基于UG进行肥皂造型的仿真铣削设计(20210113014623)

1、1引言 21世纪是一个充满竞争与机遇的时代，企业的技术创新能力和对市场的快速反映 能力成为其赖以生存的重要因素。提高市场的快速反应能力，必须采用先进制造模式 来实现产品设计和制造过程的数字化、智能化、网络化。已经涌现出新的制造理念和 制造模式，如产品的全生命周期管理、并行工程、虚拟企业、敏捷制造等技术和方法 为企业的快速发展注入了新的活力，而这些先进制造模式的应用需要功能强大的集成 化软件平台的支持。 CAD/CAM计算机辅助设计及制造）与PDM产品数据管理）构成了一个现代制造型 企业计算机应用的主干。对于制造行业，设计，制造水平和产品的质量，成本及生产 周期息息相关。人工设计，单件生产这种传

2、统的设计与制造方式已无法适应工业发展 的要求。采用CAD/CAI的技术已成为整个制造行业当前和将来技术发展的重点。 同时，随着现代数控技术的发展，数控机床的更新，机械零件的日益复杂，特别 是多轴数控机床的出现，传统的手工编程已经不能够满足现代数控加工的需要，因此, 为了更好的完成数控加工任务，就必须使用数控编程软件。 Unigraphics（简称 UG）是美国 Solutions of EDS 公司推出的 CAD/CAM/CA一体 化软件，它拥有无缝集成的产品开发环境，不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚 拟装配和生成工程图等设计功能，而且在设计过程中可以进行有限元分析、机构运动 分析、动力学

3、分析和仿真模拟，提高设计的可靠性。通过通用的后置处理器，可驱动 任何数控机床，将零件加工出来。它的功能覆盖了整个产品的开发过程，即覆盖了从 概念设计、功能工程、工程分析、加工制造到产品发布的全过程，广泛应用在航空、 汽车、机械、电器电子等工业领域。 VERICUT作为制造业的软件解决方案,为数控加工提供了虚拟仿真平台,对于 提升数控加工水平具有重要作用。在VERICU平台上进行数控加工工艺研究,并把研 究成果应用于生产实践中，极大地提高了对高精度复杂零件的加工能力和效率 ，随 着研究的深入，该虚拟制造技术将应用于更广泛的领域。 该课题用UG NX2.0进行肥皂造型并用 VERICUT进行仿真，

4、以达到掌握UG VERICU T的目的。 2 UG软件介绍及CAD/CAM介绍 CAD/CAE/CA是由所有制造公司实际使用的技术。用各种可提供的、易接近的软 件解决方案，公司不再依赖传统的 CAD/CAE/CAI工具去获得和保持一竞争优势。为了 达到竞争边缘，制造商必须把注意放在超过孤立的任务，个别的效率和点的解决方案 之外。去关注更广泛的产品生命周期生产率的问题。公司必须采用领先边缘的工具和 技术，提高运用他们独特的过程、实践和知识。 Unigraphics NX针对用户的虚拟产品设计和工艺设计的需求，提供了经过实践验 证的解决方案。Uni graphics NX为设计师和工程师提供了一个

5、产品开发的崭新模式， 它不仅 对几何 的操纵，更重要的 是团队将 能够根据 工程需求进 行产品开发。 Uni graphics NX能够有效地捕捉、利用和共享数字化工程完整过程中的知识，事实证 明为企业带来了战略性的收益。 来自UGS PLM的NX使企业能够通过新一代数字化产品开发系统实现向产品全 生命周期管理转型的目标。NX包含了企业中应用最广泛的集成应用套件，用于产品 设计、工程和制造全范围的开发过程。 如今制造业所面临的挑战是，通过产品开发的技术创新，在持续的成本缩减以及 收入和利润的逐渐增加的要求之间取得平衡。为了真正地支持革新，必须评审更多的 可选设计方案，而且在开发过程中必须根据以

6、往经验中所获得的知识更早地做出关键 性的决策。 NX是UGSPLM新一代数字化产品开发系统，它可以通过过程变更来驱动产品革 新。NX独特之处是其知识管理基础，它使得工程专业人员能够推动革新以创造出更 大的利润。NX可以管理生产和系统性能知识，根据已知准则来确认每一设计决策。 NX允许制造商以数字化的方式仿真、确认和优化产品及其开发过程。通过在开 发周期中较早地运用数字化仿真性能，制造商可以改善产品质量，同时减少或消除对 于物理样机的昂贵耗时的设计、构建，以及对变更周期的依赖。集成从概念设计到制 造工程的完全的工程生命周期。 从初始的概念设计、到产品设计、仿真和制造工程，Uni graphics

7、 NX提供一基于 帮助你满足你的商业目标的先进技术的综合产品开发解决方案。 2.1 CAD/CAM 介绍 针对企业从设计到制造整个过程中的 CAD/CAM件解决方案，一般都具备以下技 术特点: 1. 产品开发的集成 一个完全集成的CAD/CA软件，能辅助工程师从概念设计到功能工程分析到制造 的整个产品开发过程，如下图 t p IMH M制圏 1 山场需求 片算机辅助制图 计界机辅助EFht ah 计算札静助址计 的仔析脚本 汁炸机辅助乂造 数控代附 CAD CAM工作流程 二=.惟:积圉 2. 相关性 通过应用主模型方法，使从设计到制造所有应用相关联，如下图。 主模型方法 3. 并行协作 通过

8、使用主模型，产品数据管理 PDM产品可视化（PV）以及运用In ternet技术, 支持扩展企业范围的并行协作，如下图 旱期 反馈 并行协作 2.3 UG的肥皂造型 本课题要求进行肥皂造型铣削，首先利用 UG的CAD模块建立肥皂造型，具体过 程如下： 1. 打开 ug，开始-程序一uni graphics n x2.0- uni graphics nx 2. 新建一个文件，命名为feizao,单位为公制。 3. 在ug主环境中进入 model模块，点击菜单栏 application-modeling. 4.建一方料作为放置面点击 如图 2.1所示 图2.1 草图放置面 5.点击1丫卜选方料表面

9、再点击 ，在圆点（0, 0） 上画一条平行于X轴直线长 度自定，同时在圆点（0, 0） 上画一条平行于y轴直线，长度自定然后，点击岀， 选择这两条直线，点击确定。在此环境中画一个如图2.2所示的形状的肥皂外形图 点击匡退出草绘模式。 图2.2肥皂外型图 6.点击 insert-form feature-datum plane ,选择方料的上表面, 在 i心 中 输入12。点击分完成 7. 点击insert-curve-operation-project。弹出如图所示的一个对话框， 选择刚 才建立的边框线，在选择如图箭头所示的平面将-心时陀岀M设置为sqf如方向为z 轴正向。点击确定完成投影，如

10、图 2.3。 8. 点击insert- curve operation-offset依次选择如图所示的四段曲线，在弹 出的对话框中将方向改为向内，兀怕代输入7, iwts沁改为曹叫，单击确定，完 成偏置，点击inser- curve-base curves在弹出的对话框中选择，在弹出的下 级对话框中选择图标任意选择相邻两条曲线在，中输入6，依次完成其他的三 个圆弧，如图2.5所示。 9. 点击insert- curve-spline by poles，将点的捕捉方式改为，选择四角 任意一个圆弧的中点，然后点击偏置后圆弧的中点点击确定。将坐标系移动到该曲线 的一个端点上，双击该曲线调整其外形为类

11、似肥皂的边角，其他三个的创建方式与此 相同，最后的图形如图2.6所示。 图2.3肥皂外型的投影 图2.4肥皂外型线条的偏置 图2.5完成曲线圆弧 图2.6肥皂的轮廓图 10. 点击insert-free form feature-swept按如图的形式设置截面线和引导线, 设置完成后单击确定。生成的肥皂实体图形如图2.7所示。 图2.7肥皂实体图 图2.7肥皂实体图（2） 11. 点击insert-feature operation-untie。任意选择一个实体作为目标体，将 剩下的一个作为工具体，点击确定完成合并。点击图标选择肥皂上表面的边沿， 在!输入6,单击确定完成模型的创建。 13.刻

12、字。选择 即plication-drafting,将如图所示的对话框取消掉。选择入1会 威么 t 0 t EE 弹出如图所示的对话框 选择A 图标将弹出下一级的 对话框 将创工阡師皀H占ght Factor设置为1 Qh日詁皀勺圧 设置15Factm设置为1 ，spect Ratio 设置为.8:设置为1，上注* *设置为0。单击确定。在 中输入-，选择肥皂的上表面，则字体被放置到 该面上。点击edit-tra nsform,选择字体，单击确定，将弹出对话框的命令设置为 zm，输入偏移值即可，该值根据实际的情况而定，单击确定完成偏移。点击屁 返回建模模式下，完成的模型图形如图 2.8所示，至此

13、所有的建模已经完成 图2.8肥皂模型图 3 UG下的CAM过程 3.1 UG CAM模块介绍 UG的制造模块可以输入制造信息，诸如刀具直径、切削用量、主轴转速、切削速 度等,自动生成刀具位置源文(CLSF)它具有2. 55轴的数控加工能力，可以直接加 工实体造型模块生成的任何实体模型。能自动检测碰刀，避免过切，可进行加工过程 的动态仿真及加工路径模拟校核，能给出加工方向，并考虑生成最佳走刀轨迹。加工 曲面表面光顺，只要给定刀痕高度，可自动确定刀具走刀路径和尺寸。同时还具有通 用性极强的后置处理程序、能生成西门子、发那克、辛辛拉提等80多种数控机床控 制系统的G代码程序,驱动机床动作，真正实现C

14、AD/CAM集成制造。UG的加工制造模 块功能极强，它在航空制造业和模具制造业已有十几年成功应用经验，是其它应用软 件无法比拟的 CAM中提供了多种切削方法：往复型切削(Zig-Zag )、单向切削(Zig )、单向带 轮廓(Zig with Con tour)、仿形外轮廓(Follow Periphery )、仿形零件(Follow Part )、 轮廓铣(Profile )、标准驱动(Standard Drive ),这些切削方法里都可以分别决定 不同的刀轨样式，既有较高的切削效率也能维持切削稳定和加工质量。 3.2 肥皂的CAM过程 下面我们将利用ug的cam模块来生成肥皂造型的数控程序

15、。具体过程如下： 1. 给肥皂定义一个120*120*33的毛坯，为加工作准备，如图 3.1所示。 图3.1毛坯 2. 点击 菜单栏application-manufacturing,弹出加工环境对话框，选择 cam-ge neral. 3. 在 cam setup 歹U表选择 mill_counter,单击 initialize 进入 cam_general 力卩 工环境。 4. 建立加工坐标系，也就是常说的编程原点，只在后置处理起作用。单击操作导 航工具条中的竜 图标，切换操作导航工具到几何视图。在操作导航工具的几何视图 中双击mcs_mill节点，打开mill_geom对话框。单击ori

16、gin按钮，利用弹出的点构 造器选 取毛坯 的中心，改变加工 坐标系的 位置到毛坯 上表面 的中心。同 时把 选项置为on,单击 Specify 指定安全平面在120*120*33毛坯的上表面, 在偏置中输入5，即安全平面在上表面5mm 5. 创建加工几何体即毛坯，单击操作导航工具条中的 垸 图标，切换操作导航工 具到几何视图。在操作导航工具的几何视图中双击 workpiece节点，在弹出的对话框 中选择人三图标，然后选择所创建的鞋子造型，再在该对话框中选择 匾图标，指定 120*120*33的方料为毛坯。选择 九-亠 匚忙沖 按钮在出现的对话框中选择 ALlfflIHUM O 6. 选择上丄

17、图标，将加工导航工具的视图切换为刀具视图，选择 田图标，将对话 框中的subtype设置为mill ,血哪 肛，在甌中输入em16单击ok, 在出现的对话框中设置刀具的各个参数，将 听细乳誌设置为16, “晒设置为 3, t沁駄心设置为1。按该步骤设置剩下的几把刀，刀具的参数如 3.1表。 名称 直径 刀刃数 刀号 备注 BALL_MILL_D10_R5 10 2 2 立铳刀 BALL_MILL_D6_R3 6 2 3 球头刀 Em4 4 2 4 球头刀 表3.1刀具的各个参数 7. 设置加工余量。选择 i图标，双击 mill-rough 在中输入0.5，单击 ok,同样的方法在 MILL_S

18、EMI_FINISI中输入 0.2 , MILL_FINISH 中输入 0。 8. 粗加工。选择，在出现的对话框中作如图所示的节点设置，单击ok，在出 现的对话框中的各加工参数按图设置，单击cutting 按钮将对话框中的设 置为 I m二，将Frcess加“心设置为阪兀，单击ok，完成该对话框的设置, 单击 临甌 按钮，将对话框中的设置为lcl- FI2d，单击ok 完成设置。单击按钮，作如图设置。选择按钮，将L 设置为】-二，将丿r 设置为on并且将 山小对话框中的 西5曲1打添加到list中，单击ok,然后单击启生成刀轨，再次单击ok完 成所有的设置。 Mpeirdl_xirhtCLir

19、 y Sdbhflpe 芒-IM娱聖屯口 口 Speeds | Feeds Mwe Strfaoe Speed (sw) Fd pef Twth Emm) 3000, 000 ftPM V UM Q Spnclit Spwd (rpm) pnde Output Mode- 图3.3粗加工参数 图3.2粗加工界面 9. 创建加工所需几何体。选择 图表，将对话框中的医设置为=，将 刃阴W设置为电,将Parent Groui设置为I WORKPIE ce,将I问总设置为MILL_AREA单击ok， 完成设置，在出现的下一个对话框中 cut area选择肥皂侧面和圆角。 10. 选择浪，将刘如设置为妙

20、，其他参数的设置如图所示，单击 ok,在原对话 框中设置 Drta Method 为 I Are Milling，选中的同时会出另一给对话框，该对话框中的各个 参数的设置如图所示，单击ok,完成该对话框的设置。选择心，其参数的设置 如图所示，隔HGtrol的设置同上。然后单击庐生成刀轨，再次单击ok完成所有 的设置 11. 择霸，将Subtype设置为，其他参数的设置如图所示，单击 Ok,在原对话框 中设置Dn.eMethod为闻閃皿眄，选中的同时会出另一给对话框，该对话框中的各个参 数的设置如图所示，单击Ok,完成该对话框的设置。选择心“，其参数的设置如 鱼! 严 I”LJE 口 I C C

21、 J TBnswrjjFI H Iw| n：ajMIIb ii| V- -l0|r-hTd T Ort RtariOn： f=-w 七 图所示，何站*5冈的设置同上。然后单击庐生成刀轨，再次单击ok完成所有的 设置。 Typeml_contQur 7 | Subtype 吃Q嫖弯卍柯口 矽製於舸护 | PROGRAM 7 |_MELL_AREA -1 D 10ft5 | MTLL_5E1V1I_FINI51-I IjvJ FIXED CONTOU Program Use Geometry Use Tool Use Method Name Speeds Feeds More Surface Sp

22、eed (snm) Feed per Tooth (mm 34.0000 MlAlKHIl 0 Spindle Speedrpm) 5pndle Output Mode 5000.000 RPM v 3.5精加工参数 3.4精加工界面 13.精加工底面。择 口，将鸥设置为- ，节点参数的设置 如图所示。 单击确定，弹出加工参数设置对话框，参数设置如图所示。选择 心，其参数的 设置如图所示，初血旳I的设置同上。然后单击庐生成刀轨，再次单击ok完成 所有的设置 Type ,Subtype Program PROGRAM F Use Geonetry WORKPIECE Use Tool EM 16

23、 a Use Method |mill_finish Cut Method Stepover Percent Blank D stance Depth Per Cut Final Hoot Stock AdIditionsJ Pdss Tool Diameter NameFACE.MILLING Speeds eeds j|Mwe Surface Speed (smm) 251.0000 Feed per Tooth (mm) ! o. iooi| 0 Spindle Speed (rpm) 5000.000 Spindle Output Mode RPM V 图3.6面加工界面 图3.7面加

24、工参数 13.刻字。择E3,将彌设置为-，节点参数的设置如图所示。单击确 定，弹出加工参数设置对话框，参数设置如图所示。选择 段心，其参数的设置如 图所示，陥旳5曲的设置同上。然后单击生成刀轨，再次单击Ok完成所有的 设置。 Typemill_planar v ；Subtype dF ia? ffie ProgramPROGRAM I v Use Geometr y Use Tool Use Method Name WORKPIECE jv 池 V MILL-FINISH V PLANAR.TEXT_ Feeos More Speed (smm) Feed per Tooth (mm) 0.0

25、800 5000.000 RPM -1 0 Spindle Speed (rpm) Spindle Output Made 图3.8刻字加工参数 3.9图刻字加工参数 .14.粗加工到精加工的刀轨图如下图所示 图3.10粗加工刀轨图 YM rc 图 3.11 半精加工刀轨图 _L ) 图3.12精加工刀轨图 、厂 图3.13面加工刀轨图 图3.14 刻字图 生成的CLS文件如图所示为该文件的部分代码 图 3.15CLS 文件（1） 图 3.15CLS 文件（1） 4加工仿真 4.1 VERICUT概述 数控加工是一个自动过程，需要工艺人员事先确定加工过程的工艺流程。在制订 流程的过程中，工艺人

26、员不仅需要考虑各种加工工艺因素，同时还要考虑到干涉问题。 由于零件形状是空间三维形状，机床是几轴联动，在加工过程中，加工参数的选择是否 合理、零件与机床干涉与否、是否存在过切等现象既相互关联又各自遵循自己的变化 规律。因此工艺人员难于以现有的分析计算手段，优化工艺流程。所以必须要给技术 人员提供一套能分析、计算的可视化环境，能制定、优化工艺流程的辅助手段，以达到 提高产品质量，缩短制造周期的目的。为此迫切需要应用相对成熟的仿真技术对产品 的数控加工过程进行真实加工前的观察 ，以便及时发现和尽快解决问题，避免造成不 必要的损失。数控加工仿真技术的研究现状为确保数控程序的正确性 ，在生产中，常采

27、用易切削的材料代替工件进行试切，检验加工指令。也有采用轨迹显示法，即以划针或 笔代替刀具，以着色板或纸代替工件来仿真刀具运动轨迹的二维图形（也可以显示二 维半的加工轨迹）。但这些方法费工费料，使生产成本上升，增加了生产周期。为此，人 们一直在研究能逐步代替试切的计算机仿真方法 ，并在试切环境的模型化、仿真计算 和图形显示等方面取得了重要的进展，目前正向提高模型的精确度、仿真计算实时化 和改善图形显示的真实感等方向发展。 VERICU对于数控加工是一款强大的，而且容易使用的仿真软件。它交互的模拟 数控加工轨迹代码的切削运动。VERICU验证刀具轨迹的精度，并确保经验证的部分 达到设计标准。在正式

28、的加工开始之前，VERICU发现那些阻碍加工过程的矛盾并且 确认出可靠的加工轨迹序列号以便迅速便捷的修改。VERICU需要走刀轨迹代码，需 要对于被加工的原材料的描述，也需要对于切削刀具的描述。这个验证过程的结果之 一是一个加工过的（三维）固体模型即产品；之二是一个报告一在模拟加工过程所监测 到的所有错误的日志文件。VERICU中的优化设置是自动化的，并且是用户可选择的。 这让用户可以使切削效率最大。基于切削深度，切削宽度，切削角度，每一刀具轨迹 的进给速度和切削速度都被调节到最佳。 VER1CUT 厂跻铲 VERICU可以模拟直至铣车组合的加工运动。应用 VERICU验证刀具轨迹的过程5 轴

29、的铣削、钻孔或线框EDM操作，也可以模拟车削和 铣车组合的加工运动。 4.2 肥皂造型仿真铣削 下面利用软件“ VERICUT5.4来仿真月牙造型铣削的具体操作过程。 1. 进入系统。打开“开始”菜单。在“程序/CGTechVERICUT5.4/中选择“License Server ”中“ Start Server ”点击，先启动服务器；在“程序 /CGTech VERICUT5.4/ 中选择“ VERICUT5.4点击，启动软件。 2. 新建项目。点击菜单“ File ”中选择“ NEW Sessior”就新建了一个新项目。 3. 设置单位。点击菜单“ File ”中在选择“ Propert

30、ies ”点击，此时出现单位 设置窗口界面如图4.1所示，选择单位Millimeter （毫米），机床选择（Mill ）铣床, 然后点击0K （确定）。 图4.1设定单位 4. 定义毛坯 点击菜单“ Model”中在选择“ Model Definition”点击，此时出现定义毛坯窗 口界面如图4.2所示，选择有效单元“ Active Componen”中的毛坯“ Stock ”，毛坯 的长是120mn宽是120mm!是33mm然后点击Add添加，然后点击OK（确定）。可以 看见毛坯如图4.3所示。如果毛坯模型复杂的也可以通过三维绘图软件来建模，通过 格式来转换，这样建毛坯就方便了 图4.2毛坯

31、设置对话 图4.3 毛坯生成图 5. 定义刀具。点击菜单“ Setup ”中在选择“ Tool Manage”单击，此时出现刀 具管理窗口界面如图4.4，单击右键，选择“ New TooI”中的“ Mill ”单击，右击选 择“Cutter ”点击，出现添加刀具窗口如图 4.5，新建一把ID号是1直径是16mm勺 立铣刀（里的ID号一定要是程序里的刀号），然后点击OK（确定），就返回到刀具管 理窗口，再新建一把ID号是2直径是10mm勺球头铣刀，返回刀具管理窗口新建一把 ID号是3直径是6mm勺球头铣刀。再次返回刀具管理窗口新建一把 ID号是4的立铣 刀，出现提示如图4.7和4.8所示，点击“

32、 YES后就出现保存的界面，选择保存路 径和输入保存名称。然后点击保存“ SAVE，关闭保存窗口将出现窗口提示如图4.8 所示，点击“ YES就完成刀具的定义。 图4.4刀具添加框 iW fflllllltlllHl US. 图4.5 刀具设置对话框 3 Mm帥训 HeiW 厂 Fl life Lan 血-r 8h3i|(Djnipte, 0 Met fnheiii 21 图4.7 生成刀具 图4.6刀具设置对话框 ? h冈 The tool library file GDocuments and Settingsjguifangaa.tiswiii be applied, would you

33、 like this change transferred to VERICUT Values have been modified Do you wish to Save before the Close operation? i_ir I Yes ! No Cancel mimniMiirMiiH I 1IUIUI1-1I. I pfesU inininir 图4.7 图4 .8 6. 定义编程原点。点击菜单“ Crood.system ”中在选择“ Define ”单击，此 时出现定义编程原点窗口界面如图4.9所示，选择“ Croodinate System Name ” 中的“ Opi

34、entation1 ”，再点击“ Location ”中的“ Position ”的文本框，文本框 边围就会有黄色的方框，然后选择编程原点上面中心如图4.10，点击“OK完成 编程原点的定义。预览刚建的原点是否正确，右击窗口如图进行操作，就可见原 点是正确的如图4.11，再用同样的方法把原点隐藏，要不大大减慢仿真的时间。 Coordinate System Coardinsle System Name |OiientetiQn 1blew | 。吝怕如 | Tianela伯 | Rotate Onent| Matrix From |0 0 0 To |u 0 0Move | 口 Loci Tr

35、nsllation Attach CaordinatB System To |Base P Visible r Specif Color LocalJon Foshi on Angles 50 50 40 厂 CampDnienl Origin OK |人口口忖 |jgancBI | 图4.9毛坯加工坐标系对话框 View Type View To Back Always In Front Reverse Fit Model Deflnitlon. Axes Select View Model Active Coordinate System Machine Origin Workpiece

36、Origin Coordinate System Background Attach Comp. Tool Tip Zero Driven Point Zero Set All Clear All 图4.10选择显示加工坐标系菜单 图4.11加工坐标系显示 9. 调程序代码 点击菜单“ Setup”选择“ Toolpath ”中的“ OpeS ,点击“ Add来添加加工程 序，还要选上程序原点，选择刚才建好的原点。要不仿真不出来。具体如图4.12 图4.13添加程序 10. 设置机床运动 点击菜单“ Setup”选择“ Motion ”来根据机床的实际参数来设置 G00的运动速 度，在这里设为4000mm/min这样才能正确的仿真出实际加工的时间， 在这里可以选 择任意段程序来仿真，设置在每次出错的地方暂停。 11. 开始仿真和结果 如图412点击右下角的播放按钮图，开始仿真。VERICUT软件的最大特点是它 能够显示加工所要用的时间，因此在每个仿