手机模型的UG建模与CAM加工.doc

四川信息技术学院毕业设计说明书 论文 第 I 页 目录 绪论 1 第 1 章 UG 介绍 1 1 1 CAD 模块 1 1 1 1 UG Solid Modeling 实体建模 1 1 1 2 UG Features Modeling 特征建模 1 1 1 3 UG Freeform Modeling 自由形状建模 1 1 1 4 UG User Defined Features 用户定义的特征 2 1 1 5 UG Drafting 制图 2 1 2 CAM 模块 2 1 2 2 UG Postprocessing 后处理 2 1 2 3 UG Core Cavity Milling 芯和型腔铣 3 1 2 4 UG Flow Cut 流通切削 半自动清根 3 1 2 5 UG Sequential Milling 顺序铣 3 第 2 章 手机模型零件图与三维模型 4 2 1 手机模型零件图 4 2 1 1 手机模型三维模型 4 2 1 2 手机模型建模分析 4 2 2 基于 UG NX4 0 的手机模型建模 5 2 2 1 步骤一 零件草图的绘制 采用二维曲线绘制 5 2 2 2 步骤二 零件图的拉伸 5 2 2 3 步骤三 手机模型的拔模 6 2 2 4 步骤四 手机模型的上表面部位的拉伸步骤 6 2 2 5 步骤五 手机模型的屏幕及听筒部位 7 2 2 6 步骤六 9 第 3 章 手机模型加工编程 10 3 1 工艺分析 10 3 1 1 零件的分析 10 四川信息技术学院毕业设计说明书 论文 第 II 页 3 1 2 工件的装夹 10 3 1 3 工件坐标系 10 3 1 4 工步安排 10 3 1 5 工艺表格 11 第 4 章 基于 UG NX4 0 的编程 13 4 1 加工前的模型处理与加工装备 13 4 1 1 打开模型文件并进入到加工环境 13 4 1 2 创建加工几何体 13 4 1 3 创建安全平面 13 4 1 4 创建刀具 14 4 2 整体粗加工 14 4 2 1 创建型腔铣操作对零件进行整体粗加工 15 4 3 整体半精加工 17 4 3 1 创建区域铣削操作对零件进行半精加工 17 4 4 整体精加工 19 4 4 1 创建区域铣削和面铣操作进行精加工 19 第 5 章 仿真加工与产生 NC 程序 23 5 1 仿真加工 23 5 1 1 仿真加工的演示步骤 23 5 1 2 仿真操作 23 5 2 产生 NC 程序 24 5 3 输出程序 25 结论 27 参考文献 28 四川信息技术学院毕业设计说明书 论文 第 1 页 绪论 随着改革开放步伐的进一步加快 我国正逐步成为全球的制造业的基地 制造 业是国民经济的物质基础和产业主体 是富民强国之本 是国家科技水平和综合实力 的重要标志 作为制造业基础的模具行业今年来得到了迅速发展 随着 CAD CAM 数 控加工 逆向工程技术等先进制造技术的不断发展 以及这些技术在模具行业普及应 用 模具设计与制造领域正发生着一场深刻的技术革命 下面我着重介绍一下本次设 计所用的一些 CAD CAM 软件和逆向工程技术的发展现状和前景 在产品的开发和制造过程中 几何造型技术的应用相当广泛 但是 由于种种 原因 仍有许多产品并非由 CAD 模型描述 设计和制造者面对的是实物样件 为了适 应先进制造技术的发展 需要通过一定途径 将这些实物转化为 CAD 模型 使之能利 用 CAD CAM RPM 及 PDM 等先进技术进行处理或管理 目前 这种从实物样件获取产 品数学模型相关的技术 已发展成为 CAD CAM 中的一个相对独立的范畴 称为 逆向 工程 ReverseEngineering 通过逆向工程复现实物的 CAD 模型 使那些以实物为 制造基础的产品有可能在设计与制造的过程中 充分利用 CAD CAM RPM 及 PDM 等先 进制造及管理技术 随着 3D 模型的使用快速成长与模具制作对时间 造型与精度要 求的日益严格 过去传统利用正向 CAD 系统来进行模具制作 已经不是唯一的处理方 式 近年来逆向工程处理技术逐渐成熟 透过逆向工程之运用可使得模具开发时程缩 短并且增加模具制作精度 因此各类模具厂皆积极导入逆向工程之技术 然而逆向工程技术到底如何运作 以取得适当的产品外型 简单的说 逆向工 程就是根据现有的实体 量测其外形坐标点资料 再根据量测所得的点数据建构物体 的曲面几何模型 一旦有了三维的几何模型后 就能方便应用于 CNC 加工或快速成型 等制造 逆向工程应用范围越来越广泛 汽机车工业 航天工业 制鞋工业 消费性电 子产品 甚至在休闲娱乐方面也可发现它的踪迹 比如运用到动画 娱乐界等 另外 在医学科技 如人工关节等模型建立 也有其应用价值 四川信息技术学院毕业设计说明书 论文 第 1 页 第 1 章 UG 介绍 1 1 CAD 模块 1 1 1 UG Solid Modeling 实体建模 提供业界最强的复合建模功能 UG Solid Modeling 无缝地集成基于约束的特征建 模和显式几何建模 用户可以取得集成于一个高级的基于特征环境内的传统实体 曲 线和框线建模的功能 UG Solid Modeling 使用户能够方便地建立二维和三维线框模型 扫描和旋转实体 布尔运算及进行参数化编辑 包括对快速和有效的概念设计的变量 化的草图绘制工具以及更通用的建模和编辑任务的工具 模块的易于了解和基于图符 的图形环境是同一基础 从那里 所有其它建模模块被存取与操作 UG Solid Modeling 是对 UG Feature Modeling 和 UG Freeform Modeling 两者的必要基础 1 1 2 UG Features Modeling 特征建模 这个模块提高了表达式的级别 因而设计可以在工程特征的意义中来定义 提供 对建立和编辑标准设计特征的支持 包括几种变形的孔 键槽 型腔 凸垫 凸台及 全集的园柱 块 锥 球 管道 杆 倒圆 倒角等等 也包括实体模型控空和建立 薄壁对象 为了基于尺寸和位置的尺寸驱动编辑参数化地定义特征 已经存贮在一共 同目录中的用户定义特征也可以添加到设计模型上 特征可以相对于任一其它特征或 对象定位 也可以被引用阵列考贝 以建立特征的相关集或是个别地定位或是在一简 单图案和阵列中定位 1 1 3 UG Freeform Modeling 自由形状建模 使得能够进行复杂自由形状的设计如机翼和进气道 以及工业设计的产品 UG Freeform 建模形成对合并实体和曲面建模技术到一单个强大功能的工具集的基础 技术包括沿曲线的扫描 利用 1 2 和 3 个轨道方法比例地建立形状 从标准二次锥 方法的放样体 园形或锥形模截面的倒园 圆角 在二个或更多的其它体间充顺桥接 间隙的曲面 也支持通过一个曲线 点网格定义形状或对逆向工程任务通过点出去拟合 建立形形状模型可以或通过修改定义的曲线 改变参数的数值 或通过利用图形的或 数字的规律控制来进行编缉 例如 一个可变半径的倒园或改变一个扫描的横截面积 模型是与所有其它 UG 功能完全集成的 UG Freeform Modding 也包括为评估复杂模 型的形状 尺寸和曲率的易于使用的工具 四川信息技术学院毕业设计说明书 论文 第 2 页 1 1 4 UG User Defined Features 用户定义的特征 这个模块提供一种交互方法 为了易于恢复和编辑 使用一用户定义特征 UDF 的概念去捕捉和存贮部件家族 模块包括取一个已存参数化实体模型 它是利用标准 Unigraphics 工具创建的 定义特征变量 建立参数间关系 设置缺省值和决定当调 用时特征将取的一般形状所需的所有工具 当建立时 UDF 驻留在一个由任一设计员 利用模块可以存取的目录中 在一个 UDF 被加到设计模型之后 它的任一参数可以 使用正常的特征编辑技术进行编辑 它的行为将符合于设计意图 按 UDF 原来的创建者 建立的设计意图 1 1 5 UG Drafting 制图 UG Drafting 使任一设计师 工程师或制图员能够以实体模型去绘制产品的工程 图 基于 Unigraphic 的复合建模技术 UG Drafting 建立与几何模型相关的尺寸 确 保在一模型改变时 图将被更新 减少图更新所需的时间 视图包括消隐线和相关的 模截面视图 当模型修改时也是自动地更新 自动的视图布局能力提供快速的图布局 包括正交视图投射 截视图 辅助视图和细节视图 UG Drafting 支持在主要业界制 图标准 ANSI ISO DIN 和 JIS 中图的建立 它由一完整的基于图符的图创建和注 释工具 利用由 UG Assenigly Modeling 创建的装配信息方便地建立装配图 包括快 速地建立装配分解视图的能力 无论是制作一单一片图或一多片细 节的装配和组件 工程图 UG Drafting 减少工程图生成的时间和成本 1 2 CAM 模块 1 2 1 UG CAM Base 基础 UG CAM Base 提供在一易于使用的基于 Motif 环境中连接所有有共同功能加工模 块的基础 这个基础模块允许用户通过观察刀具的移动 图形地编辑刀轨和执行图形 地改变 如扩展 缩短或修改刀轨 它也包括对如钻孔 攻丝 镗孔等任务的通用目 的的点到点操作子程序 一个用户化对话框的特征允许用户修改对话框和建立被改编 到它们的专用菜单 这个减少培训的时间并使加工任务合理化 用户化通过使用操作 模板进一步增强 操作模板允许用户建立专门的操作如粗加工和精加工 这些操作通 过频繁使用的参数和方法被标准化 1 2 2 UG Postprocessing 后处理 四川信息技术学院毕业设计说明书 论文 第 3 页 使用户能够对在世界主要有效的 NC 机床方便地构造它们自己的后置处理器 UG Postprocessing 的能力横 过应用被证实 包括铣 2 5 和更多轴 车 2 4 轴 和 线 切割 EDM 1 2 3 UG Core Cavity Milling 芯和型腔铣 Core Cavity Miling 模块在加工模具和冲模中是特别有用的 这些在汽车和消费 产品工业中是共同的 它提供粗加单个或多个型腔和围绕任意形状对象有时称为模芯 移去大量毛坯材料的所有能力 在其中最好的功能是能够在很复什的形状上生成轨迹 和切削图样 容差型腔铣允许加工放松公差设计的形状 这些形状可以有间隙和重叠 可以被分析的型腔去表面数范围可以上百个 当 Core Cavity Milling 检测到反常时 它可以可纠正它们或在用户规定的公差内加工型腔 这个模块提供对模芯和模腔实际 上的加工过程全自动化 1 2 4 UG Flow Cut 流通切削 半自动清根 UG Flow Cut 处理器提供独特的在半精加工或精加工操作中时间的节省 这个模 块与 UG Fixed Axis Milling 一块工作 分析一个零件的表面 基于参数 和检测所有双 相切条件 如此的区域通常出现在一个型腔的凹谷或拐角处 用户可以规定一个刀具 它的双 相切定义驱动路径 处理器自动地生成一单一刀轨或个刀路 以移去在这些 区域中的材料 当处理复杂的模芯或型腔时 这个模块大大地减少为精加工零件或在 应用精加刀路前得到均匀余量所需的努力 1 2 5 UG Sequential Milling 顺序铣 这个模块在用户要求刀轨创建的每一步上完全进行控制的加工情况是有效的 UG Sequential Milling 是完全相关的 它关注以前类似 APT 系统处理的市场 但是在 一更高的生产效率方式中工作 它允许用户构造一段接一段的刀轨 而保留在每一个 过程步上的总控制 一个称为循环的功能允许用户通过定义内和外轨迹 在曲面上生 面多个刀路 UG Sequential Milling 生 成中间步 四川信息技术学院毕业设计说明书 论文 第 4 页 第 2 章 手机模型零件图与三维模型 2 1 手机模型零件图 图 2 1 2 1 1 手机模型三维模型 图 1 2 2 1 2 手机模型建模分析 这个手机的模型相看起来简单 其实画起并不是那么简单 其中有些部位的建模 需要很细致 比如在建听筒那个部位的时候 尺寸很小 在画两个椭圆的时候 位置 要求不是很高 在建菜单键部位的时候 两个按钮之间的角度要求也不是很高 画图 四川信息技术学院毕业设计说明书 论文 第 5 页 时只需要画侧面的轮廓 然后拉伸就可以了 拉伸之后在表面先画一个按钮 然后分 别用阵列来建模 其他的屏幕部位就比较简单了 把轮廓线画出来 拉伸就行勒 接 下来就是手机模型的边倒角了 最后就拔模角 2 2 基于 UG NX4 0 的手机模型建模 2 2 1 步骤一 零件草图的绘制 采用二维曲线绘制 在图标中选择建模菜单 然后按下图操作 然后 操作如下 开始创建草图 先画手机模型的侧面曲线 在绘制草图的时候有的尺寸做大概的描绘就行了 如 下草图 图 2 2 1 这样 侧面曲线的草图的绘制就完成了 2 2 2 步骤二 零件图的拉伸 在菜单中选择拉伸图标 出现一个拉伸对话框如图选择单个曲线和要拉伸的 曲线 对零件图的第一面进行拉伸 图 2 2 2 经过拉伸过后出现下面图形 四川信息技术学院毕业设计说明书 论文 第 6 页 图 2 2 3 2 2 3 步骤三 手机模型的拔模 选择菜单中的拔模菜单图标然后选择单个面 如下图所示操作 图 2 3 选择拔模方向 然后选择需要拔模的面 输入拔模直 然后确认进行拔模 2 2 4 步骤四 手机模型的上表面部位的拉伸步骤 这个过程在草图界面进行画草图 先将不易用 阵列的部位画出 然后将剩下的按钮拉伸 选中之后按 CTRL T 呼 出菜单选择然后按 选择 最后输入数据如 下图 四川信息技术学院毕业设计说明书 论文 第 7 页 图 2 2 4 点确定之后同样再做一次操作就完成下图了 4 然后根据边缘拉出一个片 体 提出 1 毫米来 最后切割就完成按钮了 步骤如下 先按下修剪体 选择目 标体也就是按钮部位 然后选择刀具 也就是拉出来的片体 最后确定完成 步 骤如下 图 2 2 5 2 2 5 步骤五 手机模型的屏幕及听筒部位 先将屏幕的外轮廓拉至 20 并求和 然后内轮廓并制定拉伸距离并求差 最后用 四川信息技术学院毕业设计说明书 论文 第 8 页 分割体来做最后的手机屏幕 首先用抽取指令 选抽取单个平面即选 手机模型的上表面 除按钮部位 然后选中抽取的平面用 CTRL T 唤出菜单 选平 移指令 选增量的移动方式 输入数据 点确定后用复制指令 在点确定 最后用抽取 指令 目标体选拉起来的屏幕部位 刀具选抽取出来的面 然后点确定 在拉听筒时 先拉半圆的部分并求差 然后拉燕尾部位并求差 最后拉椭圆 如图 四川信息技术学院毕业设计说明书 论文 第 9 页 图 2 2 6 2 2 6 步骤六 按下边倒圆指令 进入之后选择需要倒的边 输入数据在点确定 同理在倒 完最后一个 15 的圆角 这个手机模型就完成了如图 图 2 2 7 四川信息技术学院毕业设计说明书 论文 第 10 页 第 3 章 手机模型加工编程 3 1 工艺分析 3 1 1 零件的分析 本项目所要完成的任务是一个手机模型的加工 零件材料为 45 材料较软 工 件以虎钳定位 零件的 3D 尺寸为 110mm 60mm 38mm 整个零件虽然看似简单 且为对称图形 其实在该零件表面有复杂的曲面和凹槽的加工 且敞开性不是很好 不便于进刀 用的刀具材料为合金刀 所用刀具有 5 平底铣刀 2 的球头刀 1 的球头刀 3 1 2 工件的装夹 在普通铣床上铣出一个高为 8mm 的装夹位 然后在数控铣床上用平口虎钳装在 工件台上 3 1 3 工件坐标系 X 工件上表面长的中心 Y 工件上表面宽的中心 Z 工件上表面 如图 3 1 所示 图 3 1 3 1 4 工步安排 四川信息技术学院毕业设计说明书 论文 第 11 页 按照 粗 半精 精 的一般顺序对本零件进行粗加工 半精加工和精加工 刀具 具体切削参数 来源于查表及实际生产经验 利用普通机床加工出 110mm 60mm 38mm 的标准毛坯 并保证上下表面的 平行度以及四周面之间的垂直度 在普通铣床上铣出一个高为 8mm 的装夹位 然后在数控铣床上用平口虎钳装 夹在工件台上 粗加工 采用型腔铣操作分别对零件内部 外部进行粗加工 侧壁和底面余量 都为 0 5mm 选用 5 的平底铣刀 每一刀的全局深度为 1mm 主轴转速为 800r min 进给速度为 100mm min 采用跟随周边的走刀方式进行切削 表面半精加工 采用固定轴曲面轮廓铣的区域铣削对零件的上表面进行半精加 工 部件余量为 0 2mm 选用 2 的球头铣刀 主轴转速为 1500r min 进给速度为 100mm min 表面精加工 采用固区域曲面轮廓铣对零件的上表面进行精加工 部件余量为 0mm 选用 2 的球头刀 主轴转速为 1800r min 进给速度为 90mm min 3 1 5 工艺表格 加工工步表 见表 3 1 工步表 3 1 序号加工内容加工方式刀具 转速 r min 进给 mm min 1整体粗加工型腔铣 5 800150 2表面半精加曲面轮廓铣 2 2R1 1500100 3表面精加工等高加工 2 2R1 100090 加工工序卡 见表 3 2 数控加工工序卡片 产品名称或代号零件名材料 零件 图号数控加工工序卡 凸模手机模型45 工序 号 程序编号夹具名称夹具编号 使用 设备 数控铣床 O1587平口虎钳200TK7640实训中心 工步 号 工步内容 刀具规 格 mm 主轴转 r min 进给量 mm min 背吃 刀量 mm 量具 1粗铣表面 5 800150 游标 卡 四川信息技术学院毕业设计说明书 论文 第 12 页 2表面半精加工 2R1 1500100 游标 卡尺 3 粗铣轮廓 留精 加工余量 0 2 1R0 5 150090 游标 卡尺 编 制王涛审 核批 准共 页 刀具表 见表 3 3 夹具 根据毛坯的尺寸选择夹具的尺寸为 98x45 的平口虎钳 如图 图 3 2 刀具 mm 刀补地 地址 换刀方 式 直径 长 度 序 号 刀 具 号 刀 位 号 刀具名 称 设 定 补 偿 R 角 设 定 直 径 长 度 刀具 材料手动 自动 加工部位 1 1 号 平铣刀5 70 合金刀手动表面 2 2 号 球头刀2 50 合金刀手动 侧壁及表 面 3 3 号 球头刀1 150 铂金刀手动曲面 四川信息技术学院毕业设计说明书 论文 第 13 页 第 4 章 基于 UG NX4 0 的编程 4 1 加工前的模型处理与加工装备 4 1 1 打开模型文件并进入到加工环境 4 1 2 创建加工几何体 在操作导航器中左键单击标识图标 然后在导航器空白区域右键单击并选择几何 视图 则进入几何视图编辑环节 双击 WORKPICE 1 进入创建加工几何体环境 选 择加工部件及加工几何体具体步骤如图 3 1 所示 从左到右 从上到下 选择完毕之后 单击 确定 一直回到几何视图 四川信息技术学院毕业设计说明书 论文 第 14 页 图 4 1 4 1 3 创建安全平面 进入坐标系设定环境下 选中 间隙 然后单击 指定 选择工件的上表面 并在 偏置 栏中输入安全平面的数值 然后单击 确定 安全平面则建立成功 步骤如图 4 2 所示 图 4 2 4 1 4 创建刀具 在菜单栏中选择分别创建 5 的立铣刀 2 的立铣刀和 2R1 的球头刀 如图 4 3 所示 四川信息技术学院毕业设计说明书 论文 第 15 页 5 的立铣刀 2R1 的球头刀 1R0 5 的球头刀 图 4 3 4 2 整体粗加工 4 2 1 创建型腔铣操作对零件进行整体粗加工 1 编程基本参数确定 表 4 1 编程基本参数表 2 CAM 编程过程 创建内 外壁的型腔铣操作 参 数参 数 值参 数参 数 值 工件材料45 下切速度 刀具材料合金刀切削速度150 mm min 刀具类型平底铣刀主轴转速800r min 刀具刃数 公 差 刀具直径5切削步距 刀具半径0切削深度 圆角半径 侧壁0 5mm 快进速度 加工 余量底面0 5mm 四川信息技术学院毕业设计说明书 论文 第 16 页 图 4 4 设置切削区域 图 4 5 设置进刀点 图 4 6 设置切削层 四川信息技术学院毕业设计说明书 论文 第 17 页 图 4 7 设置切削参数 其它的系统默认 图 4 7 设置进给率 图 4 8 其他参数为默认值 生成刀路 四川信息技术学院毕业设计说明书 论文 第 18 页 图 4 9 4 3 整体半精加工 4 3 1 创建区域铣削操作对零件进行半精加工 1 编程基本参数确定 表 4 2 编程基本参数表 参 数参 数 值参 数参 数 值 工件材料45 下切速度 刀具材料合金刀切削速度100 mm min 刀具类型球头刀主轴转速1500 r min 刀具刃数 公 差 刀具直径2切削步距 刀具半径1切削深度 圆角半径 侧壁0 2mm 快进速度 加工 余量底面0 2mm 创建上表面的区域铣削操作 四川信息技术学院毕业设计说明书 论文 第 19 页 图 4 10 设置切削区域 图 4 11 设置切削参数 图 4 12 设置进给率 图 4 13 生成刀路 四川信息技术学院毕业设计说明书 论文 第 20 页 图 4 14 4 4 整体精加工 4 4 1 创建区域铣削和面铣操作进行精加工 编程基本参数确定如表 4 3 参 数参 数 值参 数参 数 值 工件材料45 下切速度 刀具材料合金刀切削速度90 mm min 刀具类型球头刀主轴转速1500 r min 刀具刃数 公 差 刀具直径2切削步距 刀具半径1切削深度 圆角半径 侧壁0 快进速度 加工 余量底面0 编程基本参数确定如表 4 4 参 数参 数 值参 数参 数 值 工件材料45 下切速度 刀具材料铂金刀切削速度100 mm min 刀具类型球头刀主轴转速1000 r min 刀具刃数 公 差 刀具直径1切削步距 刀具半径0 5切削深度 圆角半径 侧壁0 快进速度 加工 余量底面0 2 CAM 编程过程 创建上表面的区域铣削操作 四川信息技术学院毕业设计说明书 论文 第 21 页 图 4 15 设置切削区域 图 4 16 设置切削参数 图 4 17 设置进给率 四川信息技术学院毕业设计说明书 论文 第 22 页 图 4 18 其他参数为默认值 生成刀路 图 4 19 创建清根操作 图 4 20 设置切削区域 四川信息技术学院毕业设计说明书 论文 第 23 页 图 4 21 设置进给率 图 4 22 其他参数为默认值 生成刀路 图 4 22 四川信息技术学院毕业设计说明书 论文 第 24 页 第 5 章 仿真加工与产生 NC 程序 5 1 仿真加工 5 1 1 仿真加工的演示步骤 选中程序单击选中 然后选一程序 刀轨 2D 动态 左键单击播放 如图所示 图 5 1 5 1 2 仿真操作 粗加工 双击 图 5 2 半精加工 图 5 3 四川信息技术学院毕业设计说明书 论文 第 25 页 精加工 图 5 4 清根处理 图 5 5 5 2 产生 NC 程序 选中程序 单击后处理 选择 MILL 3 AXIS 确定 四川信息技术学院毕业设计说明书 论文 第 26 页 图 5 6 5 3 输出程序 将程序中的头改为 G40 G17 G80 G90 G49