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实训课设
沈航北方科技学院
数控综合实训
实训项目CAD/CAM（铣/加工中心）综合实训
系别机械工程系
专业
班级
学号
学生姓名
指导教师
年月日
摘要
论文首先对某零件进行三维建模，然后进行工艺分析并制定工艺方案，用UG进行编程，最后进行仿真加工。
论文使用UG软件进行三维建模并生成二维工程图，分析零件图纸，对零件进行工艺分析，切削刀具，工艺装备的选择，切削用量以及数控加工工艺路线，零件加工中的定位装夹，编写制造大纲，数控编程，利用UG软件中的NC加工模块设置加工参数，生成刀具轨迹并对刀具轨迹进行初步验证，输出NC代码。
用VNUC仿真软件进行加工仿真，进一步检验NC代码的正确性，零件的经济技术性分析。
论文重点对零件的加工方案，并对方案进行了简要的分析，解决了一些建模方面的难题，还有在利用UG软件进行工艺安排,刀具，切削用量以及装夹方式的选择等都是其中的难点。
关键词：
UG软件；三维建模；工艺分析；数控编程
目录
一、实训目的4
二、实训内容及步骤4
三、数控加工工艺设计4
1、零件工艺分析4
2、编制数控加工工序卡4
3、编制数控加工道具卡5
四、基于UG的零件建模与二维工程图生成6
1、UG软件介绍6
2、CAD模块6
3、CAM模块6
4、创建实体特征的基础操作7
五、零件的数控编程12
1、UG加工类型12
2、UG加工流程12
六、VNUC数控仿真17
1、机床及数控系统的选择17
2、刀具的制定17
3、毛坯的建立18
4、对机床的操作19
5、建立工件坐标系19
6、程序的加载及修改20
7、对工件的加工20
七、基于华中数控铣床的实际操作21
八、经济技术性分析………………………………………………………...............21
结束语、22
致谢23
参考文献24
附录25
一、实训目的
1.掌握CAD/CAM工作流程。
2.掌握基于UG零件建模及二维工程图生成方法。
3.掌握零件的数控铣/加工中心加工工艺设计方法。
4.掌握基于UG的数控自动编程及后处理方法。
5.掌握华中数控铣机床操作与仿真软件的使用。
二、实训内容及步骤
1.根据零件图样（见附录）尺寸建立零件三维模型，并生成二维工程图；（2天）
2.零件工艺方案设计。
对零件进行工艺分析，确定定位与夹紧方案，选择数控加工刀具，确定切削用量及走刀路线，编制数控加工工序卡及刀具卡片。
（2天）
3.计算机辅助自动编程，验证刀具轨迹，后处理生成NC程序。
（3天）
4.学习并应用仿真软件，进行仿真加工，验证程序；（3天）
5.在华中数控机床上，进行零件加工。
（5天）
三、数控加工工艺设计
1.零件工艺分析
某零件是一个机加工件，它的毛坯可根据外形尺寸选择一块方料，其尺寸为160*118*38,铝料，在有了毛坯之后，在软件中还要求实现加工模拟以及对加工参数进行设置。
进行加工,在加工过程中就要考虑到装夹问题和先加工哪，后加工哪。
利用平口钳对工件进行装夹，用φ100的盘铣刀对毛坯的上表面进行平整处理，用φ10的键槽铣刀粗铣外轮廓，留有余量0.5mm。
用φ10的键槽铣刀粗铣外轮廓，留有余量0.3mm。
用φ8r4的球头铣刀对圆形轮廓进行精铣，余量为0mm。
用φ10的键槽铣刀精铣外轮廓，留有余量0mm。
然后钻两个M10的螺纹孔，再进行攻丝，形成M10螺纹。
2.编制数控加工工序卡
表1数控加工工序卡片
（单位名称）
产品名称
零件号
材料
夹具名称
某零件
铝
平口钳
工步号
工步内容
刀具号
刀具规格
名称
主轴转速（r/min）
进给量
（mm/min）
背吃刀量（mm/min）
备注
1
平整毛坯上表面
1
φ100mm盘铣刀
1500
500
5
2
粗铣外轮廓
2
φ10键槽铣刀
2000
800
8
留有余量0.5mm
3
粗铣外轮廓
2
φ10键槽铣刀
2500
500
5
留有余量0.3mm
4
精铣圆形轮廓
3
φ8r4球头铣刀
2500
500
5
5
精铣外轮廓
2
φ10键槽铣刀
2500
800
5
留有余量为0mm
6
钻M10的螺纹孔
4
φ8.6钻头
1000
500
5
7
对M10的螺纹进行攻丝
5
M10的丝锥
1000
500
5
3.编制数控加工刀具卡
表2数控加工刀具卡片
产品名称或代号
零件名称
零件图号
序号
刀具号
刀具规格名称
刀补号
加工表面
备注
1
1
φ100mm盘铣刀
H1/D1
毛坯上表面
2
2
φ10键槽铣刀
H2/D2
加工零件外轮廓
留有余量0.5mm
3
2
φ10键槽铣刀
H2/D2
加工零件外轮廓
留有余量0.3mm
4
3
φ8r4球头铣刀
H3/D3
加工圆形轮廓面
5
2
φ10键槽铣刀
H2/D2
加工外轮廓
留有余量0mm
6
4
φ8.6钻头
加工M10的螺纹孔
7
5
M10的丝锥
加工M10的螺纹
四、基于UG的零件建模与二维工程图生成
1、UG软件介绍
Unigraphics是美国UGS公司推出的新一代CAD/CAE/CAM软件，它是一个集成化的软件，其功能非常强大，利用它可以进行零件设计、产品装配、数控加工、铂金件设计、模具设计、机构分析、有限元分析和产品数据库管理、应力分析、逆向造型优化设计等。
从目前的市场来看，它所涉及的主要行业包括工业设计、机械、仿真、制造和数据管理、电路设计、汽车、航天、电器、玩具等，它在我国的CAD/CAM研究所和工厂中得到了广泛的应用，是其他软件不可媲美的，同时，国内的许多大学也纷纷选用该软件作为其研究开发的基础软件。
2、CAD模块
1.实体建模
实体建模是集成了基于约束的特征建模和显性几何建模两种方法，提供符合建模的方案，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、布尔运算及其表达式。
实体建模是特征建模和自由形状建模的必要基础。
2.特征建模
UG特征建模模块提供了对建立和编辑标准设计特征的支持，常用的特征建模方法包括圆柱、圆锥、球、圆台、凸垫及孔、键槽、腔体、倒圆角、倒角等。
为了基于尺寸和位置的尺寸驱动编辑、参数化定义特征，特征可以相对于任何其他特征或对象定位，也可以被引用复制，以建立特征的相关集。
3.自由形状建模
UG自由形状建模拥有设计高级的自由形状外形、支持复杂曲面和实体模型的创建。
它是实体建模和曲面建模技术功能的合并，包括沿曲线的扫描，用一般二次曲线创建二次曲面体，在两个或更多的实体间用桥接的方法建立光滑曲面。
还可以采用逆向工程，通过曲线/点网格定义曲面，通过点拟合建立模型。
还可以通过修改曲线参数，或通过引入数学方程控制、编辑模型。
4.工程制图
UG工程制图模块是以实体模型自动生成平面工程图，也可以利用曲线功能绘制平面工程图。
在模型改变时，工程图将被自动更新。
制图模块提供自动的视图布局（包括基本视图、剖视图、向视图和细节视图等），可以自动、手动尺寸标注，自动绘制剖面线、形位公差和表面粗糙度标注等。
利用装配模块创建的装配信息可以方便地建立装配图，包括快速地建立装配图剖视、爆炸图等。
3、CAM模块
UG/CAM模块是UGNX的计算机辅助制造模块，该模块提供了对NC加工的CLSFS建立与编辑，提供了包括铣、多轴铣、车、线切割、钣金等加工方法的交互操作，还具有图形后置处理和机床数据文件生成器的支持。
同时又提供了制造资源管理系统、切削仿真、图形刀轨编辑器、机床仿真等加工或辅助加工。
4、创建实体特征的基础操作
1、拉伸
拉伸是较简单又很实用的建模方法，你只要在草图中给出一个零件的截面形状，然后在给出在这个截面方向上的长度就可以了。
下面来简单介绍一下。
首先打开UG，新建模型，进入草图，选择绘图平面，用配置文件画出零件截面图形，完成草图，选择拉伸，选择截面曲线（图1），定制拉伸长度，确定，即可拉伸成实体（图2）：
图1
图2
拉伸指令也可以用来挖槽，同样在草图中画出截面形状（图3），退出并选择拉伸，选择截面，选择布尔运算中的布尔求差，设置长度，确定即挖槽成功（图4）。
图3
图4
2、回转
利用回转命令对圆形轮廓进行制作，介绍下，首先打开UG，新建模型，进入草图，选择绘图平面，用配置文件画出零件截面图形，完成草图，选择回转，选择截面曲线（图5），定制回转角度，确定，即可回转成实体（图6）：
图5
图6
最后零件的三维模型是（图7）
图7
3、工程制图
工程图是工程界的“技术交流语言”，在产品的研发、设
计和制造等过程中，各类技术人员需要经常进行交流和沟通，工
程图则是经常使用的交流工具。
尽管随着科学技术的发展，3D
设计技术有了很大的发展与进步，但是三维模型并不能将所有的
设计信息表达清楚，有些信息例如尺寸公差、形位公差和表面粗
糙度等，仍然需要借助二维的工程图将其表达清楚。
因此工程图
是产品设计中的较为重要的环节，也是设计人员最基本的能力要
求。
利用UGNX的实体建模模块创建的零件和装配体主模型，可
以引用到UG的工程图模块中，通过投影快速的生成二维工程图
由于UGNX的工程图功能是基于创建三维实体模型的投影所得到
的，因此工程图与三维实体模型是完全相关的，实体模型进行的
任何编辑操作，都会在三维工程图中引起相应的变化。
步骤如下图所示
新建工程图（图8）和导入工程图（图9）
图8图9
工程图导入完成（图10）
图10
五、基于UG的数控编程
1、UG加工类型
UG的加工类型分铣削、点位加工、车削和线切割四大类。
在铣削加工中，有多种铣削分类方法，其中铣削类型关系如下图所示：
2、UG加工流程
创建一个加工操作一般要经过创建零件模型、创建毛坯、进入加工环境、创建加工坐标系、创建操作等几个主要的步骤，加工流程图如图11所示。
图11UG加工流程图
在非切削移动中设置安全平面高度，点击生成刀轨，如图12所示
图12
之后还需要运用固定轴轮廓铣对斜面以及圆弧面进行精加工，平面铣对平面进行精加工，在加工斜槽时，存在一个向内凹的内壁，所以还用到了多轴铣中的外形轮廓铣，最终生成的刀轨如图13所示。
图13
然后用型腔铣进行外轮廓的粗加工，之后运用固定轴对斜面以及圆弧面进行精加工。
生成刀轨如图14所示。
图14
然后对其进行数控编程处理，生成NC代码，仿真加工。
如图15-19所示
图15
图16
图17
图18
图19
六、基于斯沃软件的仿真加工
1、机床及数控系统的选择
点击主菜单“选项”下的子菜单“选择机床和系统”，弹出设置窗口，在该窗口中选择3轴立式铣床以及华中世纪星数控系统，右边则显示该机床的相关参数。
然后按“确定”键，则窗口关闭并切换为华中世纪星数控系统3轴铣床。
如图20所示。
图20
2、刀具的制定
当进入数控铣床系统后，点击主界面菜单栏“工艺流程”下的“铣床刀具库”项，就可以打开铣床的刀具库。
在右侧输入刀具直径为10，有效刀长为100，其他参数默认，点击“建立刀具”，则左侧列表中显示该刀具，如要对该刀具进行修改，首先在刀具库的刀具列表中选中要修改的刀具，窗口右侧显示该刀具的参数，然后输入修改数值，最后“确认修改”，点击“安装刀具”，按“确认”键，刀具库窗口自动关闭，同时主界面中的机床已被安装上了刀具。
如图21所示
图21
3、毛坯的建立
当进入数控铣床系统后，点击主界面菜单栏“工艺流程”下的“毛坯”项，就可以打开铣床的毛坯库如图22所示。
按窗口中的“新毛坯”键，弹出毛坯设置窗口。
在窗口左侧设置毛坯的长宽高为160*118*38如图23所示，材料选择铝，夹具选择，工艺板尺寸选择默认，然后“确定”，在毛坯列表中选择刚建立的毛坯之后“安装”选择“确定”则毛坯已经安装到了主界面的工作台上。
图22
图23
4、对机床的操作
接通数控系统电源后，必须先进行返回参考点的操作。
但由于机床在这时仍处于锁住的状态，所以需要先按“急停”键给机床解锁。
首先按下机床操作面板上的“急停”键，然后按下“回参考点”键。
最后分别按下不同的坐标轴方向键“+X”“+Y”“+Z”。
5、建立工件坐标系
在铣床上，工件坐标系的确定是通过对刀过程实现的。
对刀点选择图24所示位置。
使用手动进给移动机床，并结合“辅助视图”对好刀具的基准，然后将值输入系统。
其操作过程如下：
将对刀仪移近工件表面，打开辅助视图，继续移动对刀仪直到与毛坯的一面接触，得到X轴坐标值所示坐标值为-873.475对刀仪半径为5，塞尺为1，所以X向坐标值应为-873.475+5+1=-867.475。
依同样方法得到另两轴坐标值。
将坐标值输入到G54坐标系。
图24
6、程序的加载及修改
工件的加工程序较长、较复杂，用UG软件编程，保存成代码文件，然后导入系统。
点击菜单栏“文件”下的“加载NC代码文件”就可导入编写的程序。
将程序头加上文件名O0010，并对程序进行校验。
7、对工件的加工
在校验完成之后选择“自动”，“循环启动”对毛坯进行加工，由于零件需要1次装夹，而仿真软件不能保留上次装夹所加工过的零件外形，所以仅对第1次装夹时，加工零件上表面外轮廓进行仿真，仿真结果如图25所示。
七、基于华中数控铣床的实际操作
八、经济技术性分析
经济技术性分析是把技术实践与经济效果结合起来，使技术的先进性与经济的合理性很好的统一起来。
其中，包括方案的技术价值和经济价值。
分析后既有利于决策的决断，也便于有针对性的改进性能从而选择最经济的方案。
生产成本是制造一个零件或一部机器所花费的一切的费用的总和，分为与工艺过程有关的费用和与工艺过程无关的费用两大类。
下面对前一种费用（即工艺成本）进行分析与比较。
提高经济性措施：
在满足零件工作要求的情况下，尽量选取价格低、重量轻、加工性能较好的材料。
毛坯选择铝料，在飞机接头零件中外形结构较为复杂，零件在一次装夹中能完成将近全部余量的切削，但是其必须运用五轴机床进行加工，大大的增加了加工成本，所以采用先三轴数控铣床加工，其中在遇到三轴机床无法加工，而钳工也无法运用划线来确定平面位置的外形则选用5轴机床。
以此来尽量减少加工成本。
同时对零件的粗加工采用直径较大的刀具，大的吃刀量，精加工采用小的切削量，合理安排了各工序之间的关系，即保证零件的质量，又节省了工时。
从上面可以看出，零件的工艺安排具有良好的经济性。
所选用的刀具直径比较小，刀具路径，刀具数目较多，换刀时间长，步骤繁琐，而国泰则有些加工地方根据多年经验来定，促使我所用的工时要比实际加工的用得多，制造费用也比较大。
数控加工的推广，不仅需要高配置的计算机平台，先进的数控机床设备，完善的CAD/CAM系统，更需要较高的人员技术素质。
所以，要加强员工的专业培训。
数控加工工艺方案虽然前期投入较大，但它的长期经济效益，技术效益和社会效益是显而易见的。
结束语
在三个星期的课程设计中，完成了对某零件由三维建模到生成二维工程图，并对零件进行工艺分析和工艺方案的确定，编写制造大纲，运用UG软件进行数控编程，并生成刀轨，对刀轨进行验证，最后进行仿真加工。
经过了整个课程设计，我对UG软件有了更深一步的了解，能够熟练地掌握UG软件的CAD模块和CAM模块，并在读图能力上得到了长足的进步，能初步了解到一些关于刀具，切削用量的选择标准，进行一些简单的工艺编制及手工编程，在运用VNUC仿真软件中也模拟实践了对刀以及坐标系设定等对机床的操作，增强了自己的动手能力。
通过了这次课程设计我也认识到了自己知识面的狭小以及动手能力上的不足，所以多向老师请教和与同学之间多交流是弥补自己欠缺的最主要途径，它也让我在进入社会之前得到了更好的锻炼，为将来打下了良好的基础。
致谢
为期三个星期的课程设计结束了，在这三个星期的课程设计过程中我遇到了很多从未遇到过的问题，这些问题为课程设计带来了很多困难。
但正是由于这些困难，才让我了解到自己的不足，从而不断充实自己。
这次课程设计也是为我走入社会之前设置的一次演习，我从中学会了什么叫坚持，它教会了我活学活用现有的知识，为我步入社会做下良好的铺垫。
当然这次课程设计得以顺利完成，并非我一人之功，是所有指导过我的老师，帮助过我的同学和一直关心支持着我的家人对我的教诲、帮助和鼓励我的结果。
我要在这里对他们表示深深地谢意！
最后特别要提到的是在整个课程设计过程中同我共同度过的指导老师，在我最艰难的日子里，他孜孜不倦的为我解答疑难，鼓励我不断学习进取，仔细的为帮我改正错误，使我的课程设计质量有了大幅提高，我在此向您表示衷心的感谢！
参考文献
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机械工业出版社,1985
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清华大学出版社，2006
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北京理工大学出版社，2006
[4]田萍主编.数控机床加工工艺及设备.北京：
电子工业出版社，2005
[5]孟少农主编.机械加工工艺手册（第一卷）.北京：
机械工业出版社，1998
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清华大学出版社，2006
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机械工业出版社，1998
[12]范炳焱主编.数控加工程序编制.北京：
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[13]李益民主编机械制造工艺设计简明手册1999年版；机械工业出版社，1999
[14]郑修本主编机械制造工艺学1999年版；机械工业出版社，1999
[15]张耀宸,王玉生等主编.机械加工工艺设计手册，航空工业出版社，1987.12
附录
%00010（粗铣外轮廓）
N0010G40G17G90G70
N0020G91G28Z0.0
:
0030T00M06
N0040G0G90X3.0672Y-2.7165S0M03
N0050G43Z.7874H00
N0060Z.0591
N0070G1Z-.0591F9.8M08
N0080X3.1182Y-2.5197
N0090G3X3.1565Y0.0I-5.164J1.3386
N0100X3.1182Y2.5197I-5.2023J1.1811
N0110G1X2.9146
N0120G2X2.9545Y0.0I-4.9604J-1.3386
N0130X2.9146Y-2.5197I-5.0002J-1.1811
N0140G1X2.7104
N0150G3X2.752Y0.0I-4.7562J1.3386
N0160X2.7104Y2.5197I-4.7977J1.1811
N0170G1X2.5056
N0180G2X2.549Y0.0I-4.5513J-1.3386
N0190X2.5056Y-2.5197I-4.5947J-1.1811
N0200G1X2.3
N0210G3X2.3454Y0.0I-4.3458J1.3386
N0220X2.3Y2.5197I-4.3912J1.1811
N0230G1X2.0936
N0240G2X2.1413Y0.0I-4.1393J-1.3386
N0250X2.0936Y-2.5197I-4.187J-1.1811
N0260G1X1.8862
N0270G3X1.9363Y0.0I-3.9319J1.3386
N0280X1.8862Y2.5197I-3.9821J1.1811
N0290G1X1.6777
N0300G2X1.7306Y0.0I-3.7234J-1.3386
N0310X1.6777Y-2.5197I-3.7763J-1.1811
N0320G1X1.4678
N0330G3X1.5238Y0.0I-3.5135J1.3386
N0340X1.4678Y2.5197I-3.5695J1.1811
N0350G1X1.2563
N0360G2X1.3158Y0.0I-3.302J-1.3386
N0370X1.2563Y-2.5197I-3.3615J-1.1811
N0380G1X1.0428
N0390G3X1.1064Y0.0I-3.0885J1.3386
N0400X1.0428Y2.5197I-3.1521J1.1811
N0410G1X.827
N0420G2X.8953Y0.0I-2.8727J-1.3386
N0430X.827Y-2.5197I-2.941J-1.1811
%00020（粗铣外轮廓）
N0010G40G17G90G70
N0020G91G28Z0.0
:
0030T00M06
N0040G0G90X3.059Y-2.7165S0M03
N0050G43Z.7874H00
N0060Z.0996
N0070G1Z-.0185F9.8M08
N0080X3.1101Y-2.5197
N0090G3X3.1484Y0.0I-5.1558J1.3386
N0100X3.1101Y2.5197I-5.1942J1.1811
N0110G1X2.9065
N0120G2X2.9464Y0.0I-4.9522J-1.3386
N0130X2.9065Y-2.5197I-4.9921J-1.1811
N0140G1X2.7023
N0150G3X2.7439Y0.0I-4.748J1.3386
N0160X2.7023Y2.5197I-4.7896J1.1811
N0170G1X2.4974
N0180G2X2.5409Y0.0I-4.5431J-1.3386
N0190X2.4974Y-2.5197I-4.5866J-1.1811
N0200G1X2.2918
N0210G3X2.3373Y0.0I-4.3375J1.3386
N0220X2.2918Y2.5197I-4.383J1.1811
N0230G1X2.0853
N0240G2X2.1331Y0.0I-4.1311J-1.3386
N0250X2.0853Y-2.5
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