要求的目的关键字：现代技术 UG 建模 加工 数控技术 机械工艺与夹具 CAD/CAMAbstractThis is a joint part of NC machining is the use of the control technology of what we learn reasonable on its economic, analysis, processing, to meet our requirements for the purpose ofKey words: modern technology of UG mechanical modeling of NC machining technology process and fixture CAD/CAM本科毕业设计（论文）目录前言.03弧形配合凸件数控加工与自动编程.04一、MasterCAM X 的介.04I、应用范围. 04II、MasterCAM 主要功能模块和特点.04III、 数控编程中的概念与术语. 10IV 复杂型面的数控加工. 10V 后置处理. 15二、接头工艺规程及 UG 数控加实例. 16I、建模. 17II、零件图的分析.22III、夹具定位的分析和夹具的设计.24IV、接头的编程设计.26三、结论.33致谢.33参考文献.34前 言进入新世纪以来，世界机械工业进入了前所未有的高速发展阶段。随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高本科毕业设计（论文）新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。造业体现着一个国家的综合国力，我国制造业要打造“中国制造” 的品牌，要真正成为“ 世界加工制造中心 ”，必须要有先进的制造技术与一大批掌握先进制造技术的人才作为支撑。数控技术是集机械、电子、信息和管理等学科于一体的新兴交叉学科，数控技术的发展对人才的知识、能力、素质结构提出了新的要求。数控技术的发展要求从事数控加工、模具制造、CADCAM技术的机电复合型人才，以满足制造业发展对人才的需求。其中CADCAM 技术要求精通专业的CADCAM软件，而Unigraphics（简称UG）软件是当前世界上最先进和紧密集成的、面向制造业的CAX（即CAD、CAE、CAM 等的总称）高端软件，是知识驱动自动化技术领域中的领先者。它实现了设计优化技术与基于产品和过程的知识工程的组合。UG软件能够为各种规模的企业提供可测量的价值；能够使企业产品更快地提供给市场；能够使复杂的产品设计与分析简单化；能够有效地降低企业的生产成本并增加企业的市场竞争实力。正是由于该软件的高度集成化和优越的性能，使之成为目前世界上最优秀公司广泛使用的系统。而本文正是通过 UG 阐述一个接头零件由蓝图，到建三维模型，到出工程图，再到加工编程出 NC 程序的全程操作。由于本人水平有限，在阐述的过程中难免有不足之处，敬请老师加以批评和指导。接头工艺规程及 UG 数控编程全球经济社会发展的历史告诉我们：一个国家的实力和繁荣最终取决于其制造业可提供的产品和劳务竞争力。据统计，当前世界工业发达国家的 60%的社会财富是由制造业创造的。谁掌握了先进的制造技术，就能创造巨大的财富，就具有强大的经济竞争力。CAD/CAM 技术的出现给全球制造业带来了一次技术革命，它推动了制造业日新月异的发展。进入 21 世纪，众多公司企业借助新一代本科毕业设计（论文）CAD/CAM/CAE/CIMS 先进的制造信息一体化技术，以提高新产品开发能力，争夺市场竞争优势。美国福特汽车公司为迎接 21 世纪而制订的革命性技术发展计划，是用一个统一的产品信息管理系统（PDM）把计算机辅助设计（CAD） 、辅助分析（CAE） 、辅助制造（CAM）集成起来（简称“C3P” ） ，作为统一福特公司和其遍布全球的协作厂、供应商的信息技术系统。目的是缩短新车型研发周期，减少产品设计、试制成本，提高投资收益。波音公司新一代 777 客机生产中，实现了“无图纸设计” ，其先进的CAD/CAM 技术走在了全世界的前面。我国的 CAD/CAM 技术应用虽然起步较晚，但近几年来，取得了巨大的发展。CAD技术的应用已从“甩图板”逐步向以产品建模为核心的 CAD/CAM/CAE 一体化方向发展，以实现从设计、分析、仿真到制造等生命周期的信息化和自动化。并自主开发了不少中国自己的 CAD/CAM 软件，如：金银花系列 CAD/CAM 软件、华中软件公司的集成化 CAD/CAM 软件等。一、UG的介绍UG(UNIGRAPHICS)是美国麦道公司的麦道资讯系统部 (MC Donnell Douglas Information System LTD)开发的主要产品。1991 年麦道与通用汽车公司达成协议，将 UG和 GDS（建筑软件）并入通用汽车公司的 EDS(Electronic Data System)分部,EDS 公司开始负责通用汽车公司内部电子数据处理、交换，网络系统，实施系统集成，继而发展到制造业、银行、保险、计算机领域中全世界最大的软件公司。I .应用范围UG是一个集 CAD、CAE 和 CAM 为一体的计算机辅助机械设计制造系统，适用于航空航天飞行器、汽车、通用机械以及模具的设计、分析和制造。I I UG 主要功能模块和特点（1）UG/Gateway（UG 入口）这个模块是 UG 的基本模块，包括打开、创建、存储等文件操作；着色、消隐、缩放等视图操作；视图布局；图层管理；绘图及绘图机队列管理；空间漫游，可以定 义漫游路径，生成电影文件；表达式查询；特征查询；模型信息查询、坐标查询、距离测量；曲线曲率分析；曲面光顺分析；实体物理特性自动计算；用于定义标准 化零件族的电子表格功能；按可用于互联网主页的图片文件格式生成 UG 零件或装配模型的图片文件，这些格式包括：CGM、VRML、TIFF、MPEG、 GIF 和 JPEG；输入、输出 CGM、UG/Parasolid 等几何数据；Macro 宏命令自动记录、回放功能；User Tools 用户自定义菜单功能，使用户可 以快速访问其常用功能或二次开发的功能。 （2） UG 实体建模(UG/Solid Modeling)UG 实体建模提供了草图设计、各种曲线生成、编辑、布尔运算、扫掠实体、旋转实体、沿导轨扫掠、尺寸驱动、定义、编辑变量及其表达式、非参数化模型后参数化等工具。 （3） UG/Features Modeling(UG 特征建模)UG 特征建模模块提供了各种标准设计特征的生成和编辑、各种孔、键槽、凹腔- 方形、圆形、异形、方形凸台、圆形凸台、异形凸台、圆柱、方块、圆锥、球体、管道、杆、倒圆、倒角、模型抽空产生薄壁实体、模型简化 (Simplify)，用于压铸模设计等、实体线、面提取，用于砂型设计等、拔锥、特征编辑：删除、压缩、复制、粘贴等、特征引用，阵列、特征顺序调整、 特征树等工具。 本科毕业设计（论文）（4） UG/FreeFormModeling(UG 自由曲面建模)UG 具有丰富的曲面建模工具。包括直纹面、扫描面、通过一组曲线的自由曲面、通过两组类正交曲线的自由曲面、曲线广义扫掠、标准二次曲线方法放样、等半径 和变半径倒圆、广义二次曲线倒圆、两张及多张曲面间的光顺桥接、动态拉动调整曲面、等距或不等距偏置、曲面裁减、编辑、点云生成、曲面编辑。 （5） UG/User DefinedFeature(UG 用户自定义特征)UG/User Defined Feature 用户自定义特征模块提供交互式方法来定义和存储基于用户自定义特征（UDF）概念的，便于调用和编辑的零件族，形成用户专用的UDF 库，提高用户设计建模效率。 该模块包括从已生成的 UG 参数化实体模型中提取参数、定义特征变量、建立参数间相关关系、设置变量缺省值、定义代表该 UDF的图标菜单的全部工具。在 UDF 生成之后，UDF 即变成可通过图标菜单被所有用户调用的用户专有特征，当把该特征添加到设计模型中时，其所有预设变量参数均可编辑并将按 UDF 建立 时的设计意图而变化。 （6） UG/Drafting(UG 工程绘图)UG 工程绘图模块提供了自动视图布置、剖视图、各向视图、局部放大图、局部剖视图、自动、手工尺寸标注、形位公差、粗糙度符合标注、支持 GB、标准汉字输入、视图手工编辑、装配图剖视、爆炸图、明细表自动生成等工具。 （7） UG/AssemblyModeling(UG 装配建模)UG 装配建模具有如下特点：提供并行的自顶而下和自下而上的产品开发方法；装配模型中零件数据是对零件本身的链接映象，保证装配模型和零件设计完全双向相 关，并改进了软件操作性能，减少了存储空间的需求，零件设计修改后装配模型中的零件会自动更新，同时可在装配环境下直接修改零件设计；坐标系定位；逻辑对 齐、贴合、偏移等灵活的定位方式和约束关系；在装配中安放零件或子装配件，并可定义不同零件或组件间的参数关系；参数化的装配建模提供描述组件间配合关系 的附加功能，也可用于说明通用紧固件组和其它重复部件；装配导航；零件搜索；零件装机数量统计；调用目录；参考集；装配部分着色显示；标准件库调用；重量 控制；在装配层次中快速切换，直接访问任何零件或子装配件；生成支持汉字的装配明细表，当装配结构变化时装配明细表可自动更新；并行计算能力，支持多 CPU硬件平台。 （8） UG/Advanced Assemblies(UG 高级装配)UG 高级装配模块提供了如下功能：增加产品级大装配设计的特殊功能；允许用户灵活过滤装配结构的数据调用控制；高速大装配着色；大装配干涉检查功能；管 理、共享和检查用于确定复杂产品布局的数字模型，完成全数字化的电子样机装配；对整个产品、指定的子系统或子部件进行可视化和装配分析的效率；定义各种干 涉检查工况储存起来多次使用，并可选择以批处理方式运行；软、硬干涉的精确报告；对于大型产品，设计组可定义、共享产品区段和子系统，以提高从大型产品结 构中选取进行设计更改的部件时软件运行的响应速度；并行计算能力，支持多 CPU 硬件平台，可充分利用硬件资源。 （9） UG/Sheet MetalDesign(UG 钣金设计)UG 钣金设计模块可实现如下功能：复杂钣金零件生成；参数化编辑；定义和仿真钣金零件的制造过程；展开和折叠的模拟操作；生成精确的二维展开图样数据；展开功能可考虑可展和不可展曲面情况，并根据材料中性层特性进行补偿。 （10） ；UG/Senario for FEA(UG 有限元前后置处理)UG 有限元前后处理模块可完成如下操作：全自动网格划分；交互式网格划分；材料特性定义；载荷定义和约束条件定义；NASTRAN 接口；有限元分析结果图形化显示；结果动画模拟；输出等值线图、云图；进行动态仿真和数据输出。本科毕业设计（论文）（11） UG/FEA(UG 有限元解算器)UG 有限元可进行线性结构静力分析、线性结构动力分析、模态分析等操作。 （12） UG/ANSYS Interface(UG/ANSYS 软件接口)UG/ANSYS 软件接口完成全自动网格划分、交互式网格划分、材料特性定义、载荷定义和约束条件定义、ANSYS 接口、有限元分析结果图形化显示、结果动画模拟、输出等值线图、云图。 （13） UG/CAM BASE(UG 加工基础)UG 加工基础模块提供如下功能：在图形方式下观测刀具沿轨迹运动的情况、进行图形化修改：如对刀具轨迹进行延伸、缩短或修改等、点位加工编程功能，用于钻 孔、攻丝和镗孔等、按用户需求进行灵活的用户化修改和剪裁、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。 （14） UG/Post Execute 后处理(UG/Post Builder 加工后置处理)UG/Post Execute 和 UG/Post Builder 共组成了 UG 加工模块的后置处理。UG 的加工后置处理模块使用户可方便地建立自己的加工后置处理程序，该模块适用于目前世界上几乎所有主流 NC 机床和加工中心，该模块在多年的应用实践中已被证明适用于轴或更多轴的铣削加工、轴的车削加工和电火花线切割 （15） UG/Nurbs PathGenerator(UG/Nurbs 样条轨迹生成器)UG/Nurbs Path Generator 样条轨迹生成器模块允许在 UG 软件中直接生成基于Nurbs 样条的刀具轨迹数据，使得生成的轨迹拥有更高的精度和光洁度，而加工程序量 比标准格式减少 30%50%，实际加工时间则因为避免了机床控制器的等待时间而大幅度缩短。该模块是希望使用具有样条插值功能的高速铣床（FANUC 或 SIEMENS）用户必备工具（16） UG/Lathe(UG 车削)UG 车削模块提供粗车、多次走刀精车、车退刀槽、车螺纹和钻中心孔、控制进给量、主轴转速和加工余量等参数、在屏幕模拟显示刀具路径，可检测参数设置是否正确、生成刀位原文件（CLS）等功能。（17） UG/Core & CavityMilling（UG 型芯、型腔铣削）UG 型芯、型腔铣削可完成粗加工单个或多个型腔、沿任意类似型芯的形状进行粗加工大余量去除、对非常复杂的形状产生刀具运动轨迹，确定走刀方式、通过容差 型腔铣削可加工设计精度低、曲面之间有间隙和重叠的形状，而构成型腔的曲面可达数百个、发现型面异常时，它可以或自行更正，或者在用户规定的公差范围内加 工出型腔等功能。（18） UG/Planar Milling（UG 平面铣削）UG 平面铣削模块功能如下所述：多次走刀轮廓铣、仿形内腔铣、Z 字形走刀铣削、规定避开夹具和进行内部移动的安全余量、提供型腔分层切削功能、凹腔底面小 岛加工功能、对边界和毛料几何形状的定义、显示未切削区域的边界、提供一些操作机床辅助运动的指令，如冷却、刀具补偿和夹紧等。（19） UG/Fixed AxisMilling（UG 定轴铣削）UG 定轴铣削模块功能实现描述如下：产生 3 轴联动加工刀具路径、加工区域选择功能、多种驱动方法和走刀方式可供选择，如沿边界切削、放射状切削、螺旋切削 及用户定义方式切削，在沿边界驱动方式中又可选择同心圆和放射状走刀等多种走刀方式、提供逆铣、顺铣控制以及螺旋进刀方式、自动识别前道工序未能切除的未 加工区域和陡峭区域，以便用户进一步清理这些地方、UG 固定轴铣削可以仿真刀具路径，产生刀位文件，用户可接受并存储刀位文件，也可删除并按需要修改某些 参数后重新计算。本科毕业设计（论文）（20） UG/Flow Cut （UG 自动清根）自动找出待加工零件上满足“双相切条件”的区域，一般情况下这些区域正好就是型腔中的根区和拐角。用户可直接选定加工刀具，UG/Flow Cut 模块将自动计算对应于此刀具的 “双相切条件”区域作为驱动几何，并自动生成一次或多次走刀的清根程序。当出现复杂的型芯或型腔加工时，该模块可减少精加工或半精加工的工作量（21） UG/Variable Axis Milling（UG 可变轴铣削）UG/Variable Axis Milling 可变轴铣削模块支持定轴和多轴铣削功能，可加工UG 造型模块中生成的任何几何体，并保持主模型相关性。该模块提供多年工程使用验证的 35 轴铣削功能，提供刀轴控制、走刀方式选择和刀具路径生成功能（22） UG/Sequential Milling（UG 顺序铣）UG 顺序铣模块可实现如下功能：控制刀具路径生成过程中的每一步骤的情况、支持 25 轴的铣削编程、和 UG 主模型完全相关，以自动化的方式，获得类似 APT直接编程一样的绝对控制、允许用户交互式地一段一段地生成刀具路径，并保持对过程中每一步的控制、提供的循环功能使用户可以仅定义某个曲面上最内和 最外的刀具路径，由该模块自动生成中间的步骤、该模块是 UG 数控加工模块中如自动清根等功能一样的 UG 特有模块，适合于高难度的数控程序编制。（23） UG/Wire EDM（UG 线切割）UG 线切割支持如下功能：UG 线框模型或实体模型、进行 2 轴和 4 轴线切割加工、多种线切割加工方式，如多次走刀轮廓加工、电极丝反转和区域切割、支持定程 切割，使用不同直径的电极丝和功率大小的设置、可以用 UG/Postprocessing 通用后置处理器来开发专用的后处理程序，生成适用于某个机床的机 床数据文件。（24）UG/Vericut（UG 切削仿真）UG/Vericut 切削仿真模块是集成在 UG 软件中的第三方模块，它采用人机交互方式模拟、检验和显示 NC 加工程序，是一种方便的验证数控程序的方法。由于省去了试切样件， 可节省机床调试时间，减少刀具磨损和机床清理工作。通过定义被切零件的毛坯形状，调用 NC 刀位文件数据，就可检验由 NC 生成的刀具路径的正确性。UG/Vericut 可以显示出加工后并着色的零件模型，用户可以容易的检查出不正确的加工情况。作为检验的另一部分，该模块还能计算出加工后零件的体积 和毛坯的切除量，因此就容易确定原材料的损失。Vericut 提供了许多功能，其中有对毛坯尺寸、位置和方位的完全图形显示，可模拟 25 轴联动的铣削和 钻削加工（25） UG/Manager（UG 管理器）UG/Manager 管理器模块是 UG 软件项目组级的数据管理模块，提供数据管理功能和并行工程能力。UG/Manager 可在网络上浮动运行，在安装 UG/Manager 之后，原 UG 软件在操作系统下存取设计模型的文件操作被换为针对产品数据库的存取功能，而 UG 软件其它运行功能和未安装 UG/Manager 前完全一样。在 UG/Manager 中，系统管理员可分配项目组成成员角色、定义每个成员的权限、提供数据版本管理、安全管理、广义 查询、存取保护等功能，同时，进入 UG/Manager 数据库中的产品数据可通过 Netscape 或 IE 等浏览器访问，提高了设计数据的利用率，改进用户 组织对设计信息的发布和访问能力。UG/Manager 是 UG 企业级数据管理方案 iMAN 的子集，可在需要时无缝升级为企业级数据管理系统。（26） UG/Open（UG 二次开发）UG/Open 二次开发模块为 UG 软件的二次开发工具集，便于用户进行二次开发工作，利用该模块可对 UG 系统进行用户化剪裁和开发，满足用户的开发需求。UG/Open 包括以下几个部分：UG/Open Menuscript 开发工具，对 UG 软件操作界面进行用户化开发，无须编程即可对 UG 标准菜单进行添加、重组、剪裁或在 UG 软件中本科毕业设计（论文）集成用户自己开发的软件功能；UG/Open UIStyle 开发工具是一个可视化编辑器，用于创建类似 UG 的交互界面，利用该工具，用户可为 UG/Open 应用程序开发独立于硬件平台的交互界面；UG/Open API 开发工具，提供 UG 软件直接编程接口，支持C、C+、Fortran 和 Java 等主要高级语言；UG/Open GRIP 开发工具是一个类似 APT的 UG 内部开发语言，利用该工具用户可生成 NC 自动化或自动建模等用户的特殊应用。（27） UG/Data Exchange（UG 数据交换）UG/Data Exchange 数据交换模块提供基于 STEP、IGES 和 DXF 标准的双向数据接口功能。 （28） UG/CAST Online（UG 联机自学软件）UG/CAST Online 是一套 UG 软件联机自学软件系统，该系统覆盖从建模、制图、装配到加工等 UG 软件主要模块，为用户提供一个集联机讲解、自动主题帮助、解题示范和学员练习 于一体的高效 UG 自学环境，可提高学习速度和效率，节约培训费用和时间。（29） UG/WAVE（UG 产品级参数化设计）UG/WAVE(What if Alternative Value Engineering) 产品级参数化设计技术，适应于汽车、飞机等复杂产品的设计。UG/WAVE 技术使产品总体设计更改自上而下自动传递。该技术可用于从产品初步设计到详细设 计的每个阶段。UG/WAVE 技术帮助用户找出驱动产品设计变化的关键设计变量并将这些变量放入 UG/WAVE 顶层控制结构中，子部件和零件的设计则与这 些变量相关，对这些变量的更改将自动更新顶层结构和与其相关的子部件和零件。由于 UG 采用基于变量几何的复合建模技术，这些关键设计变量既可以是数值变 量，也可以是如一根样条曲线或空间曲面的广义变量，数值变化、形状变化都能根据 UG/WAVE 的控制传递到相关的子部件和零件设计中去。UG/WAVE 技 术的使用是符合参数化产品的设计过程和规则，即：先总体设计后详细设计，局部设计决策服从总体设计决策。而过去的参数化技术多是进行零件本身的参数化上， 对于整个产品的参数关系管理非常困难。UG/WAVE 提供了解决了大型产品设计中的设计更改控制问题的方案，是面向产品级的并行工程技术。有利于提高设计 重复利用率。（30）UG/WAVE 的主要组成：UG/WAVE 相关性管理器：- 提供用户对设计更改传递的完全控制- 提供关于对象和零件的详细信息- UG/WAVE 几何导引器提供相关设计几何的信息- 允许沿几何相关关系查找相关部件与零件- 处理零件或部件之间的相关关系UG/WAVE 控制结构编辑器- 建立产品顶层控制结构及与之相关的下层部件关系- 层层递增建立下一层的零件结构，并建立新建零部件与其上层结构的相关关系在 WAVE 层次结构中切换显示到父装配或 WAVE 源零件（31） UG/Scenario for Motion+（UG 运动机构）UG/Scenario for Motion + 运动机构模块提供机构设计、分析、仿真和文档生成功能，可在 UG 实体模型或装配环境中定义机构，包括铰链、连杆、弹簧、阻尼、初始运动条件等机构定义要 素，定义好的机构可直接在 UG 中进行分析，可进行各种研究，包括最小距离、干涉检查和轨迹包络线等选项，同时可实际仿真机构运动。本科毕业设计（论文）用户可以分析反作用力， 图解合成位移、速度、加速度曲线。反作用力可输入有限元分析，并可提供一个综合的机构运动连接元素库。UG/Mechanisms 与 MDI/ADAMS无 缝连接，可将前处理结果直接传递到 MDI/ADAMS 进行分析（32） UG/Routing（UG 管路设计）UG/Routing 管路设计模块提供管路中心线定义、管路标准件、设计准则定义和检查功能，在 UG 装配环境中进行管路布置和设计，包括硬、软管路、暗埋 线槽、接头、紧固件设计。该模块可自动生成管路明细表、管路长度等关键数据，可进行干涉检查。系统本身包括 200 多种系列管路标准零件库，并可由用户根据 需要添加或更改，用户还可以定设计或修改准则，系统将按定义的规则进行自动检查（如最小弯曲半径等）（33） UG/Wiring（UG 电气布线）UG/Wiring 电气布线模块是一个用于生成电气布线数据的三维设计工具。该模块为电气布线设计员、机械工程师、电气工程师和工艺人员提供生成电气布线 系统虚拟样机的能力。该模块接受包括原理图设计模块生成的逻辑连接信息，可自动计算电缆长度和捆扎线束直径。该模块将布线中心转换为实体，以进行干涉检 查。UG/Harness 还提供自动检查弯曲半径和自动生成材料明细功能（34） UG/Die engineering（UG 冲压模具工程）UG/Die Engineering 模具工程，是 UG 面向汽车钣金件冲压模具设计而推出的一个模块，其功能包括冲压工艺过成定义，冲压工序件的设计，如工艺补充面的设计、拉伸压料面的设计等，以帮助用户完成冲压模具的设计（35） UG/in-Shape（UG 逆向工程）UG/in-Shape 是 UG 公司推出的面向逆向工程的软件模块，其理论基础是Paraform 公司的技术基础，使用的是一种叫“rapid surfacing”（快速构面）的方法，提供一套方便的工具集，接收各种数据来从构曲面模型，这一技术目前正被许多知名公司如 GM、Ford、Lear、Boeing、Trim System Inc.等公司采用，其应用领域和功能包括：- Rapid Surfacing 接收 3D 扫描数据，快速生成多边形表示或 NURBS 表达的模型- Processing point cloud data 转换各种数据如加工数据、CMM 点等成为多边形表示或 NURBS 表达的曲面模型- Reverse engineering 接收 3 D 扫描数据，构造成使用于 UG 的评估、加工和编辑的多边形表示或 NURBS 表达的模型- Mirroring 镜象或放样- Multiple resolution models 对同一数据集生成适应于不同用途的模型版本，如一个版本做工装设计，一个版本做 FEA 有限元分析等- Legacy data processing 将其它系统的 IGES 数据直接转换成 UG 的曲面- Vendor Verification & QA Inspection 检测- Preparation for engineering analysis 转换扫描数据成使用于进行有限元分析的多边形表示或 NURBS 表达的模型- Design for Manufacturing 评估分模线，去处加工不到的区域等- Manufacturing analysis 分析刀具磨损、材料回弹等- Tooling modification and repair 工装的修改和修复- Surface quality verification 曲面质量检测I I I 数控编程中的概念与术语1、 编程中的三个控制面：零件面（PS） 、导动面（DS） 、检查面（CS） 。刀具由导动面和零件面得到刀具运动轨迹，刀具运动到检查面时，运动终结。本科毕业设计（论文）2. 零件源程序：是由编程人员用数控语言书写的一系列语句，作用是描述零件几何形状与加工过程，一个合格的零件源程序表示了一个完整的零件加工过程。标题语句：由一串符号构成程序头，表明零件名称，编程时间等，以便检索。计算参数语句：刀具类型与参数、容差、机床参数中与刀位计算有关的信息等。后置处理语句：主轴、冷却、进给速度及其它加工所需的准备功能和辅助功能。几何定义语句：描述零件几何形状，即构造点、线、面等几何元素。刀具运动语句：描述走刀过程，即描述点位运动、初始进刀与连续运动等。其他语句：包括一些辅助语句，如条件，循环，几何转移，宏指令等。结束语句：指程序结束。3. 刀位与刀位文件：刀位即刀具在空间的位置坐标，数控编程的任务就是计算刀位。刀位文件是指一个零件源程序经过计算处理后形成的一系列完整的记录，它存储于计算机内，是自动编程系统内主信息处理阶段的输出，也是后置处理阶段的输入。刀位文件主要成分有：a刀位刀位点与轴向 b后置信息主轴、冷却、进给速度等 c多轴开关指出了坐标或多坐标状态 d曲面信息圆弧或圆柱等参数 e程序完程序结束标志 4. 自动编程的坐标系（1） 机床坐标系数控机床固定的坐标系是不变的，又称绝对坐标系。（2） 零件坐标系针对零件自行选择的坐标系。一般零件坐标系的选择常与图 纸所给的坐标系一致。（3） 局部坐标系在大型零件图中，其局部有许多尺寸标注，为编程方便可在该局部另取一坐标系，称为局部的编程坐标系。零件坐标系的原点称为零件原点，它与对刀点不同。对刀点是指加工时刀具相对零件运动的起点，即程序起点，它可在零件上，也可在零件外，但必须与零件的定位基准有一定的坐标关系。IV 复杂型面的数控加工在复杂型面的数控加工中，有两大关键性技术决定了数控加工的质量，其一是几何造型方法；其二是刀具运动轨迹的生成方法。下面简单介绍这两点。【A】 几何造型二维 CAD 软件的基本功能包括绘图功能，如:直线、圆弧、样条曲线等；图形编辑功能如：延伸、裁剪、倒角、分割、等距、旋转、镜像等功能；图形标注功能，如：尺寸标注、文字标注、工程符号标注等；以及定义比例、图幅、图框、标题栏、线型等。利用这些基本功能就可以完成二维图形的绘制。 三维模型主要有线框模型，表面模型，实体模型和特征模型等。线框模型只是用部件几何体的棱线表示几何体的外形，就如同用线架搭出的形状一样。模型中没有表面、体积等信息。表面模型是利用几何形状的外表面构造模型，就如同在线框模型上蒙上一层外皮，使几何形状具有一定的轮廓，可以产生诸如阴影，消隐等效果。但模型中缺乏几何形状体积的概念，如同一个体的空壳。实体模型是使封闭的几何表面构成了一定的体积，形成了几何形状的体的概念，如同在几何的中间填充了一定的物质，使之具有了如重量，密度等性能，可以检查两个几何体的碰撞和干本科毕业设计（论文）涉等。UGII 软件提供了强大的高级曲面造型工具，能构造各种复杂的产品形状。曲面造型不同于一般的实体模型，在模型的描述、定义、表示和生成等方面都更加复杂。曲面造型的方法主要有拉伸（Extrude） 、回转（Rotate） 、扫描（Sweep） 、放样（Loft） 、曲线网格（Mesh of Curves） 、空 间点阵、曲面边界（Surface by Boundary）等方法。在复杂曲面造型过程中也可以利用尺寸、几何约束和变量化技术对曲面进行灵活控制。并采用各种曲面编辑工具进行曲面的编辑和修改。在曲面造型中还可以用各种曲面分析工具对曲面的质量进行评价，如分析曲面上的任一处的曲率，高斯参线，切矢，法矢等，并检查曲面的连接，拼合等。UGII 采用了一些智能技术如：变量化，参数化技术及动态引导技术，以更好地辅助设计过程。变量化、参数化技术简单的说就是在不同的几何元素和特征之间建立各种尺寸关联和几何约束关系，使设计者可以更好地表达设计意图，更加灵活方便地对模型进行修改。动态引导技术，举例来说就是如果要在三维模型上选取一定的点、线、面时，系统可以随鼠标的移动自动显示当前选中的几何体。在绘制草图时系统可以自动提示图形中的一些特殊位置，如：线段的中点，端点与其它特征点的对齐、等长的特定位置。当几何图形间形成一定的位置关系时，如：直线的水平、垂直位置，点在曲线上，直线与圆弧相切等，系统可以自动加入几何约束。利用动态引导技术，使用者可以方便地找到特定位置，提高作图效率。【B】 刀具运动轨迹的生成1 刀具轨迹生成方法UGII 最具特点的是其功能强大的刀具轨迹生成方法。包括车削、铣削、线切割等完善的加工方法。其中铣削主要有以下功能：Point to Point：完成各种孔加工； Panar Mill：平面铣削。包括单向行切，双向行切，环切以及轮廓加工等； Fixed Contour：固定多轴投影加工。用投影方法控制刀具在单张曲面上或多张曲面上的移动，控制刀具移动的可以是已生成的刀具轨迹，一系列点或一组曲线； Variable Contour：可变轴投影加工； Parameter line：等参数线加工。可对单张曲面或多张曲面连续加工； Zig-Zag Surface：裁剪面加工； Rough to Depth：粗加工。将毛坯粗加工到指定深度； Cavity Mill：多级深度型腔加工。特别适用于凸模和凹模的粗加工； Sequential Surface：曲面交加工。按照零件面、导动面和检查面的思路对刀具的移动提供最大程度的控制。 EDS Unigraphics 还包括大量的其它方面的功能，这里就不一一列举了2与刀具运动轨迹生成技术有关的概念（1）刀具在生成刀具的运动轨迹中，刀具选择的合理与否是至关重要的。它关系到零件加工精度和效率及刀具使用寿命。刀具应根据被加工零件的材料力学性质，几何形状，切削余量的大小以及单位现有的刀具种类和规格进行合理的选择。（2）切削容差为了确保被加工零件的加工精度，必须根据实际加工要求，定义合理的加工容差值。该值表示实际切削轨迹偏离理论轨迹的量。有三种定义容差的方式可供编程人员选用。内容差值：它表示可被接受的表面切过量。本科毕业设计（论文）外容差值：它表示由误差所产生的剩余材料被留在零件表面的残余量。同时指定内、外容差值。（3）切削间距在数控加工中，切削间距的选择是非常重要的，它关系到被加工零件的加工精度和费用。在实际数控编程加工中，可采用直接选择切削间距和用残留高度来确定切削间距。残留高度是指沿加工表面的法矢量方向上两相邻切削行之间波峰与波谷之间的高度差，它是直接表示加工精度的工艺参数。（4）走刀方式与切削方向走刀方式是生成刀具运动轨迹时，刀具运动轨迹的分布方式。切削方向是指在切削加工时刀具的运动方向。其选择原则为：根据被加工零件表面的几何形状，在保证加工精度的前提下，使切削加工时间尽可能短，且在切削加工过程中，刀具受力平稳。在三维曲面区域加工的刀具运动轨迹生成技术中，可采用如下三种走刀方式：往复型走刀方式 该加工方式的特点是切削加工过程中顺铣和逆铣交替进行，加工精度相对低一些。单方向走刀方式 在切削加工过程中能保证顺铣和逆铣的一致性，加工精度较高。环切走刀方式 刀具运动轨迹是由一组被加工曲面包络曲面等参数曲线组成的。（5）进刀和退刀的方式进刀方式是加工零件前，刀具接近工件表面的运动方式；退刀方式是零件或零件区域加工结束后，刀具离开工件表面的运动方式。 其进、退刀方式有如下几种。沿 Z 轴方向进行进进刀或退刀 该方式是数控加工中最常用的进、退刀方式。其优点是定义简单；缺点是在工件表面的进刀和退刀处会留下微观的驻刀痕迹，影响工件表面的加工精度。沿给定的矢量方向进行进刀或退刀 该方式要先定义一个矢量方向来确定刀具进刀或退刀运动的方向。沿曲面的切矢量方向进刀或退刀 该方式是以被加工曲面的切矢量方向切入或离开工件表面。其优点是在工件表面的进刀或退刀处，不会留下驻刀痕迹，工件表面的加工精度高。沿曲面的法矢量方向进刀或退刀 该方式要以被加工曲面切入点或离开点的法矢量方向切入或离开工件表面。沿圆弧段方向进刀或退刀 该方式是刀具以圆弧段方向切入或离开工件表面，该方式必须首先定义切入或离开圆弧段。对于加工精度要求很高的型面来说，应选择沿着曲面切矢量方向或沿圆弧段方向进刀或退刀方式，这样不会在工件的进刀或退刀处留下驻刀痕迹，而影响工件的表面加工质量。3单曲面刀具运动轨迹的生成方法（1）三轴等参数曲面加工三轴等参数曲面加工的刀具运动轨迹是按被加工曲面的等参数曲线来计算的。这种刀具运动轨迹能根据被加工曲面的形状特性，生成合理的刀具运动轨迹，因此能得到良好的表面加工质量。但给编程带来许多不便，诸如：为了防止在两曲面凹向交线处产生过切，必须根据数控加工时所采用的刀具类型及尺寸，生成倒圆角的边界曲线，对原曲面进行恰当处理，以去掉曲面的过切部分；或在数控编程时，定本科毕业设计（论文）义检查面等方法来处理加工过切问题。（2）平行截面加工平行截面刀具运动轨迹是由一系列相互平行的轨迹所组成的，它们之间的距离可采用残留高度或切削间距来控制。该方法具有算法可靠、生成刀具运动轨迹快等优点。（3）修剪曲面加工修剪曲面刀具运动轨迹与自然曲面刀具运动轨迹生成方法的差异有两个。其一是要定义不加工的孤岛区域，因此必须定义孤岛边界曲线，表示这些区域不被加工，同时还要定义刀具躲让孤岛的方式。是绕过孤岛区域，还是越过孤岛区域。其二是要定义曲面的加工范围，因此必须定义加工区域的边界曲线，表示要加工区域的范围，同时还要定义刀具运动到边界曲线时，刀具是跟随边界曲线的形状，还是直接以直线方式运动到下一条刀具运动轨迹。4多曲面连续加工刀具运动轨迹的生成方法多曲面连续加工是按一定的要求对一组曲面同时进行数控加工，并提供每个曲面的啃刀校验及预防曲面间的加工过切等功能的加工方法。其刀具运动轨迹按如下方式定义：刀具运动轨迹在 XY 坐标面上的投影由给定的切削间距和方向的导动线来控制，而切削加工深度则由一组所定义的加工曲面来控制。下面讨论各种多曲面连续加工刀具运动轨迹的生成方法。（1）平行截面刀具运动轨迹平行截面刀具运动轨迹是由一系列相互平行的轨迹所构成的，它们之间的距离可采用残留高度或切削间距来控制。它是数控编程加工中最常见的一种方法。（2）放射状刀具运动轨迹控制刀具控制点运动的导动线由一系列直线段组成，这些直线段是通过基点且在一定半径的圆周上偏移给定的距离放射而成的。（3）法向偏移型刀具运动轨迹其导动线是一组与基本偏移给定距离而生成的曲线。基本曲线可以是直线、圆弧、样条和组合曲线；导动线间的偏移距离决定了刀具运动轨迹的切削间距。（4）法向垂直型刀具运动轨迹对法向垂直型刀具运动轨迹来说，其导动线是一组与基本曲线相垂直的直线段。直线段之间的距离可通过沿基本曲线的等弧长来控制。（5）插值型刀具运动轨迹对插值型刀具运动轨迹来说，其导动线是通过定义开始曲线和终止曲线之间的中间插值曲线的方法来定义的。开始曲线定义曲面的初始加工边界和方向；而终止曲线定义曲面的终止加工边界和方向。开始曲线和终止曲线所构成的区域就决定了曲面的加工范围。（6）二维投影型刀具运动轨迹对二维投影型刀具运动轨迹来说，应先在二维平面内定义刀具运动轨迹，然后把该二维刀具运动轨迹投影到被加工曲面上，生成加工三维曲面所需的刀具运动轨迹。由于二维平面内定义刀具运动轨迹非常方便、灵活，因此该方式生成三维曲面的刀具运动轨迹具有很大的灵活性。5清根加工当对多个型面作为一个对象进行编程加工时，由于各几何体交接处通常是不光顺的，需要进行清根补铣。一般采用小尺寸刀具对交接处进行清根加工，保证型面的整体加工精度。本科毕业设计（论文）6五轴刀具运动轨迹的生成方法五轴联动加工，是指刀具相对于工件除作 X、Y、Z 坐标轴联动外，还有两个旋转轴（A 轴、B 轴或 C 轴）联动的加工方式。其中 A 轴是绕 X 轴转动的轴；B 轴是绕Y 轴转动的轴；C 轴是绕 Z 轴转动的轴。五轴数控机床的结构形式不同，机床的五轴配置形式也不同，五轴数控机床的一般配置形式有：X、Y、Z 线性轴和 A、B 旋转轴；X、Y、Z 线性轴和 A、C 旋转轴。五轴编程与三轴编程之间的最大差异就是刀轴的控制问题。五轴数控加工的刀具轴线是随着被加工零件法矢量的不同而发生变化的，而三轴加工的刀具轴线是固定不变的。（1）.刀轴控制方式 直接用矢量来定义刀轴方向 用矢量在 X、Y、Z 轴上的分量形式来定义刀轴方向，如：（1，0，0）表示刀轴与 X 坐标轴平行， （0，1，0）表示刀轴与 Y 坐标轴平行， （0，0，1）表示刀轴与 Z 坐标轴平行， （1，1，1）表示刀轴与 X、Y、Z 坐标轴均成 45等等。 与曲面的法矢量成某一定角度 该方法是通过与曲面的法矢量方向成某一定角度来定义的，零度表示刀轴方向始终与曲面的法矢量平行，即刀轴始终定位在曲面的法矢量方向；90表示刀轴方向始终与曲面的法矢量垂直，即刀轴始终定位在曲面的切矢量方向。 锥度定义法 该方法是在被加工曲面外定义一个基点，通过该点与切削点（刀具与被加工曲面的接触点）的连线确定刀轴方向的方法来定义的。基点可定义在被加工曲面的上方或下方，这主要决定被加工曲面的形状特征。 导动面定义法 该方法是通过定义一个导动面的方法来定义的，导动面各点的法矢量方向就是刀轴的方向。被加工曲面与导动面的一一对应关系可通过一个矢量来建立，被加工曲面上的点沿所定义的矢量方向投影到导动面上，生成投射点，导动面上投射点的法矢量方向就确定该切削点的刀轴方向。（2）.五轴铣削加工的要求为了生成理想的五轴加工刀具运动轨迹，必须对刀轴相对于被加工表面的法矢量方向进行恰当定位，以获得最佳切削状态，其最佳切削状态必须满足下列条件：其一是刀具与被加工零件表面的接触点必须不能与刀具底端中心一致，因该点的切削速度为零，切削状态很差，既一定要避免零点切削状态；其二是加工零件表面时，刀轴与被加工表面的法矢量之间的夹角尽可能小，以减少切削途径的数量，提高数控加工的效率。基于上述两点，在实际数控加工中，刀轴与曲面法矢量之间的夹角一般定义为 1015 之间，这样既能保证零件的加工质量，又能有效地保证零件加工的效率。（3）.五坐标轴铣削加工的技术条件建立高质量的曲面模型是实现五轴铣削加工的前提。用五轴铣削加工一个定义不完善的几何体是毫无意义的，这意味着必须用高质量的方法设计零件表面。五轴铣削加工的编程比三轴铣削加工更复杂、更难掌握。因此要求编程人员具有良好的机械加工经验和精通所采用软件功能的使用方法和技巧。五轴铣削加工的刀具运动轨迹的生成需要更先进的计算方法 和