斜齿轮建模及其数控加工研究

1、XXX大学邮电与信息工程学院毕业设计论文论文题目斜齿轮建模及其数控加工研究学 号学生姓名专业班级指导教师总评成绩年 月 日目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 课题背景及研究意义11.2 国内外的研究状况及其发展方向.21.3 CAD/CAM简介31.4 论文主要研究内容4第二章 参数化设计建模62.1 参数化设计62.2 UG的参数化功能72.3 齿轮的建模72.4 小结11第三章 数控加工仿真123.1 UG CAM概述介绍123.2 数控加工的优点153.3 数控编程的方法153.4 小结16第四章 齿轮数控加工研究174.1 建立毛坯174.2 初始加工步骤184.3

2、 创建加工操作234.4 模拟加工304.5 程序输出314.6 小结35第五章 总结与展望365.1 总结365.2 展望36参考文献37附录39- II -摘 要斜齿轮是一种通用的传动零件，有特殊的设计和加工技术，其加工精度对传动精度、机床稳定性等有重要影响，因此实现斜齿轮的精确建模和数控加工仿真是后续研究的重要保证。数控编程是一种可编程的柔性加工方法，它的普及大大提高了加工效率。但是在加工技术方面，除要求数控机床具有较强的运动控制能力之外，更重要的是如何有效地获得高效优质的数控加工程序，并从加工过程整体上提高生产效率。由于零件复杂性的增加，而且工人技术水平有限，手工编程越来越困难。应用数

3、控编程可大大提高生产率、稳定加工质量、缩短加工周期、增加生产柔性、实现对各种复杂精密零件的自动化加工,易于在工厂或车间实行计算机管理,使车间设备总数减少、节省人力、改善劳动条件,有利于加快产品的开发和更新换代,提高企业对市场的适应能力并提高企业综合经济效益。本文以UG NX 8.5为工具,完成了典型零件的三维造型及仿真加工。内容包括:首先,根据零件的结构特点和技术要求,在对其进行加工工艺分析之后,确定了零件的加工方法。然后,利用UG/CAD模块完成了零件几何体的参数化建模。在此基础上,利用UG/CAM模块进行数控编程,设计了加工路线、刀具轨迹,切削方式等工艺参数,生成了零件的NC程序。关键词：

4、UG；斜齿轮实体建模；数控加工仿真；后置处理AbstractThe helical gear is a common transmission part, has special design and processing technology, its processing precision has a significant effect on the transmission accuracy and the stability of the machine tool, therefore realizing the precise modeling and NC machining

5、simulation are the important guarantee of a follow-up study.CNC machining is a programmable flexible processing methods, its popularity greatly improve the processing efficiency. But in the processing technology, in addition to requirements of CNC machine tools has a strong ability to control moveme

6、nt and, more importantly, how to efficiently obtain high-quality CNC machining process, and from the process as a whole to improve production efficiency. As part of the increased complexity and limited skills of workers, manual programming more difficult.CNC machining applications can greatly improv

7、e productivity, stability, processing quality, shorten the processing cycle, increasing the production of flexible, to achieve a variety of complex precision components for the automation of processing, easy to implement in a factory or workshop computer management, reducing the total number of work

8、shop equipment, saving manpower, improve labor conditions, help speed up product development and upgrading, and improving the ability of the market to adapt and improve their overall economic efficiency.In this paper, UG NX 8.5 as a tool,complete the adjust frame three-dimensional modeling . Include

9、: First, based on the adjusted frame structural features and technical requirements, in its process analysis, to determine the part of the processing methods. Then, using UG / CAD module to complete the part geometry parametric modeling. On this basis, the use of UG / CAM module for NC programming,

10、design the machining line, the tool path, cutting mode and other parameters, to generate a part of the NC program. By checking in a timely manner tool path found between the parts with undercuts and under cut. And through the virtual machining process simulation tools found in advance of the moving

11、parts, jig and tool interference and collision between the determined interference collision occurred and the corresponding position of the NC block, and previous design and NC program to be modified.Keywords：UG;Solid modeling of the helical gear;NC machining simulation;Post-processing第一章 绪论1.1 课题背景

12、及研究意义1.1.1 斜齿轮在现代工业中，斜齿轮在啮合过程中具有传动平稳、振动和噪声较小的特点，在高速、重载传动中被广泛采用。齿轮是传递运动和动力的重要零件，齿轮传动具有传动比恒定、结构紧凑、传动功率大、寿命长及效率高等特点，在机械制造中占有极为重要的位置。斜齿轮传动是应用最为广泛的一种传动方式。随着机械行业的不断发展，各种精密机床不断被研发，对齿轮的成形精度有了越来越高的要求。为了精确模拟齿轮的实际成形过程，就要求对齿轮进行精确的三维建模。为了保证斜齿轮传动的精确性，在齿轮传动设计中，对斜齿轮的精确建模和数控加工仿真显得尤为重要，如何提高和保证齿轮传动的精确性是目前齿轮建模研究领域的重点研究

13、方向。1.1.2 三维建模与数控仿真在现代工业中，齿轮传动是应用最为广泛的一种传动方式。为了保证齿轮传动的精确性，目前，齿轮建模方法有很多，如描点法，参数法，利用插件法等各种方法。1）描点法：构建齿轮参数化模型通用的方法，其建模过程一般为：首先建立齿廓曲线的数学模型，求取曲线上点的坐标，然后根据坐标值描绘出齿廓曲线草图，最后通过各种三维建模软件的三维建模功能建立齿轮的三维模型。它可以推广至各种不同齿廓曲线齿轮的建模，只要建立相应的齿廓曲线的数学模型，利用计算软件求得一系列离散点的坐标值，在三维造型软件中描点绘出齿廓曲线草图后，进行拉伸或者切除等命令即可得到齿轮的三维模型。其建模过程比较繁琐，但

14、只要建立精确的数学模型，多取些型值点就可以获得较高的曲线精度，从而提高三维建模的精度。2）参数法：利用描点法中论述的相应的齿廓曲线算法编写程序，建立一个通用的齿轮模板文件。在进行齿轮建模时只需调用相应的模板文件，通过修改相应参数，自动生成所需的齿轮模型。此种建模方法因模板文件已将描点法中的分析曲线，建立数学模型，计算型值点坐标等过程编写成程序内置，故其界面比较简单。对于常用的标准齿轮建模，只要精度要求不是很高，采用这种方面很方便，用户只需输入参数，就可方便迅速地建立所需的齿轮模型。 3）利用插件法：一种非常便捷的齿轮建模方法。现在的三维建模软件，大多提供了丰富的数据接口，目前市场上有很多发展成

15、熟的第三方插件可供选用，以GearTrax为例，其功能强大且易学易用，用户只需打开其界面，在GearTrax中选定齿轮参数后，点击“绘制”，即可完成齿廓曲线的绘制。然后在各种不同的三维建模软件中通过拉伸、切除特征等一系列操作，即可得到相应齿轮的三维模型。这三种齿轮建模方法都有很强的实用性，用户可根据自身设计需要选择适合自己的齿轮建模方法，以达到最佳的设计结果。我国数控加工中普遍存在着“滞后”的现象，即编程和控制稍有失误，就造成零件几何尺寸的偏差及设备和质量事故，虽然采用空车运转和软材料试切，任然不能避免上述问题，往往导致产品质量保障滞后和市场响应滞后。为了适应21世纪制造业激烈竞争的市场，必须

16、改变这一现状，实现现代企业生产的网络化、规模化、开放化、敏捷化，使其具有柔性和快速响应市场的能力。作为参数化造型功能非常强大的UG软件，以其拥有自动生成数控代码和代码校验的独特优势，广泛地应用于手机外壳、汽车造型以及飞机复杂曲面形状等方面的设计和加工中，并取得了相当满意的结果和可观的效益。1.2 国内外的研究状况及其发展方向.1.2.1 国内三维建模与运动仿真数控机床是按照记录在载体上的信息指令自动进行加工的，当加工对象改变时只需要重新编制数控加工程序，而无需对机床结构进行调整，也不需要制造凸轮、靠模一类的辅助机械装置。这样，便可以快速地从一种零件的加工变到另一种零件的加工，使生产准备周期大为

17、缩短。数控加工是一种现代化的加工手段，数控加工技术也成为一个国家制造业发展的标志，利用数控加工技术可以完成很多以前不能完成的曲面零件的加工，而且加工的准确性和精度都可以得到很好的保证,数控加工是机械加工的一种，是新型加工技术，主要工作是编制加工程序，即将原来手工活转为电脑编程。总体上说，和传统的机械加工手段相比数控加工技术具有以下优点：1)加工效率高利用数字化的控制手段可以加工复杂的曲面。而加工过程是由计算机控制，所以零件的互换性强，加工的速度快。加工精度高同传统的加工设备相比，数控系统优化了传动装置,提高分辨率,减少为误差，因此加工的效率可以得到很大的提高。有利于加工复杂形状的零件数控机床能

18、同时控制多个坐标联动，可以加工其他机床难以加工甚至不可能加工的复杂零件，如曲线的二维复杂轮廓零件、含曲面的三维实体零件。4）劳动强度低由于采用了自动控制方式，也就是说加工的全部过程是由数控系统完成，传统加工手段那样烦琐，操作者在数控机床工作时，只需要监视设备的运行状态。所以劳动强度很低。5）适应能力强数控加工系统可以通过调整部分参数达到修改或改变其运作方式，因此加工的范围可以得到很大的扩展。而本文所要研究的内容就是在UG软件平台上，进行回转体带腔体类零件的加工模拟仿真，提高回转体带腔体类零件的加工效率。通过计算机模拟五坐标机床实际加工过程，达到对数控加工程序验证、切削过程优化和加工结果预测的目

19、的。1.2.2国外研究与发展世界上一些工业发达国家，如日本、德国、英国、美国和俄罗斯等，对行星齿轮传动的应用，生产和研究都十分重视，在结构优化、传动性能，传动功率、转矩和速度等方面均处于领先地位，并出现一些新型的行星传动技术，如封闭行星齿轮传动、行星齿轮变速传动和微型行星齿轮传动等早已在现代化的机械传动设备中获得了成功的应用。采用数字控制技术进行机械加工的思想，最早在20世纪40年代提出的，当时美国的一个小型飞机工业承包商帕森公司在麻省理工学院伺服机构试验室的协助下，经过三年时间的研究，于1952年试制成功世界第一台数控机床试验性样机。这是一台采用脉冲乘法器原理的直线插补三坐标连续控制铣床，这

20、便是数控机床的第一代。在早先的数控机床都采用专用控制计算机的硬逻辑数控系统，装有这类数控系统的机床为普通数控机床（简称NC机床）。随着计算机技术的发展，小型计算机的价格急剧下降。小型计算机开始取代专用数控计算机，数控的许多功能由软件程序实现。这样的数控系统称为计算机数控系统（简称CNC）。近20年来，微处理机数控系统的数控机床得到了飞速发展和广泛应用。1.3 CAD/CAM简介1.3.1 计算机辅助设计指工程技术人员以计算机为辅助工具来完成产品设计过程中的各项工作，如草图绘制、零件设计、装配设计、工程分析等，并达到提高产品设计质量、缩短产品开发周期、降低产品成本的目的。1.3.2 计算机辅助工

21、艺过程设计指在工艺人员借助于计算机，根据产品设计阶段给出的信息和产品制造工艺要求，交互地或自动地确定产品加工方法和方案，如加工方法选择、工艺路线确定、工序设计等。1.3.3 计算机辅助制造计算机辅助制造有广义和狭义两种定义。广义CAM是指借助计算机来完成从生产准备到产品制造出来的过程中的各项活动，包括工艺过程设计（CAPP)、工装设计、计算机辅助数控加工编程、生产作业计划、制造过程控制、质量检测与分析等。狭义CAM通常是指NC程序编制，包括刀具路径规划、刀位文件生成、刀具轨迹仿真及NC代码生成等。图1.1 CAD/CAM系统工作过程随着计算机的高速发展数控加工仿真技术得到了广泛应用，数控技术是

22、应用计算机自动控制、自动检验及精密机器等高科技术的产物。数控加工仿真是利用计算机技术模拟实际的机床加工过程，它验证数控加工程序的可靠性和预测切削过程的作用，减少工件的试切，提高工作效率。典型零件的数控加工研究非常普遍，但是在实际的加工中，却存在很多问题。因此，还有很大的探索空间。鉴于此，选择本课题主要是根据在数控加工中，典型零件数控编程及加工仿真进行研究。使我们对加工典型零件采用更加形象、经济、科学、安全的加工方法进行加工，在此基础上使自己的理论水平和实际操作水平得到进一步的巩固和完善。本次毕业设计主要是通过AUTO CAD软件绘制零件图，并用UG软件对零件进行三维实体建模，然后对零件进行工艺

23、分析，在确定了加工工艺之后，用UG软件对零件进行数控仿真加工和计算机自动编程。1.4 论文主要研究内容UG因其强大的三维造型功能已成为当前比较流行的三维CAD/CAE/CAM软件中的主流产品，而且其特有的功能模块可对零件进行仿真加工,并经过相应的后处理器自动生成所需的数控加工程序,解决了复杂零件的数控加工编程问题。为了做到更精确的建模、数控加工仿真，本课题以UG8.5软件为三维造型和设计平台，对斜齿圆柱齿轮首先进行三维造型设计，然后对其进行数控加工仿真，最终经后置处理后可得到驱动数控机床运动的加工代码。本文的主要研究内容如下：1）了解CAD/CAE/CAM技术的发展现状及常用的三维造型软件；2

24、）掌握UG三维造型方法，能够使用其相应的功能模块；3）利用UG软件进行斜齿圆柱齿轮的三维造型设计；4）利用UG软件进行斜齿圆柱齿轮的数控加工仿真；5）利用UG的NC模块对刀位文件进行后置处理，得到数控加工代码。第二章 参数化设计建模2.1 参数化设计2.1.1 参数化设计的概念参数化设计模型是以约束来表达产品模型的形状特征，以一组参数来控制设计结果，从而能通过变换一组参数值方便地创建一系列形状相似的零件。参数化设计的基本手段有程序驱动与尺寸驱动。程序驱动法是通过分析图形几何模型的特点，确定模型的主参数以及各尺寸间的数学关系，将这种关系输入程序中，进而在零件设计时只要输入几个参始值就可生成所要求

25、的模型。尺寸驱动是对程序驱动的扩展，它的基本思想是由应用程序生成所涉及的基图，该图的尺寸有一系列的标识，这些尺寸由用户在编程时输入或交互式输入，从而生成用户的模型。传统的CAD绘图技术都用固定的尺寸值定义几何元素，输入的每一条线都有确定的位置，要想修改图面内容，只有删除原有的线条后重画。而新产品的开发设计需要多次反复修改，进行零件形状和尺寸的综合协调和优化。对于定型产品的设计，需要形成系列化，以便针对用户的生产特点提供不同功率、规格的产品型号，参数化设计可使产品的设计随着某些结构尺寸修改和使用环境的变化而自动修改图形参数化的实现大致如下:利用草图技术生成二维轮廓(Profile)，这个轮廓的准

26、确位置和尺寸都不必在草图输入时给出，可以在以后的参数设计过程中得到。再利用系统的拉伸和旋转等手段来生成三维特征。有了这个基础，再加上一个记录造型过程的CSG树，就可以完成模型的参数设计。需要强调的是这里的参数并不是最后模型的设计参数，而是完成造型过程的造型参数。2.1.2 参数化设计的优点参数化设计技术以其强有力的尺寸驱动，修改图形功能，为初始产品设计、产品建模、修改系列产品设计提供了有效的手段，能够充分满足设计具有相同或相近几何拓扑结构的工程系列产品及相关工艺装备的需要。参数化技术以约束为核心，是一种比约束自由造型技术更新颖、更好的造型技术。该技术将复杂的设计过程分解为三个子过程，即草图设计

27、、对草图施加约束以及约束求解。参数化技术具有以下三方面的优点:(1)设计人员的初始设计要求低。无须精确绘图，只须勾绘草图即可，然后可通过适当的约束得到所需精确图形。(2)便于系列化设计。一次设计成型后，可通过尺寸的修改得到同种规格零件的不同尺寸系列。(3)便于编辑、修改，能满足反复设计需要。当在设计中发现有不适当的部分时，设计者可通过修改约束而方便地得到新的设计。这些优点使得参数化技术非常适合于对整个设计过程的支持。因为设计的目的是为了满足一定的功能需求，而这些功能需求往往可以转化为适当的设计约束。设计者通过对一设计约束的控制可以方便灵活地实现产品的功能。2.2 UG的参数化功能2.2.1 参

28、数化建模在明确了设计意图后，我们要确定一种建模的方法。根据设计意图创建一个存在若干自由变量的、可以通过数值驱动的模型的过程就是参数化建模。参数化建模创建的模型可以作为一系列几何拓扑关系相同的零件的模板，因此必须具备该系列零件的自由变化参数，这些参数的值可以在设计要求的范围内进行调节而怒会出现错误信息。2.2.2 参数化设计过程参数化设计是机械零件设计的一个重要部分，参数化设计的零部件对于系列化产品尤其重要。广义上讲，参数化设化过程是指从功能分析到创建参数化模型的整个过程。首先根据零部件的功能，以及零部件与其他零件之间的关系，确定零部件是否可能进行参数化设计。有些零部件是专有零件，有的甚至是单件

29、生产，像这样的零件不必进行参数化设计。如果零部件需要量大，并且需要系列化生产，这样的零件应该考虑进行参数化设计。确定了参数化设计的方法后，要根据零部件间的几何和位置关系确定待设计零件的自由变化的参数并确定参数之间的关系。最后根据上述分析进行零件的详细设计，在设计过程中如果遇到问题，还可能对自由变化参数进行修改。2.2.3 参数化设计步骤UG除了提供方便而强大的参数化建模方法以外，还提供了可以提取特征参数的数据表格，通过数据表格可以生成零件库，进行参数化设计的基本步骤如下根据图纸和自由变化参数表确定建模方法。创建参数化模型。设置参数之间的关系，也可以在创建模型时设置。提取自由变化参数。创建零件库

30、，输入零件系列数据，创建零件模型。调入生成的模型，检查模型创建是否有误。2.3 齿轮的建模单机菜单栏中的文件“新建”命令，或单击“标准”工具栏中的“新建”按钮，弹出“新建”对话框，在“模板”列表框中选择“模型”选项，在名称文本框中输入“chilun”，单击“确定”按钮，进去UG主界面。图2.1新建齿轮准备齿轮建模工具栏上单击“圆柱齿轮建模，或选择圆柱齿轮 从菜单建模，显示渐开 线圆柱齿轮建模对话框。 图2.2选择齿轮类型渐开线圆柱齿轮建模对话框，选择“创建齿轮作为齿轮建模操作的类型，然后选择“确定”，显示渐开线圆柱齿轮类型“对话框。图2.3齿数创建在渐开线圆柱齿轮类型对话框中选择：斜齿轮、外啮

31、合齿、滚齿加工，然后单击“确定”，显示渐开线圆柱齿轮参数对话框。图2.4齿数类型选择变位齿轮标签。图2.5齿轮的基本参数输入的向量参数图2.6齿轮参数选择输入的基本点数图2.7齿轮基本点数的创建确定后将自动生成图2.8齿轮建模的初步形成然后进行打孔，拉伸移除。图2.9改良后的齿轮2.4小结本章主要利用UG8.5的参数话建模功能对斜齿轮进行参数化建模，开始是初步建模，接着进行修饰钻孔等细节进行改良。第三章 数控加工仿真3.1 UG CAM概述介绍3.1.1 UG CAM简介UG功能十分强大，它所包含的模块也很多，涉及到工业设计与制造的各个层面。UG软件在现代制造业中的流程为：三维造型（CAD）虚

32、拟装配（Assembly）分析（CAE）工程图（Drafting）加工（CAM）。UG CAM即加工制造模块，是UG的重要模块之一，具有举足轻重的地位。其主要功能是承担交互式图形数控编程的任务，即针对已有的CAD三维模型所包含的产品表面几何信息，进行数控加工刀位轨迹的自动计算，完成产品的加工制造，从而实现产品设计者的设计构想。UG CAM可以分为以下几个子模块：1）基础模块（CAM Base）。2）后处理模块（Post Processing）。3）车加工模块（Lathe）。4）铣削加工模块（Mill）。5）制造资源管理系统（Genius）。6）机床仿真（Unisim）。7）线切割（Wire E

33、DM）。8）Nurbs（B样条）轨迹生成器。3.1.2 UG CAM和UG CAD之间的关系UG CAM与UG CAD紧密地集成，所以UG CAM可以直接利用UG CAD创建的模型进行编程加工。而把CAD中创建的几何模型称之为主模型。UG CAM生成的CAM数据与模型有关，若模型被修改，CAM数据可以自动更新，以适应模型的变化，免除了重新编程的繁琐工作，大大提高了工作效率。UG CAM不仅可以直接利用产品主模型编程，更重要的是可以利用装配模型编程。首先，在产品主模型建立后，可以实现UG的并行工作方式，使编程工作与工程图、有限元分析、优化设计等工作由不同的专业人员分别同时进行，互不干扰，其优势是

34、及其显著的。其次，利用装配模型编程还可以将夹具考虑进去，避免刀具与夹具之间的干涉；同时可以将几个装配在一起的组件一起加工。UG CAM数据与模型一起直接保存在部件文件中，随时可以修改CAM数据或根据主模型的变化随时地更新CAM数据，实现协同工作功能。3.1.3 UG CAM的一般操作步骤UG CAM中自动车削编程、铣削自动编程和线切割自动编程的具体操作有所区别，但从零件设计图开始，到最终加工程序的产生，可以用以下的框图描述，如图1-1所示。零件方案图、概念图利用UG Modeling建立主模型工艺路线、走刀路线分析机床、刀具、工艺参数确定UG CAM环境初始化创建刀具创建几何组创建加工方法创建

35、程序组组组创建具体工序操作，输入工艺操作参数自动产生刀具加工轨迹刀轨检查、切削动态模拟仿真后置处理生成NC程序由通讯口输入数控机床生成车间工艺文件图3.1 UG CAM自动编程的流程图数控程编研究的内容主要有六部分工作组成：1)数控加工工艺分析及规划(1)加工对象的确定：通过对模型的分析，确定工件的哪些部位需要在数控机床或在数控加工中心加工。数控铣削加工的工艺适用性也是有一定限制的，对于尖角、细小的筋条部位是不适合数控铣削加工的，应使用线切割或者电火花加工。而某些部位使用普通机床有更好的经济效益（如飞机起落架的耳片部位）。(2)加工区域的规划：即对加工对象进行分析，按其形状特征、功能特征及精度

36、、光洁度要求将加工对象分成若干个加工区域。对加工区域的合理规划，可以达到提高加工效率和加工质量的目的。(3)加工工艺路线的规划：从粗加工到半精加工、精加工、再到清根加工的加工流程规划（其中包括加工余量的分配及残留余量的在现加工）。目的是提高加工效率、控制加工表面质量，防止加工变形。2）完善零件加工模型：由于CAD造型人员更多地考虑零件设计的完整性，较少地考虑地零件模型对CAM加工的影响，因此，要根据加工对象的确定及加工区域划分对模型进行一些完善。其内容如下：(1)定义加工坐标系：加工坐标系是加工的基准，将坐标系定位在适合机床操作人员确定的位置（即找正方便的位置）。同时，最好保持模型坐标系与加工

37、坐的统一。(2) 清理隐藏对加工不产生影响的体素。(3) 修补部分曲面:如钻孔的曲面，狭小的凹槽部等，必要时重新构造三维曲面（重新构造U、V参数线）。以便有利参数线曲面的刀位轨迹生成。(4) 几何分析模块：其作用是分析零件的图形文件，得到图形的一些特征参数，并将这些参数传递给需要它的加工子程序，用以协助加工的自动完成。(5) 增加虚面、约束面、检查面、导引面等，提高加工质量防止刀具过切。(6) 构造刀路边界、裁剪边界、检查边界、构造毛坯模型，防止刀具与夹具干涉、计算加工的工时。3）加工参数的优化：加工参数的设置可视为利用UG软件进行数控编程的主要内容，它直接影响生成数控程序的质量，它是根据所输

38、入的零件工艺过程设计的工艺文件，对各工序设定切削用量，刀具补偿，加工坐标原点（刀具起点）等，其所需原始数据均取至工艺文件，按实际所选数控机床的情况进行设置。其主要内容如下：(1) 创建程序组、 创建刀具组、创建几何组（指定零件、毛坯、卡具、压板等检查体）、创建方法组（设置部件余量、部件的内外公差等)(2) 选择编程方法（指UG软件中的加工类型）。(3) 设置切削方式及参数：即刀具轨迹的类型及相关参数（如：进退刀方式、切削用量、刀路的行间距、切深。、安全高度等）。(4) 设置机械参数包括主轴转速、切削进给量、冷却液的控制等。4) 刀位轨迹生成： 其作用是设计刀具的运动轨迹，产生历史文件和刀位文件

39、。根据加工工艺调用相应加工程序，自动产生加工的详细描述，这些描述及零件的图形被纪录为历史文件（类似数控APT语言的描述），同时也产生了刀位文件（二进制或ASCII格式）。加工子程序是各种加工方法的处理程序，它是对各种加工方法的具体描述，所提供的加工方法越多，软件应用的范围越广。5) 刀位轨迹验证为了保证数控程序的安全性，必须对生成的刀位轨迹进行检查效验，检查刀轨是否过切或者加工不到位，同时检查是否发生与工件及夹具干涉。对检查中发现的问题，应该进行参数调整，再进行重新计算、效验，直到 准确无误（可通过可视化仿真软件VERICUT 来实现）。6) 生成数控代码指令（后置处理）：UG软件生成的只是数

40、控刀位源文件，还需要将刀位源文件转换成数控机床代码指令。3.2 数控加工的优点(1)数控加工精度高，质量稳定。尺寸精度一般在0.0010.01mm之间，甚至更高，不受工件形状复杂程度的影响。加工中排除了操作者的主观误差，提高了同批零件加工的一致性，使产品质量保持稳定。(2)生产效率高。省去了常规加工过程中的划线、工序切换时的多次装夹定位、检测等工序。在数控设备上的刀库里把需要用到的刀具都装上，加工工件时可以自动换刀，不需要中断加工过程，提高了加工的连续性。一次装夹就可以完成多个部位的加工，甚至完成工件的全部加工内容。(3)自动化程度高，易于实现计算机控制。除了装夹工件毛坯还需手z：Jb，全部加

41、工过程都在数控程序的控制下，由数控机床自动完成，不需要人工干预。(4)便于建立网络化系统。例如，建立直接数控系统(DNC)，把编程、加工、生产管理三者连成一体，建立自动化车间，走向集成化制造。3.3 数控编程的方法数控编程的分类方法有多种，大致可归纳为：1)根据编程地点进行分类：办公室或车间。2)根据编程计算机进行分类：CNC内部计算机，个人计算机（PC）或工作站（workstation）等。3)根据编程软件进行分类：CNC内部编程软件，APT语言或图形交互式自动编程软件。下面探讨手工编程、APT语言自动编程和图形交互式自动编程：1.手工编程是指编制零件数控加工程序的各个步骤，即从零件图样分析

42、、工艺处理、确定加工路线和工艺参数、几何计算、编写零件的数控加工程序清单直至程序的检验，均由人工来完成。对于点位加工和几何形状不复杂的零件，数控编程计算较简单，程序段不多，手工编程即可实现。但对轮廓形状不是由简单的直线、圆弧组成的复杂零件，计算机编写程序则相当繁琐，工作量大，容易出错，且很难校对，采用手工编程是难以完成的。因此，为了缩短生成周期，提高数控机床的利用率，有效的解决各种模具及复杂零件的加工问题，采用手工编程不能满足要求，而必须采用自动程编方法。2.APT语言自动编程APT是一种自动编程工具（Automatically Programmed Tool）的简称，是一种对工件、刀具的几何

43、形状及刀具相对于工件的运动等进行定义时所用的一种接近于英语的符号语言。把用APT语言书写的零件加工程序输入计算机，经过计算机的APT语言编程系统编译产生刀位文件（CL DATA file），然后进行数控后置处理，生成数控系统能接受的零件数控加工程序的过程，称为APT语言自动编程。采用APT语言自动编程，由于计算机（或编程机）自动编程代替程序编制人员完成了繁琐的数值计算工作，并省去了编写程序单的工作量，因而可将编程效率提高数倍到数十倍，同时解决了手工编程中无法解决的许多复杂零件的编程难题。3. 图形交互式自动编程是以待加工零件CAD模型为基础的一种集成加工工艺规划及数控程编为一体地自动编程方法。

44、其中零件CAD模型的描述方法多种多样，适用于数控编程的主要有线框模型、表面模型和实体模型，其中以表面模型和实体模型在数控编程中应用较为广泛。3.4小结本章主要介绍拉萨UG数控加工的优缺点以及数控加工编程的基本方法。同时对UG和CAD等图形的转换功能，是我能更好的了解和初步掌握UG8.5的使用。第四章 齿轮数控加工研究4.1 建立毛坯选择“拉伸”“绘制截面”，通过三点画图绘制截面图4.1毛坯拉伸操作图4.2拉伸参数设置图4.3毛培透明度4.2 初始加工步骤4.2.1 初始化加工环境1）选择“起始”“加工”命令，进入UGCAM环境。由于该工件主模型是第一次进入加工环境，系统将打开“加工环境”对话框

45、。2）在“加工环境”对话框中，在“CAM会话配置”列表框中选择通用加工配制文件（cam_general），在“CAM设置”列表框中再选择“mill_contour(固定轴轮廓铣)”，单击“初始化”，即可完成初始化工作。如图： 图4-4 加工环境对话框4.2.2 创建程序节点创建程序节点的步骤如下：1）在工具条快捷图标中，单击“创建程序”图标。2）在该“创建程序”对话框中，默认“父本组”的下拉列表框的，默认程序名称为“PROGRAM_01”，单击“确定”按钮，即完成本工件加工程序节点的创建如图。图4.5 创建程序对话框4.2.3 创建刀具节点创建刀具节点的步骤如下：1）在工具条快捷图标中，单击“

46、创建刀具”图标。2）打开“创建刀具”对话框中，在“子类型”区域中选择“mill”图标，在“位置下在位置下拉列表框中默认选择“mill_multi-axis”，在“名称”文本框中输入创建的第一把刀具命名为“D4”，单击“应用”按钮。在出现的“铣刀参数”对话框内，输入直径为4mm平底立铣刀的相关尺寸参数、刀具补偿号、刀具号等，单击“确定”退出，创建了第一把刀具。如图。图4.6 创建刀具对话框 图4.7铣刀参数设置还可以在“创建刀具”对话框中，单击“RetrieveTool”图标，在出现的“库类选择”对话框中，依次从现有的刀具库中选择符合加工要求的刀具。如果在刀具库中选择不到相应的刀具规格，可以在刀

47、具库中添加自己。4.2.4 创建加工几何创建加工几何体的操作有两种途径，一是从单击工具条快捷图标“创建几何体”进入相应的操作；二是从导航器窗口进入，一般后一种的操作相对方便。建立加工坐标系在操作导航器窗口中，单击“几何视图”，在下面窗口找到“MCS_MILL”图标并双击，在出现的“MILL_ORINET”对话框下，单击“MCS”选项下的“原点”图标，进入“点构造器”对话框，由于工作坐标系已调整到毛坯顶盖的中间位置，检查XC、YX、ZC的坐标值均为0即可，单击“确定”，返回到“MILL_ORINET”对话框，在视图窗口可以发现动态加工坐标系和工作坐标系重合了，再次单击“确定”，保证加工坐标系原点

48、在毛坯顶盖的中间位置上，和工件安装在工作台上的对刀点一致。4.2.5 创建加工方法可以默认其中粗加工、半精加工和精加工的有关设置。选择工序导航器，复制文件夹图4.8工序导航器分别重命名为“CU”，“BJ”，“JING”。图4.9加工工艺过程4.3 创建加工操作4.3.1 创建粗加工操作由于工件加工余量大，第一步是选用一种型腔加工类型，第二步是根据本工件型面的机会特点，可以选用型腔铣中的子类型型腔铣作为加工模板较为合适。创建操作步骤如下：点击工具条快捷图标“创建工序”，出现“创建工序”对话框，类型选择“mill_contour”，在“子类型”中选择“型腔铣”图标，各个选项的设置如下：1）程序。选

49、择前面创建好的程序节点名称，即“CU”。2）几何体。选择前面创建好的几何体节点，即“NONE”。3）刀具。选择前面创建的粗加工立铣刀，即“D4”。4）方法。选择本次加工为粗加工方法，即“MILL_ROUGH”。5）名称。选用系统自动创建的操作名称，即“CAVITY_MILL”。图所示为创建操作的选项全部设置完毕，单击“应用”，即可进入操作图4-10创建跟随型型芯型腔铣操作1） 部件。选择斜齿轮2） 毛坯。选择之前的毛坯3） 切削区域。选择齿面图4.11切削区域图4） 最大距离。设为0.55） 切削参数。选为“深度优先”，部件侧面余量0.2，开放刀路为变换切削方向6） 非切削移动。选为“圆柱”，

50、半径“130”图4.12非切削移动设置完后如下图图4.13型腔铣洗点击计算，生成粗加工轨迹。图4.14齿轮加工刀路图将粗加工方位进行变换图4.15粗加工方位变换类型。绕直线旋转角度。12结果。复制29个图4.16变换图4.17齿轮变换后的模型4.3.2 创建半精加工操作选用本次曲面轮廓铣操作作为半精加工，是为后面的精加工曲面轮廓铣作准备，显然选取的加工方法为半精加工，具体步骤如下：点击工具条快捷图标“创建工序”，出现“创建工序”对话框，类型选择“mill_contour”，在“子类型”中选择“FIXED_CONTOUR”图标，各个选项按下面设置：1）程序。选择前面创建好的程序节点名称，即“BJ

51、”。2）几何体。选择前面创建好的几何体节点，即“NONE”。3）刀具。选择前面创建的粗加工立铣刀，即“D4”。4）方法。选择本次加工为粗加工方法，即“MILL_ROUGH”。5）名称。选用系统自动创建的操作名称，即“CAVITY_MILL”。图4-6所示为创建半精加工操作的选项全部设置完毕，单击“应用”，即可进入“可变轮廓铣”操作对话框。图4.18半精加工接下来设设置大致与上相同，完成后刀路如下图4.19走刀图将半精加工方位进行变换图4.20半精加工变换走刀图4.3.3 创建精加工操作大致与上述加工操作相同，将余量改为0即可。图4.21加工后完整走刀图4.4 模拟加工选择“CU”“BJ”“JI

52、NG”图4.22齿轮工艺模拟点击确认刀轨 ，弹出刀轨可视化选项卡图4.23刀路仿真模拟动画点击播放即可播放加工动画。4.5 程序输出4.5.1 后处理利用后置处理功能，根据加工的实际需要，既可以对整个加工过程中某个操作的刀轨转化成NC程序，也可以对所有操作的刀轨转化成NC程序。本工件后置处理操作是用制作好的后置处理文件来转化刀轨为数控NC程序。1）在操作导航器窗口，选择前面成功生成刀轨的所有操作，在工具条中单击“后处理”图标，出现“后处理”对话框，如图示，在“可用机床”的列表中选择前面制作好的后处理文件“WIRE_EDM_4_AXIS”。图4.24对本工件的操作进行后置处理2）输出文件名可以允

53、许默认的路径名，也可以通过“浏览”设定NC程序安放路径。3）在单位中选择“公制/部件”选项，“列出输出”不必激活。4）单击“应用”，稍等，即出现如图5-2所示的带“.ptp”后缀名的NC程序。图4.25本工件生成的部分NC程序4.5.2 程序检查和添加注释信息对于生成的NC程序进行检查时，一般主要两个方面。1）对于数控机床中数控系统特殊的编程格式，可以利用记事本进行添加、删减和调整等操作。2）一般需要对程序名称、关键程序段、使用的刀具补充做好相应的信息说明，根据规定和编程习惯而定，没有统一的格式，目的是确保程序的正确性，增加可读性。4.5.3 输出NC程序和车间工艺文件车间工艺文件时一种包含了

54、加工工艺信息文件，在成功生成刀轨后，就可以输出当前显示零件的车间工艺文件，其中包含工件几何、工件材料、刀具选用、加工类型、加工顺序和切削参数等。输出的车间工艺文件一般提供给生产现场的设备操作人员，而避免了手工撰写工艺文件，有利于规范管理。本工件生成车间工艺文件的步骤如下：1）选中所有操作的刀轨，单击加工环境主界面工具条上的“车间文档”图标，打开如图示的“车间文档”对话框。2）在对话框的“报告格式”列表中，选择“Operation List(TEXT)”可用模板，作为专用输出操作报告、刀具报告、加工方法报告等。图4.26生成车间文档输出文件名中通过“浏览”设置放置车间工艺文件的路径，设置完成后即

55、可单击“应用”，可用在窗口发现所有操作的刀轨又重新运行一遍，稍等片刻，输出了指定格式的车间工艺文件。图4.27详细车间文档内容4） 保存生成的文件4.6小结本章主要是对已经建好的毛培齿轮进行加工，粗精加工。本章还要注意要设置好刀具，利用建立好的刀具对齿轮进行走刀，加工出一个完整的齿轮。最后对已经加工好的齿轮出程序。第五章 总结与展望5.1总结毕业设计是大学本科四年学习的最后任务。在整个毕业设计过程中我学到了很多知识。首先是自己的知识不够全面，要把毕业设计做好就必须懂得多查阅资料多向老师同学们请教，他们给我的建议给了我很大的帮助。其次毕业设计培养了我发现问题以及解决问题的能力，克服眼高手低的毛病

56、。就像在毕业设计过程中，刚开始自己觉得问题很简单，但是通过自己耐心的去做才发现其中的问题和难点。只有慢慢的深入研究和探索才能得到解决。最后毕业设计也使我感受到了同学间互帮互助那种深厚的感情。毕业设计不仅仅是对大学所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程。在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起讨论，听听不同的看法有利于我们更好的理解知识，掌握知识，所以在这里非常感谢帮助过我的同学朋友。在此要特别感谢我的指导老师何毅斌导师对我悉心的指导，感谢老师您给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的益处。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的