毕业设计论文基于UG NX软件的CADCAM典型零件的造型与数控模拟加工.docx

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毕业设计论文基于UGNX软件的CADCAM典型零件的造型与数控模拟加工

毕业设计（论文）：

基于UGNX软件的CAD、CAM——典型零件的造型与数控模拟加工

登云科技职业学院

毕业设计（论文）说明书

设计（论文）题目基于UGNX软件的CAD/CAM

――典型零件的造型与数控模拟加工

系机电工程系

专业班级数控11-1

姓名刘尊知

学号1102461125

指导教师彭培培

2012年11月30日

摘要

使用UGNX5.0软件的建模模块完成了零件的三维造型设计，根据给定零件图的要求，制定出数控加工工艺方案，使用UG的加工模块进行了数控模拟加工，并生成NC代码，用于数控机床加工。

关键词：

UG三维造型模拟加工

第1章绪论…………………………………………………………………4

1.1CAD/CAM与数字化设计制造…………………………………………………………4

12CAD/CAM软件介绍………………………………………………………………5

1.3UGNX软件的主要功能…………………………………………………………………6

1．4本论文研究的主要内容及意义……………………………………………………………7

第2章基于UG的三维造型设计…………………………8

2．1几何造型技术…………………………………………………………………8

2.2结构形状分析与造型思路…………………………………10

2．3三维造型设计…………………………………………………………11

第3章基于UG的的数控模拟加工……………………………………17

3．1CAM自动编程的一般步骤………………………………………………………17

3．2工艺方案分析………………………………………………………………17

3．3创建毛坯………………………………………………………………………18

3．4创建刀具、方法和几何体父节点组…………………………………………18

3．5创建刀具轨迹……………………………………………………………………19

3．6生成车间工艺文件……………………………………………………………24

3．7NC程序的输出…………………………………………………………………25

第4章总结…………………………………………………35

参考文献……………………………………………………………………36

第1章绪论

1.1CAD/CAM与数字化设计制造

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、单件生产这种传统的设计与制造方式已无法适应工业发展的要求。

采用CAD/CAM的技术已成为整个制造行业当前和将来技术发展的重点。

CAD技术的首要任务是为产品设计和生产对象提供方便、高效的数字化表示和表现（DigitalRepresentationandPresentation）的工具。

数字化表示是指用数字形式为计算机所创建的设计对象生成内部描述，象二维图、三维线框、曲面、实体和特征模型；而数字化表现是指在计算机屏幕上生成真实感图形、创建虚拟现实环境进行漫游、多通道人机交互、多媒体技术等。

CAD的概念不仅仅是体现在辅助制图（图形实现）方面,它更主要地起到了设计助手的作用，帮助广大工程技术人员从繁杂的查手册、计算中解脱出来。

极大地提高了设计效率和准确性，从而缩短产品开发周期、提高产品质量、降低生产成本，增强行业竞争能力。

CAM与CAD密不可分，甚至比CAD应用得更为广泛。

几乎每一个现代制造企业都离不开大量的数控设备。

随着对产品质量要求的不断提高，要高效地制造高精度的产品，CAM技术不可或缺。

设计系统只有配合数控加工才能充分显示其巨大的优越性。

另一方面，数控技术只有依靠设计系统产生的模型才能发挥其效率。

所以，在实际应用中，二者很自然地紧密结合起来，形成CAD/CAM系统，在这个系统中设计和制造的各个阶段可利用公共数据库中的数据，即通过公共数据库将设计和制造过程紧密地联系为一个整体。

数控自动编程系统利用设计的结果和产生的模型，形成数控加工机床所需的信息。

CAD/CAM大大缩短了产品的制造周期，显著地提高产品质量，产生了巨大的经济效益。

CAD/CAM技术已经是一个相当成熟的技术。

波音777新一代大型客机以4年半的周期研制成功，采用的新结构、新发动机、新的电传操纵等都是一步到位，立刻投入批量生产。

飞机出厂后直接交付客户使用，故障返修率几乎为零。

媒介宣传中称之为"无纸设计"，而波音公司本身认为，这主要应归功于CAD/CAM设计制造一体化。

CAD/CAM技术以计算机及周边设备和系统软件为基础，它包括二维绘图设计、三维几何造型设计。

是一种设计人员借助于计算审进行设计的方法。

其特点是将人的创造能力和计算审的高速运算能力、巨大存储能力和逻辑判断能力有审地结合起来。

CAD/CAM技术随着Internet/Intranet网络和并行高性能计算及事务处理的普及，使奢地、协同、虚拟设计及实时仿真技术在CAD/CAE/CAM中得到了广泛应用。

CAD技术的发展历程及现状50-60年代初CAD技术处於准备和酝酿时期，被动式的图形处理是这阶段CAD技术的特征。

60年代CAD技术得到蓬勃发展并进入应用时期，这阶段提出了计算机图形学、交互技术、分层存储符号的数据结构等新思想，从而为CAD技术的进一步发展和应用打下了理论基础。

70年代CAD技术进入广泛使用时期，1970年美国Applicon公司首先推出了面向企业的CAD商品化系统。

80年代CAD技术进入迅猛发展时期，这阶段的技术特征是CAD技术从大中企业向小企业扩展；从发达国家向发展中国家扩展；从用於产品设计发展到用於工程设计和工艺设计。

90年代以后CAD技术进入开放式、标准化、集成化和智能化的发展时期，这阶段的CAD技术都具有良好的开放性，图形接口、功能日趋标准化CAD体系结构大体可分为基础层、支撑层和应用层三个层次。

基础层由计算机及外围设备和系统软件组成。

随着网络的广泛使用，异地协同虚拟CAD环境将是CAD支撑层的主要发展趋势。

应用层针对不同应用领域的需求，有各自的CAD专用软件来支援相应的CAD工作。

CAM技术的发展历程及现状CAM中的核心技术是数控技术，编制零件加工程序是数控技术应用的重要环节，靠手工编程无法满足复杂零件数控加工的需求，50年代初期，美国开始了数控自动编程技术-APT语言的研究，形成了早期的CAM系统；如20世纪60年代开发的编程机及部分编程软件FANUC、Siemens编程机。

目前，CAM技术已经成为CAX（CAD、CAE、CAM等）体系的重要组成部分，可以直接在CAD系统上建立起来的参数化、全相关的三维几何模型（实体＋曲面）上进行加工编程，生成正确的加工轨迹。

典型的CAM系统有UG、Pro/E、Cimatron、MasterCAM等。

其特点是面向局部曲面的加工方式，表现为编程的难易程度与零件的复杂程度直接相关，而与产品的工艺特征、工艺复杂程度等没有直接相关关系。

CAM系统仅以CAD模型的局部几何特征为目标对象的基本处理形式，已经成为智能化、自动化水平进一步发展的制约因素。

只有采用面向模型、面向工艺特征的CAM系统，才能够突破CAM自动化、智能化的现有水平。

CAD技术的发展趋势主要体现在以下几方面1、标准化CAD软件一般应集成在一个异构的工作平台之上，只有依靠标准化技术才能解决CAD系统支持异构跨平台的环境问题。

目前，除了CAD支撑软件逐步实现ISO标准和工业标准外，面向应用的标准零部件库、标准化设计方法已成为CAD系统中的必备内容，且向合理化工程设计的应用方向发展。

2、智能化设计是一个含有高度智能的人类创造性活动领域，智能CAD是CAD发展的必然方向。

从人类认识和思维的模型来看，现有的人工智能技术模拟人类的思维活动明显不足。

因此，智能CAD不仅是简单地将现有的智能技术与CAD技术相结合，更重要的是深入研究人类设计的思维模型，最终用信息技术来表达和模拟它，才会产生高效的CAD系统，为人工智能领域提供新的理论和方法。

CAD的这个发展趋势，将对信息科学的发展产生深刻的影响。

CAM技术的发展趋势CAM技术的发展趋势将体现在以下几方面1、面向对象、面向工艺特征的结构体系传统CAM曲面为目标的体系结构将被改变成面向整体模型（实体）、面向工艺特征的结构体系。

系统将能够按照工艺要求自动识别并提取所有的工艺特征及具有特定工艺特征的区域，使CAD/CAM的集成化、自动化、智能化达到一个新的水平。

2、基于知识的智能化系统未来的CAM系统不仅可继承并智能化地判断工艺特征，而且具有模型对比、残余模型分析与判断功能，使刀具路径更优化，效率更高。

同时也具有对工件包括夹具的防过切、防碰撞功能，提高操作的安全性，更符合高速加工的工艺要求，并开放工艺相关联的工艺库、知识库、材料库和刀具库，使工艺知识积累、学习、运用成为可能。

使相关性编程成为可能尺寸相关、参数式设计等CAD领域的特性，有希望被引伸到CAM系统之中。

目前，以Delcam公司的PowerMILL及WorkNC为代表，采用面向工艺特征的处理方式，系统以工艺特征提取的自动化来实现CAM编程的自动化。

当模型发生变化后，只要按原来的工艺路线重新计算，即实现CAM的自动修改。

由计算审自动进行工艺特征?

工艺区域的重新判断并全自动处理，使相关性编程成为可能。

目前已有成熟的产品上市，并为北美、欧洲等发达国家的模具界所接受。

由CAM系统专业化、智能化、自动化水平的提高，将导致机侧编程方式的兴起，将改变CAM编程与加工人员及现场分离的现象。

3、提供更方便的工艺管理手段CAM的工艺管理是数控生产中至关重要的一环，未来CAM系统的工艺管理树结构，为工艺管理及即时修改提供了条件。

较领先的CAM系统已经具有CAPP开发环境或可编辑式工艺模板，可由有经验的工艺人员对产品进行工艺设计，CAM系统可按工艺规程全自动批次处理。

据报道，未来的CAM系统将能自动生成图文并茂的工艺指导文件，并能以超文本格式进行网络浏览。

CAD/CAM软件，而CAD/CAM功能。

在造型功能方面，除却其他软件所具有的通用功能外，它还拥有灵活的复合建模、齐备的仿真照相、细腻的动画渲染和快速的原型工具，仅复合建模就可让用户在实体建模（Solid）、曲面建模Surface、线框建模Wireframe和基于特征的参数建模中任意选择，使设计者可根据工程设计实际情况确定最佳建模方式，从而得到最佳设计效果。

在加工功能方面，

图2-1变量化造型的原理

三、特征造型技术

现实世界的物体具有三维形状和质量，因而三维实体造型可以更加真实、完整、清楚地描述物体，其利用计算机技术存储物体的几何信息和拓扑信息，代表了CAD/CAM技术的主流。

实体造型技术是20世纪70年代后期、80年代初期逐步发展完善并推向市场的。

实体造型是利用一些基本体素，如长方体、圆柱体、球体、锥体、圆环体以及平面轮廓扫掠体等通过布尔运算生成复杂形体的一种造型技术。

实体造型主要包括两部分内容，即体素的定义和描述、体素之间的布尔运算（交、并、差）。

体素是一种简单的几何形体，它们可以通过少量参数进行描述，例如长方体可以通过长、宽、高定义形状。

目前的许多CAD/CAM软件都是一种基于特征的实体造型工具。

它可以按照直观的过程创建机械零件的三维实体模型，且能自动生成与该模型相关联的二维工程图。

构造三维实体模型的过程称为特征造型，造型的结果称为几何造型。

基于特征的实体造型过程除了要用到参数化造型技术、变量化造型技术之外，还要用到特征造型技术和数据库联动技术。

特征的概念很广，在此仅限于讨论几何特征，特征指可以用参数驱动的实体模型，其满足下列条件：

（1）是一个实体或零件中的具体构成之一。

（2）能对应于某一形状。

（3）具有工程上的意义（即与加工方法的一定对应关系）。

（4）性质是可以预料的。

零件的几何模型可以看成是由一系列的特征堆积而成，改变特征的形状和位置，就可以改变零件的几何模型。

2．2结构形状分析与造型思路

一、零件结构形状分析

图2-2所示为零件图，该零件有面倒圆，软倒圆，圆。

图2-2零件的结构图

二、造型思路

（1）做一个φ80的圆并倒角R8的6边形拉伸成高20的6边体；

（2）做φ54的凸圆造型

（3）做一个高15的凸台造型；并做布尔并

2．3三维造型设计

一以lujunqiang.prt为名新建文件

打开软件NX6.0,点击新建图标，在文件名空白中输入xx,单位选择毫米，点击OK键即可建立以djw.prt为名的新文件,如图2-3。

如图2-3

二1绘制半径40的圆,6个半径8的圆,并与圆相切

点草图，在xy平面创建草图,点击圆在原点画半径40的圆，在做一条x轴虚线y轴虚线，画个半径8的圆，点出现下拉菜单后点击变换，用直线与小圆相切，在修剪，完成草图绘制操作。

如图2-4所示。

完成草图，拉伸按图纸要求绘制如图2-5所示。

如图2-4

如图2-5

2绘制半径78的定位点圆

点草图，在zx平面创建草图,画2根54/2的直线，如图2-6所示。

做一条z轴虚线，在虚线上画个半径78的圆，约束与直线的点上，在修剪，如图2-7所示。

完成草图，旋转按图纸要求绘制如图2-8所示。

如图2-6

如图2-7

如图2-8

3绘制一个凸台

点基准点创建坐标系z轴上升5，点草图，在xy平面创建草图,在原点上下画37/2的直线，约束在y轴上，在原点左右画5.2/2的直线，约束在x轴上，在x轴上，y轴左右画2个半径81的圆，约束在5.2/2的直线上，在画2个半径为1.38的圆，约束修剪如图2-9所示。

点出现下拉菜单后点击变换，完成草图绘制操作。

如图2-10所示。

完成草图，拉伸按图纸要求绘制如图2-11所示。

如图2-9

如图2-10

如图2-11

4绘制二个面倒圆

点求和,把工件合为一体。

点击做第一个面倒圆,做第二个面倒圆。

如图2-12所示。

如图2-12

第3章基于UG的数控模拟加工

3.1CAM编程的一般步骤

零件模型

↓

加工模块

↓

指定加工环境

↓

分析/生成辅助几何

↓

生成/修改“父”组

　↓　　　　　　　　↓　　　　　　　　↓　　　　　　　　↓

程序次序加工刀具几何体加工方法

↓

生成/修改操作

↓

产生刀具路径

↓

校核

↓

后处理

表3-1CAM编程的一般步骤

3.2工艺方案分析

此工件从图样中可以看出零件的粗糙度值要求比较高零件的装夹采用平口钳装夹。

在工件安装时，要注意工件安装，要放在钳口中间部位。

安装台虎钳时要对它的固定钳口找正，工件被加工部分要高出钳口，避免刀具与钳口发生干涉。

安装工件时，要注意工件上浮。

针对图样要求给出加工工序为：

1，粗铣轮廓面φ10的立铣刀T01；

2精铣轮廓面φ10的立头刀T03

3精铣球面及圆角φ10的圆铣刀T04

刀具选择

加工中采用的刀具为：

T01φ8的立铣刀，T01φ5的立铣刀。

切削参数的选择

各工序刀具的切削参数见表3-2

表3-2各工序刀具的切削参数

序号加工面刀具号刀具类型主轴转速

r/min进给速度

Mm/min刀具补偿号长度半径1粗铣轮廓面T01φ10立铣刀800100H012精铣轮廓面T02φ10立铣刀60050H023精铣球面及圆角T03φ10球头铣刀90025H034

3.3建立毛坯

打开建立几何试图，点击workpiece指定部件，指定毛坯选自动块，确定，完成毛坯。

3.4创建刀具、几何体父节点组

一、创建刀具组

打开，进入创建刀具组对话框，在子类型中选择，在名称栏里输入，点击确定进入对话框，在中输入刀具直径15，，，点击确定即可。

同上操作创建另一把刀具。

二、创建安全区域

点击，在间隙下的安全距离输入，确定。

3.5创建工序操作

一、创建粗铣四周轮廓的操作

打开，弹出对话框选择，在子类型中选择图标，在中用，选择，中用直径15的立铣刀，中选确定。

在改成3，点中的余量改。

点击生成。

如图3-3所示。

然后确定，播放。

如图3-4所示。

（粗车直至减少到0.5）

如图3-3如图3-4

二、创建精铣四周轮廓的操作

打开，弹出对话框选择，在子类型中选择图标，在中用，选择，中用直径9的立铣刀，中选确定。

在改成3，点中的余量改。

点击生成。

然后确定，播放。

如图3-5所示。

如图3-5

三、创建粗铣四周凸台操作

打开，弹出对话框选择，在子类型中选择图标，在中用，选择，中用直径15的立铣刀，中选确定。

在中选择,在切削参数中余量改，点击生成。

如图3-6所示。

然后确定，播放。

如图3-7所示。

（粗车直至减少到0.5）

如图3-6如图3-7

四、创建精铣四周凸台操作

打开，弹出对话框选择，在子类型中选择图标，在中用，选择，中用直径9的立铣刀，中选确定。

在中选择,在切削参数中余量改。

点击生成。

如图3-8所示。

如图3-8

3.6生成车间工艺文件

点击图标，出现的界面如图所示。

选定后，点击图标后，出现界面如图所示。

点击确定后生成以下工艺文件。

3.7NC程序的输出

点击出现界面如图所示。

点击确定后生成工件程序。

信息清单创建者：

Administrator

日期：

2012-11-1921:

55:

18

当前工作部件：

F:

\12by\ee\djw.prt

节点名：

20090130-1419

%

N0010G40G17G90G70

N0020G91G28Z0.0

:

0030T00M06

N0040G0G90X-2.2448Y.7399S0M03

N0050G43Z1.2598H00

N0060Z.8661

N0070G1Z.748F9.8M08

N0080X-1.9495Y1.4417

N0090G2X-1.7877Y1.7486I1.8376J-.7732

N0100G1X-1.5766Y2.076

N0110Z.8661

N0120G0Z1.2598

N0130X-2.2448Y.6488

N0140Z.8661

N0150G1Z.748

N0160X-1.9928

N0170X-1.9495Y.9409

N0180G2X-1.5998Y1.7808I1.8376J-.2724

N0190G1X-1.3791Y2.076

N0200Z.8661

N0210G0Z1.2598

N0220X1.5766

N0230Z.8661

N0240G1Z.748

N0250X1.7877Y1.7486

N0260G2X1.9495Y1.4417I-1.6758J-1.0801

N0270G1X2.2448Y.7399

N0280Z.8661

N0290G0Z1.2598

N0300X1.3791Y2.076

N0310Z.8661

N0320G1Z.748

N0330X1.5998Y1.7808

N0340G2X1.9495Y.9409I-1.4879J-1.1123

N0350G1X1.9928Y.6488

N0360X2.2448

N0370Z.8661

N0380G0Z1.2598

N0390Y-.7399

N0400Z.8661

N0410G1Z.748

N0420X1.9495Y-1.4417

N0430G2X1.7877Y-1.7486I-1.8376J.7732

N0440G1X1.5766Y-2.076

N0450Z.8661

N0460G0Z1.2598

N0470X2.2448Y-.6488

N0480Z.8661

N0490G1Z.748

N0500X1.9928

N0510X1.9495Y-.9409

N0520G2X1.5998Y-1.7808I-1.8376J.2724

N0530G1X1.3791Y-2.076

N0540Z.8661

N0550G0Z1.2598

N0560X-1.5766

N0570Z.8661

N0580G1Z.748

N0590X-1.7877Y-1.7486

N0600G2X-1.9495Y-1.4417I1.6758J1.0801

N0610G1X-2.2448Y-.7399

N0620Z.8661

N0630G0Z1.2598

N0640X-1.3791Y-2.076

N0650Z.8661

N0660G1Z.748

N0670X-1.5998Y-1.7808

N0680G2X-1.9495Y-.9409I1.4879J1.1123

N0690G1X-1.9928Y-.6488

N0700X-2.2448

N0710Z.8661

N0720G0Z1.2598

N0730Y-.6882

N0740Z.8661

N0750G1Z.748

N0760X-1.9928

N0770X-1.9495Y-.3961

N0780G2X-1.9308Y-.2908I1.8376J-.2724

N0790G3X-1.9305Y.2895I-1.3605J.2908

N0800G2X-1.9495Y.3961I1.8186J.379

N0810G1X-1.9928Y.6882

N0820X-2.2448

N0830Z.8661

N0840G0Z1.2598

N0850X-1.1763Y-2.076

N0860Z.8661

N0870G1Z.748

N0880X-1.4262Y-1.7808

N0890G2X-1.7978Y-.3188I1.3143J1.1123

N0900G3X-1.7975Y.3175I-1.4935J.3188

N0910G2X-1.4262Y1.7808I1.6856J.351

N0920G1X-1.1763Y2.076

N0930Z.8661

N0940G0Z1.2598

N0950X-.9516Y-2.076

N0960Z.8661

N0970G1Z.748

N0980X-1.2422Y-1.7808

N0990G2X-1.6647Y-.3467I1.1303J1.1123

N1000G3X-1.6645Y.3455I-1.6266J.3467

N1010G2X-1.2422Y1.7808I1.5526J.323

N1020G1X-.9516Y2.076

N1030Z.8661

N1040G0Z1.2598

N1050X-.6887Y-2.076

N1060Z.8661

N1070G1Z.748

N1080X-1.0419Y-1.7808

N1090G2X-1.5317Y-.3747I.93J1.1123

N11