三坐标测量（接触法）典型测量零件的设计

本科毕业设计（论文）通过答辩三坐标测量（接触法）典型测量零件的设计摘要：随着 CAD/CAM 软件加工及快速成型等先进制造技术的不断发展，以及这些技术在机械行业中的普及应用，机械设计与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，并用于数字化的设计与制造是其中的关键。三坐标测量机(CMM)则是一种高效率、高精度、多功能的检测设备。七十年代以来在测量机上广泛应用电子计算机后，它的性能和自动化程度都大为提高,使用范围也更广泛。昔日三坐 标测量机主要面向航空航天等高技术产业，而今日，它在现代制造业的各个领域中都得到了广泛的应用，已成为机械制造业中发展最快的现代量仪之一。本文就是采用 UG 三维建模软件设计出基于三坐标测量技术能够进行测量的实体。然后把实体导入到 AutoCAD 绘图软件，得到实体零件图。所 设计出来的实体的曲面图形部分还要在微机上进行 CAM 仿真加工并通过后处理得到 NC程序。然后利用三坐标测量机 对现有类似零件进行检测。这样不仅能够较好的掌握 UG 的三维建模方法，AutoCAD 的绘图方式， 还 能熟悉三坐标测量机的操作环境。关键词：三坐标测量技术 实体设计 UG 本科毕业设计（论文）通过答辩2The design of typical measurement component which based on the 3-Dimensional Measuring TechnologyAbstract: With the development of advanced manufacturing technology, such as the CAD / CAM software processing and rapid prototyping, and the universal and application in the machinery industry of these technologies, a profound technological revolution has taking place in the field of mechanical design and manufacturing, the digital manufacturing methods which based on the 3D digital definition are gradually in place of the traditional 2-dimensional design and analog processing approach. Gradually master the use of 3D CAD / CAM software then used for the digital design and manufacturing is the key to this technological revolution.Coordinate Measuring Machine (CMM) is an inspection and measuring apparatus with a high accuracy, high efficiency and high performances. Since the 1970s,with the widely use of electronic computer on the measuring machine ,which performance and the degree of automation are improve ,and could using in a wider range. CMM mainly only used for aerospace and other high-tech industries, but today, its have been widely used in various fields of modern manufacturing industry .It has becoming fastest-growing one of the modern measuring instruments in machinery manufacturing.This article is used UG 3-dimensional modeling software to designing the entity which can be measured based on the 3-dimensional measuring technology .Then imported the entity into AutoCAD mapping software, and obtain the parts plans of the entity. Graphics of the surface ,which by the designed entity ,must to proceed CAM simulation processing and obtain NC program through after treatment in computer .Then use CMM to examination the similar existing parts. So we could not only to grasp the UG 3-D Modeling methods and the AutoCAD drawing methods, but also familiar with the CMM s operating environment.Keyword : 3-Dimensional Measuring Technology Physical design UG 本科毕业设计（论文）通过答辩3目 录1 绪论1.1 课题研究背景（1）1.2 选题的依据（2） 1.3 主要设计内容（2） 2 标准件的测量与建模2.1 测量与建模标准件的目的与工具（3） 2.2 测量数据（3） 2.3 标准件的建模（4） 3 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 （12） 3.2 典型测量零件的建模 （12） 4 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（28） 4.2 典型部件的 CAM （28）4.3 数控加工程序的输出（37）5 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（40）5.2 对典型测量零件进行测量（42）5.3 对典型测量零件形位公差进行评价（46）6 总结（51）参考文献 （52）致谢（53）本科毕业设计（论文）通过答辩4三坐标测量（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、内本科毕业设计（论文）通过答辩5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。 本科毕业设计（论文）通过答辩62 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本科毕业设计（论文）通过答辩7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本科毕业设计（论文）通过答辩8（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。本科毕业设计（论文）通过答辩9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】本科毕业设计（论文）通过答辩10【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。本科毕业设计（论文）通过答辩11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本科毕业设计（论文）通过答辩12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。本科毕业设计（论文）通过答辩13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。本科毕业设计（论文）通过答辩14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。本科毕业设计（论文）通过答辩15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本科毕业设计（论文）通过答辩16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。本科毕业设计（论文）通过答辩17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。本科毕业设计（论文）通过答辩18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。本科毕业设计（论文）通过答辩19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。本科毕业设计（论文）通过答辩20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。本科毕业设计（论文）通过答辩21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本科毕业设计（论文）通过答辩22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】对本科毕业设计（论文）通过答辩23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；本科毕业设计（论文）通过答辩24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本科毕业设计（论文）通过答辩25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；本科毕业设计（论文）通过答辩26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，单击确认本科毕业设计（论文）通过答辩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 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本科毕业设计（论文）通过答辩28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）所示本科毕业设计（论文）通过答辩29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，单击确认本科毕业设计（论文）通过答辩30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本科毕业设计（论文）通过答辩314 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。本科毕业设计（论文）通过答辩32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本科毕业设计（论文）通过答辩33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；本科毕业设计（论文）通过答辩34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；本科毕业设计（论文）通过答辩35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本科毕业设计（论文）通过答辩36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；本科毕业设计（论文）通过答辩37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；本科毕业设计（论文）通过答辩38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“主轴转本科毕业设计（论文）通过答辩39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。本科毕业设计（论文）通过答辩40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。本科毕业设计（论文）通过答辩41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：%本科毕业设计（论文）通过答辩42N0010 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本科毕业设计（论文）通过答辩435 对现有类似零件进行三坐标测量并编制测量工艺