毕业论文UG软件在花型槽设计加工中的应用.docx
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毕业论文UG软件在花型槽设计加工中的应用
毕业设计（论文）
UG软件在花型槽零件加工中的应用
学院工业制造与现代管理学
年级2010级数控1班
专业数控技术
学生姓名王建军
指导教师孔胜平
2013年3月
毕业论文（设计）诚信承诺书
题目
UG软件在花型槽零件加工中的应用
学生姓名
王建军
学号
专业
数控技术
班级
2010级数控1班
学生承诺
我承诺在毕业论文（设计）活动中，遵守学校有关规定，恪守学术规范，本人毕业论文（设计）内容除特别注明和引用外，均为本人观点，不存在剽窃、抄袭他人学术成果，伪造、篡改实验数据的情况，如果有违规行为和论文抄袭率达到30%以上，我愿意承担一切责任，接受学校的处理。
学生（签名）：
年月日
查询毕业设计（论文）抄袭结果：
%
指导教师承诺
我承诺在毕业论文（设计）活动中，遵守学校有关规定，恪守学术规范，经过本人核查，该生毕业论文（设计）内容除特别注明和引用外，均为本人观点，不存在剽窃、抄袭他人学术成果，伪造、篡改实验数据的现象。
指导教师（签名）：
年月日
四川科技职业学院毕业设计（论文）评审表（指导教师用）
姓名
王建军
学号
题目
UG软件在花型槽零件加工的应用
评价项目
具体要求
权重
A
B
C
D
E
调查论证
能独立查阅文献和从事其他调研；能正确翻译外文资料；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。
0.1
研究方案的设计能力
论文的整体思路清晰，结构完整、研究方案完整有序。
0.2
分析与解决问题的能力
能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题；能正确处理实验数据；能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。
0.2
工作量及
工作态度
按期圆满完成规定的任务，工作量饱满，难度较大；工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实。
0.2
质量
综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；试验正确，分析处理科学；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文结果有应用价值。
0.2
创新
工作中有创新意识；对前人工作有改进、突破或独特见解。
0.1
评定成绩（优、良、中、及格、不及格）
指导教师意见：
指导教师签名：
20年月日
说明：
在“A、B、C、D、E”对应的栏目下划“√”
四川科技职业学院毕业设计（论文）任务书
学生姓名
王建军
学号
指导教师
孔胜平
学院名称
工业制造与管理学院
专业名称
数控技术
论文题目
UG软件在花型槽零件加工中的应用
题目来源
实习实践（√）理论研究（√）
一、基本任务与要求
基本任务：
1）了解数控技术的历史和发展趋势
2）了解及应用CAD/CAM技术
3）熟悉数控技术的加工工艺特点
4）了解自动编程设计熟练使用UG软件对产品进行自动编程设计
5）掌握论文资料调研、写作方案拟定、论文撰写方法
要求：
1）资料调研，确定写作方案
2）应用UG软件绘制相关零件图
3）对零件进行加工工艺分析，确定加工方案
4）应用UG软件编制零件加工刀具路径
5）应用UG软件进行实体切削仿真验证
6）编制零件数控加工程序
7）完成毕业设计论文撰写、答辩
二、工作内容及时间安排
1．选题：
2012年12月3日前
2．开题报告：
2013年4月18日前
3．收集资料及实施研究：
2012年12月25日前
4．完成初稿：
2013年3月21日前
5．完成修改稿：
2013年4月16日前
6．完成定稿：
2013年4月18日前
7．答辩：
2013年4月21日前
摘要
数字控制技术（Numerically Controlled）简称数控（NC）技术，是用数字信息实现自动控制的一种技术。
数控机床（NumericalControlMachineTools）是用数字代码形式表示的信息（程序指令），控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床。
数控机床的特征是：
数控机床是一种综合运用了计算机、自动控制、精密测量和机械设计等新技术的机电一体化的典型产品。
它把数字化了的刀具移动轨迹的信息输入到数控装置，实现自动控制机床运动，加工出所需要的零件。
较好地解决了形状复杂、精密、小批量零件的加工问题，具有适应性强、加工精度和生产效率高的优点。
Unigraphics（简称UG）是SIEMENS公司（原UGS公司）基于C语言开发的CAD/CAM/CAE软件。
它集二维绘图、三维实体造型、曲面设计、虚拟装配、数控编程、刀具路径摸拟及真实感摸拟等功能于一身，广泛用于机械、模具、汽车、家电、航天、军事等领域，现在已成为世界上最流行的CAD/CAM/CAE软件之一。
UG提供了一个基于过程的产品设计环境，使产品开发从设计到加工真正实现了数据的无缝集成，从而优化了产品设计与制造。
利用UG进行产品的设计过程中可以进行有限元分析、机械运动分析、动力学分析和仿真模拟，提高设计的可靠性。
UnigraphicsCAM（简称UGCAM）功能模块是基于Unigraphics的应用广泛的NC编程工具，UGCAM的主要功能是承担交互式图形编程（NC编程）的任务，即针对已有的CAD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，从而在计算机上的仿真环境中实现产品设计者的设计构想，达到所见即所得的效果。
利用其建立的三维模型进行刀具路径的编制生成的数控代码，后处理程序支持多种类型数控机床。
另外，UG还提供二次开发语言，便于用户开发专用的CAD系统
关键词：
数控技术；UG；CAD/CAM
第1章绪论1
1.1数控技术基础知识1
1.2UGNX5简介3
1.3UGNX5的用户界面5
第2章数控工艺分析8
2.1数控工艺流程8
2.2零件加工工艺设计12
第3章实体建模17
3.1UGNX5.0基本设置17
3.2零件实体建模18
第4章零件刀具路径33
4.1.编制零件加工刀具路径33
4.2生成零件加工程序57
结论60
致谢61
参考文献62
第1章绪论
1.1数控技术基础知识
随着科学技术的不断发展，机械产品的性能、结构及形状在不断改进，对零件加工质量和精度的要求越来越高，且产品变化频繁，目前在一般机械加工中，单件、小批量的产品约占七成以上。
为了保证产品质量，提高劳动生产效率和降低生产成本，不仅要求机床具有较好的通用性和灵活性，而且要求加工过程实现自动化，而传统的加工方法已经远远不能满足生产需要。
使用传统的加工方法进行，不仅生产周期长，精度也受到影响，数控机床就是在这种情况下发展起来的一种自动化机床，它适用于生产高精度、零件形状复杂的单件、小批量产品。
数控（NumericalControl，NC）是以数字化信号对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。
数控机床是指应用数控技术对加工过程进行控制的机床。
数控机床是一种高效的自动化加工设备，它严格按照加工程序，可以自动地对被加工工件进行加工。
数控机床的分类方法有多种，如果从数控机床应用的角度分类，可分为数控车床、数控铣床和加工中心等。
1.1.1数控铣床及加工中心的组成
数控铣床及加工中心是一种利用数控技术进行自动加工控制和金属切削的数控机床，主要是用计算机程序对各类控制信息进行处理，不仅具有柔性，而且还可处理逻辑电路难以处理的各种复杂信息。
数控铣床及加工中心的种类繁多，但从组成一台完整的数控铣床及加工中心的角度讲，主要由输入输出设备、数控装置、伺服系统、反馈系统和机床本体5大部分以及辅助装置组成，如图1-1所示。
图1-1
1．输入输出设备
输入输出设备是数控机床与外部设备的接口，存储介质的加工信息通过输入设备输送到机床的数控系统，机床内存中的加工程序也可以通过输出设备传送到存储介质上。
2．数控系统
数控系统是数控机床及加工中心的核心部分，主要是对输入的加工程序进行数字运算和逻辑运算，然后向伺服系统发出控制信号，使设备按规定的动作执行。
3．伺服系统
伺服系统是数控系统与机床本体之间的电传动联系环节，主要由伺服电动机、驱动控制系统及位置检测系统组成。
其作用是把由数控系统发出的脉冲信号转换成机床移动部件的运动，使机床的工作台按规定移动，精确定位，加工出符合图纸要求的工件。
整个机床的性能主要取决于伺服系统。
常用的伺服电机有直流伺服电机、交流伺服电机、电液伺服电机等。
4．反馈系统
反馈系统主要是对机床的运动速度、方向、位移以及加工状态加以检测并将其结果转化为电信号反馈给数控系统，数控系统根据反馈回来的信息调整机床的运动，实现误差补偿。
5．机床本体
机床本体是数控铣床及加工中心的主体，是用于完成各种切削加工的机械部分，主要包括主运动部件、进给运动部件（如工作台、刀架）和支撑部件（如床身、立柱等）。
有些数控机床还配备特殊部件，如刀库、自动换刀装置等。
除上述5个主要部分外，数控铣床及加工中心还有一些辅助装置和附属设备，如电气、液压、气动系统与冷却、排屑、润滑、照明系统等。
1.1.2数控铣床及加工中心的特点
在批量生产条件下，利用数控铣床或加工中心自动化加工，可以取得良好的经济效益。
与普通机床加工相比，采用数控铣床及加工中心加工具有以下特点。
1．简化加工过程
传统加工需要认真编制工艺规程，严格划分工序，然后设计和制造夹具，确定定位方案。
而使用数控加工可以集中工序，减少零件的装夹次数，通过NC程序可以轻松实现对复杂三维零件的加工，大大简化加工过程。
2．加工效率高
数控加工在NC程序引导下有序进行，受到的人工干预少，加工过程中工件的转位时间及换刀时间短，还可以实现多刀并行加工，大大地提高了加工效率。
3．加工精度高
数控加工在程序控制下有序进行，受到的人工干预少，具有较小的加工误差。
同时，现在的数控机床还采用了闭环控制，可以对出现的误差进行补偿，大大地提高了加工精度。
4．加工重复性好
数控加工中编制好的程序可以在加工中重复使用，还可以对已有的程序进行适当的修改和完善，以适应相似的加工对象，特别是随着CAD/CAM技术的不断发展和进步，复杂数控程序的编制变得越来越简单，这为高效地加工出高精度的复杂零件创造出良好的条件。
1.2UGNX5简介
Unigraphics（简称UG）软件起源于美国麦道飞机公司，是一种CAD/CAE/CAM一体化的机械工程计算机软件。
CAD功能实现了目前制造行业中常规的工程技术、设计和绘图功能的自动化。
利用其强大的混合式绘图结构，用户就能够方便地绘制出任何复杂的实体和造型特征。
CAM功能则为使用Unigraphics设计模型描绘完成部分的现代机器工具提供NC编程技术。
Unigraphics是一个全三维系统，可以用它来精确描绘几乎任何几何形状。
将这些形状结合起来，就可以设计、分析产品以及绘图。
集世界一流的设计、工程及制造系统于一体的UG软件，自20世纪80年代后期引进我国以来，已广泛应用于航空航天、汽车、通用机械、模具等领域。
利用UG，可以完成产品从概念的设计、模型建立、性能分析、运动分析、加工刀路生成等整个产品的生产过程，实现真正意义的无图纸化生产。
UG适用于任何产品设计行业——需要进行实体建模、装配或者不需要实体建模的。
特别对于实际工艺流程的钣金、塑料模具、管道、线缆、焊接件设计，更是效率非凡，UG具有许多其他大型三维软件所不具有的特殊功能。
UG具有丰富的造型功能，各项功能都是通过各自的应用模块来实现的。
主要包括产品造型、产品装配、零件建模、辅助制图、数控加工、产品分析和钣金设计等模块。
1.产品造型
产品造型模块是重要的工业产品造型模块，为用户提供设计阶段的工作环境。
2.产品装配
产品装配模块主要用于产品的模拟装配。
该模块支持“自上而下”和“自下而上”的装配方法，可以快速跨越装配层来直接访问任何组件或子装配的设计模型；支持装配过程中的“上下文设计”方法，从而在装配模块中可以改变组件的设计模型。
3.零件建模
零件建模模块用于产品部件的三维实体特征建模，无缝地集成基于约束的特征建模和显性几何建模方法，也是辅助制图、数控加工、产品装配、结构分析、运动分析、注塑流动分析等其他模块的工作基础。
该模块支持实体建模、特征建模、自由形状建模、钣金特征建模和用户自定义特征等子模块。
4.辅助制图
辅助制图模块属于平面工程图模块，具有建立平面工程图所需的所有功能。
可以从已经建立的三维模型自动生成平面工程图，也可以利用在曲线功能绘制平面工程图自动建立平面工程图时，利用正交投影视图、剖视图、局部放大视图以及其他视图工具来创建图纸中的各个视图，支持自动绘制剖面线、半自动标注尺寸、自动建立装配件明细表等功能。
5.数控加工
数控加工模块用于数控加工模拟和自动编程，可进行一般的二轴、二轴半铣削，也可进行三轴到五轴的加工；可完成数控车削加工的全过程；支持线切割等加工操作；可根据加工机床控制器的不同自行定制后处理程序，从而使生成的指令文件可直接应用于用户特定的数控机床，不再需要修改指令即可加工。
6.产品分析
此模块包括结构分析、运动分析、注塑模分析等子模块。
l结构分析模块主要用于对产品模型进行受力、受热后的变形分析，是一个使用简单且功能强大的有限元分析工具，可以建立有限元模型、对模型进行分析和对分析后的结果进行处理。
l运动分析模块用于对简化的产品模型进行运动分析，提供灵活及全面的建模能力。
利用该模块可以进行机构连接设计和机构综合；可以建立产品的仿真；可以设计出包含任意关键节数的空间机构，完成机构的运动分析，以多种形式表达出容易理解的分析结果。
l注塑模分析模块用于注塑模中对熔化的塑料进行流动分析。
可以对部件模型构造一个有限元网格，从而描述模具和塑料的情况。
通过反复进行这一分析，可以确定出最合适的注塑条件，实现安全且无损的模拟。
并且可以计算出注塑过程中的材料消耗。
7.钣金设计
通过钣金设计模块可以设计钣金件的真实形状以建立钣金件模型。
1.3UGNX5的用户界面
在Windows系统平台的桌面上双击【NX5.0】图标或依次选择【开始】/【所有程序】/【UGSNX5.0】/【NX5.0】命令，进入UGNX5欢迎界面，等待软件初始化，然后进入UGNX5的界面，如图1-2所示。
图1-2
1.标题栏
标题栏主要显示软件版本、当前模块、文件名、当前部件修改状态等信息。
2.主菜单栏
主菜单栏主要包括软件的主要功能命令。
其中包括文件、编辑、视图、插入、格式、工具、装配、工作坐标系、分析、预设置、应用、窗口、帮助等菜单。
3.提示栏
提示栏主要用来向用户提示操作步骤以及如何操作。
实施每个动作之后，系统都会在提示栏中显示如何进行下一步操作。
对于初学UG的用户，提示栏将有着重要的作用，遵循提示栏的提示，对于简单的模型建立，一般都可以顺利完成。
4.状态栏
状态栏用于显示系统或图形的状态。
它提示当前执行操作的结果、鼠标的位置、图形的类型或名称等特性，可以帮助用户了解当前的工作状态。
5.工具条
提供一组可视化操作的命令按钮。
每个命令按钮都用形象化的图标表示其对应的功能。
在屏幕布局中，可根据需要灵活设置工具条，方便地拖动定位至屏幕四周，或者浮动显示在工作窗口内。
6.对话框
对话框是在UG操作时进行参数输入或选项设置的窗口。
对话框中的元素包含有选项标签、按钮、单选按钮或复选框等。
7.工作图形区
工作图形区是进行绘图或建模的区域，模型的创建、装配和修改工作都在该区域内完成。
8．工作坐标
显示三维图形的方向。
9.资源栏
将一些常用的工具放置在一起，它包括装配导航器、部件导航器、历史、角色等。
第2章数控工艺分析
2.1数控工艺流程
数控加工与通用机床加工相比较，在许多方面遵循的原则基本一致。
但由于数控机床本身自动化程度较高，控制方式不同，设备费用也高，使数控加工工艺相应形成了以下几个特点：
1．工艺的内容十分具体
在用通用机床加工时，许多具体的工艺问题，如工艺中各工步的划分与顺序安排、刀具的几何形状、走刀路线及切削用量等，在很大程度上都是由操作工人根据自己的实践经验和习惯自行考虑而决定的，一般无须工艺人员在设计工艺规程时进行过多的规定。
而在数控加工时，上述这些具体工艺问题，不仅仅成为数控工艺设计时必须认真考虑的内容，而且还必须作出正确的选择并编入加工程序中。
也就是说，本来是由操作工人在加工中灵活掌握并可通过适时调整来处理的许多具体工艺问题和细节，在数控加工时就转变为编程人员必须事先设计和安排的内容。
2．工艺的设计非常严密
数控机床虽然自动化程度较高，但自适性差。
它不能像通用机床在加工时可以根据加工过程中出现的问题，比较灵活自由地适时进行人为调整。
即使现代数控机床在自适应调整方面作出了不少努力与改进，但自由度也不大。
比如说，数控机床在做镗盲孔加工时，它就不知道孔中是否已挤满了切屑，是否需要退一下刀，而是一直镗到结束为止。
所以，在数控加工的工艺设计中必须注意加工过程中的每一个细节。
同时，在对图形进行数学处理、计算和编程时，都要力求准确无误，以使数控加工顺利进行。
在实际工作中，由于一个小数点或一个逗号的差错就可能酿成重大机床事故和质量事故。
3．注重加工的适应性
要根据数控加工的特点，正确选择加工方法和加工内容。
由于数控加工自动化程度高、质量稳定、可多坐标联动、便于工序集中，但价格昂贵，操作技术要求高等特点均比较突出，加工方法、加工对象选择不当往往会造成较大损失。
为了既能充分发挥出数控加工的优点，又能达到较好的经济效益，在选择加工方法和对象时要特别慎重，甚至有时还要在基本不改变工件原有性能的前提下，对其形状、尺寸、结构等作适应数控加工的修改。
一般情况下，在选择和决定数控加工内容的过程中，有关工艺人员必须对零件图或零件模型作足够具体与充分的工艺性分析。
在进行数控加工的工艺性分析时，编程人员应根据所掌握的数控加工基本特点及所用数控机床的功能和实际工作经验，力求把这一前期准备工作做得更仔细、更扎实一些，以便为下面要进行的工作铺平道路，减少失误和返工、不留遗患。
根据大量加工实例分析，数控加工中失误的主要原因多为工艺方面考虑不周和计算与编程时粗心大意。
因此在进行编程前做好工艺分析规划是十分必要的。
2.1.1数控加工工艺设计内容
工艺设计是对工件进行数控加工的前期准备工作，它必须在程序编制工作之前完成。
因此只有在工艺设计方案确定以后，编程才有依据。
否则，由于工艺方面的考虑不周，将可能造成数控加工的错误。
工艺设计不好，往往要成倍增加工作量，有时甚至要推倒重来。
可以说，数控加工工艺分析决定了数控程序的质量。
因此，编程人员一定要先把工艺设计做好，不要先急于考虑编程。
根据实际应用中的经验，数控加工工艺设计主要包括下列内容：
（1）选择并决定零件的数控加工内容。
（2）零件图样的数控加工分析。
（3）数控加工的工艺路线设计。
（4）数控加工工序设计。
（5）数控加工专用技术文件的编写。
数控加工专用技术文件不仅是进行数控加工和产品验收的依据，也是需要操作者遵守和执行的规程，同时还为产品零件重复生产积累了必要的工艺资料，并进行了技术储备。
这些由工艺人员做出的工艺文件是编程员在编制加工程序单时所依据的相关技术文件。
编写数控加工工艺文件也是数控加工工艺设计的内容之一。
不同的数控机床，工艺文件的内容也有所不同。
一般来讲，数控铣床的工艺文件应包括：
（1）编程任务书。
（2）数控加工工序卡片。
（3）数控机床调整单。
（4）数控加工刀具卡片。
（5）数控加工进给路线图。
（6）数控加工程序单。
其中以数控加工工序卡片和数控刀具卡片最为重要。
前者是说明数控加工顺序和加工要素的文件；后者是刀具使用的依据。
为了加强技术文件管理，数控加工工艺文件也应向标准化、规范化方向发展。
但目前尚无统一的国家标准，各企业可根据本部门的特点制订上述有关工艺文件。
2.1.2工序的划分
根据数控加工的特点，加工工序的划分一般可按下列方法进行：
（1）以同一把刀具加工的内容划分工序。
有些零件虽然能在一次安装加工出很多待加工面，但考虑到程序太长，会受到某些限制，如控制系统的限制（主要是内存容量），机床连续工作时间的限制（如一道工序在一个班内不能结束）等。
此外，程序太长会增加出错率、查错与检索困难。
因此程序不能太长，一道工序的内容不能太多。
（2）以加工部分划分工序。
对于加工内容很多的零件，可按其结构特点将加工部位分成几个部分，如内形、外形、曲面或平面等。
（3）以粗、精加工划分工序。
对于易发生加工变形的零件，由于粗加工后可能发生较大的变形而需要进行校形，因此一般来说凡要进行粗、精加工的工件都要将工序分开。
综上所述，在划分工序时，一定要视零件的结构与工艺性、机床的功能、零件数控加工内容的多少、安装次数及本单位生产组织状况灵活掌握。
什么零件宜采用工序集中的原则还是采用工序分散的原则，也要根据实际需要和生产条件确定，要力求合理。
加工顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位安装与夹进的需要来考虑，重点是工件的刚性不被破坏。
顺序安排一般应按下列原则进行：
（1）上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也要综合考虑。
（2）先进行内型腔加工工序，后进行外型腔加工工序。
（3）在同一次安装中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏小的工序。
（4）以相同定位、夹紧方式或同一把刀具加工的工序，最好连接进行，以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数。
2.1.3加工刀具的选择
选择刀具应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其他相关因素正确选用刀具及刀柄。
刀具选择总的原则是：
适用、安全、经济。
适用是要求所选择的刀具能达到加工的目的，完成材料的去除，并达到预定的加工精度。
如粗加工时选择有足够大并有足够的切削能力的刀具能快速去除材料；而在精加工时，为了能把结构形状全部加工出来，要使用较小的刀具，加工到每一个角落。
再如，切削低硬度材料时，可以使用高速钢刀具，而切削高硬度材料时，就必须要用硬质合金刀具。
安全指的是在有效去除材料的同时，不会产生刀具的碰撞、折断等。
要保证刀具及刀柄不会与工件相碰撞或者挤擦，造成刀具或工件的损坏。
如加长的直径很小的刀具切削硬质的材料时，很容易折断，选用时一定要慎重。
经济指的是能以最小的成本完成加工。
在同样可以完成加工的情形下，选择相对综合成本较低的方案，而不是选择最便宜的刀具。
刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须引起注意的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高则可以使总体成本可能比使用普通刀具更低，产生更好的效益。
如进行钢材切削时，选用高速钢刀具，其进给只能达到100mm/min，而采用同样大小的硬质合金刀具，进给可以达到500mm/min以上，可以大幅缩短加工时间，虽然刀具价格较高，但总体成本反而更低。
通常情况下，优先选择经济性良好的可转位刀具。
2.1.4走刀路线
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