基于ug奥迪汽车车身的曲面设计与加工.doc
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南京工程学院
本科毕业设计（论文）
题目：
基于UG奥迪汽车车身的曲面设计与加工
专业：
自动化（数控技术）
班级：
K数控051学号：
学生姓名：
李强
指导教师：
实验师
起迄日期：
2009.4～2009.6
设计地点：
工程实践中心
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GraduationDesign（Thesis）
DesignandNCmanufacturingforthecurvedface
oftheAodiCarBasedonUG
By
ChenJin
Supervisedby
LabAssistant.ZhaoJianfeng
SchoolofAutomation
NanjingInstituteofTechnology
June,2009
摘要
本次课题是基于UGNX软件对奥迪汽车车身模型的曲面进行设计和加工。
在整个设计过程中，以目前国际上最流行的三维造型和加工软件之一的UGNX6.0为平台，设计出奥迪汽车车身的曲面造型和实体模型，并在此基础上进行虚拟制造和数控加工。
随着计算机技术的发展，UG作为一体化的CAD/CAE/CAM（计算机辅助设计/计算机辅助分析/计算机辅助制造）软件在各个领域得到了广泛地应用。
该软件以工作站和微机为平台，UGCAD与UGCAM功能之间紧密相连，确保了CAM模型与CAD设计的同步性。
它是工业界中最好且最具代表性的数控软件之一，利用它可以针对任何加工任务生成优化和可用的数控加工路径。
本次设计，以目前市场中知名高档汽车之一的奥迪汽车模型为参考，首先用UG软件的CAD模块绘制出车身曲面并进行实体建模；然后用UG软件中的分析功能对模型进行曲面分析与优化；再运用UG软件的CAM模块对汽车车身模型进行虚拟制造，最后通过计算机与RS232通信接口，进行数控机床的DNC加工，最终生成产品模型。
关键字：
UG；奥迪汽车；实体建模；虚拟制造；数控加工
ABSTRACT
ThispaperpresentsUG-basedComputer-AidedDesignandManufaturingofthecurvedfaceoftheAodiCarmodel.Inthewholedesignprocess,thedesignandmanufacturingsoftwareisUGNX6.0.AnduseUGsoftwaretoproducethemould,andthenanalysessurfaceanddimenationofthemouldbyanalysingfunctionofUGsoftware.
Alongwithcalculatortechnicaldevelopment,theUGthatastheCAD/CAMsoftwareturntogetateachrealmbroadlyapplied.Thissoftwaretakestheworkstationandthecomputerasterrace,thefunctionoftheUGCADandUGCAMisclosetoconnectwitheachother,insuringthesynchronizationoftheCAMmodelandCADdesign.ItisoneofthebestandthemostrepresentativeNCsoftwaresintheindustry,makinguseofitcanproduceexcellentandavailableNCprocesspathaimatanyprocessmission.
Themainprocessis:
SelectthepopularAodiCarincurrentmarket.FirstusesUGsoftwaretosetupthemould,andthenanalysesurfaceanddimenationofthemouldbyanalysingfunctionofUGsoftware.Afterthat,completesthevirtualmanufacturingofthemouldbyCAMfunctionofUG.Finally,transfersNCcodetoNCMachineToolwithRS232andthenmanufacturstheproduct.Suchafinishedproductismade.
Keywords:
UG；AodiCar；Substantialitymould；virtualmanufacturing；NCmanufacturing
目录
第一章绪论 1
1.1引言 1
1.2选题背景及意义 1
1.3研究现状 2
1.4设计步骤及内容 3
1.5本文的结构 3
第二章UG软件的介绍 4
2.1UGNX6软件概述 4
2.2UGNX6软件的常用模块 4
2.2.1建模 4
2.2.2外观造型设计 4
2.2.3绘图 4
2.2.4装配 4
2.2.5加工 4
2.3UGNX6中的CAD技术 5
2.3.1草图设计 5
2.3.2曲线 5
2.3.3基础建模 5
2.3.4曲面设计 5
2.3.5零件装配 6
2.3.6工程图设计 6
2.4UGNX6中的CAM技术 6
2.4.1主要加工方式 6
2.4.2仿真功能 8
2.4.3后置处理和车间工艺文档 8
第三章奥迪汽车车身的建模 9
3.1建模分析 9
3.1.1设计方法分析 9
3.1.2汽车车身曲面构造分析 9
3.2具体设计步骤 9
3.2.1创建车顶曲面 9
3.2.2创建车头曲面 12
3.2.3创建车身侧曲面 14
3.2.4创建车灯曲面 15
3.2.5创建车尾曲面 16
3.2.6创建车头过渡曲面 17
3.2.7创建车轮过渡曲面 17
3.2.8创建车门过渡曲面 18
3.2.9创建汽车其他过渡曲面 18
3.3建模总结 19
第四章奥迪汽车车身模型的虚拟制造 20
4.1设计流程与加工方案 20
4.1.1生成刀轨的编程步骤 20
4.1.2加工方案 20
4.2虚拟加工具体步骤 21
4.2.1进入加工模块 21
4.2.2创建刀具 21
4.2.3创建几何体 22
4.2.4设置加工方法 24
4.2.5型腔粗加工 24
4.2.6精加工 28
4.2.7后置处理 32
4.3虚拟制造总结 33
第五章奥迪汽车车身模型的数控加工 34
5.1数控铣床简介 34
5.1.1数控铣床的主要功能 34
5.1.2数控铣床的主要加工对象 35
5.2数控加工具体步骤 35
5.3数控加工总结 38
第六章结论 39
6.1论文总结 39
6.2感想 39
致谢 40
参考文献 41
附录A：
英文资料 42
附录B：
英文资料翻译 51
附录C：
粗加工程序 58
附录D：
精加工程序 59
附录：
毕业设计光盘资料
第一章绪论
1.1引言
CAD/CAM技术是先进制造技术的重要组成部分，是计算机技术在工程设计、制造等领域中具有重要影响的高新技术。
CAD/CAM技术的推广应用有助于利用电子信息技术改造传统产业，提高企业的活力、竞争能力、市场应变能力和技术创新能力。
CAD/CAM软件作为企业信息化基础应用软件，其发展过程和趋势是从单项技术的发展和应用到各种技术的集成化应用，从单个企业向集团联盟化发展，这不仅是CAD/CAM技术和产品的趋势，同时也反映了制造业信息化技术的应用趋势。
CAD/CAM技术和系统的发展和应用使传统的产品设计方法与生产模式发生了深刻变化，产生了巨大的经济和社会效益。
UGNX是由美国UGS公司推出的面向制造行业的CAD/CAE/CAM的高端软件，是当今世界上最先进、最流行的工业设计软件之一。
它集设计、分析和制造等功能于一体,为工程技术人员提供了丰富的三维图形资源库,可以用于机械制造领域的计算机辅助设计、计算机辅助分析、计算机辅助制造等方面。
更为可贵的是UGNX实现了上面三种功能的有机集成,可以实现虚拟产品开发、精确装配、加工仿真、运动仿真等过程。
从而实现机械设计和制造集成化,大大缩短了产品的开发设计周期,节省了大量的材料、资金和人力,给机械设计和加工带来了革命性的变革。
【1】
1.2选题背景及意义
随着我国改革开放步伐的进一步加快，中国正逐步成为全球制造业的基地，特别是加入WTO后，作为制造业基础的模具行业近年来得到了迅速发展。
模具生产水平的高低，己成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。
而CAD/CAM软件加工及快速成型等先进制造技术的不断发展，以及这些技术在模具行业中的普及应用，使得模具设计与制造领域正发生着一场深刻的技术革命，传统的二维设计及模拟量加工方式正逐步被基于产品三维数字化定义的数字化制造方式所取代。
在这场技术革命中，逐步掌握三维CAD/CAM软件的使用，并用于模具的数字化设计与制造中是其中的关键。
随着人们生活水平的逐渐提高，汽车走进了越来越多的家庭。
奥迪汽车作为高档汽车中的领跑者在众多汽车品牌中脱颖而出，不仅因为其有着高技术、高性能、经济性及环保性的完美结合，优美的车身外型也起到了至关重要的作用。
UGNX软件则作为目前功能最为强大的CAD/CAM/CAE集成软件之一，在汽车、航天、机械制造等行业应用十分普遍，并且发展势头迅猛。
本次课题则基于UGNX软件对奥迪汽车车身模型的曲面进行设计和加工，由此可见本次毕业设计有着重大的意义。
通过本次毕业设计，可以熟练地掌握UGNX软件的各种强大的功能以及这些功能在汽车车身的曲面设计和加工中的应用。
通过对奥迪汽车车身模型的造型设计，培养了独立思考和自主设计的能力，并使得自学和综合分析能力有所提高。
最后对设计出的汽车车身模型在加工中心上进行数控加工，更是做到了将基础与专业、理论与实践相结合，在掌握数控加工中心操作方法的同时使自己的动手能力有了进一步的提高。
1.3研究现状
我国制造业正面临着市场全球化、经济一体化，处于竞争战略不断升级，相应的制造理念和制造模式不断创新的时期，先后出现了柔性制造、集成制造、敏捷制造、智能制造以及其他各种先进制造理念和模式。
企业不得不面对低成本化、高品质化、交货期缩短化、直接成型化的挑战。
另一方面，由于计算机技术日新月异的发展，PC机的性能已完全赶上甚至超过早期工作站的性能，促进了CAD/CAM技术的普及。
同时，数控技术、计算机技术的发展，在数控加工、模具加工现场很多都引入了计算机，从过去的劳动密集型向技术、信息密集型产业转化。
而数控加工、CAD/CAM是支撑现代制造业的基础。
目前，国内外常用的CAD/CAM软件主要有以下几种：
1．Solidworks：
它是一套智能型的高级3D实体绘图设计软件，拥有直觉式的设计空间，是三维实体造型CAD软件中用的最普通的一种软件。
它使用最新的物体导向软件技术，采用特征管理员的参数式3D设计方式及高效率的实体模型核心，并且有高度的文件兼容性。
2．UGNX：
它是UGS公司的软件，功能多、性能好。
机械产品设计从上而下，从装配的约束关系开始，改变装配图中任一零件尺寸，所有关联尺寸会自动作相应的修改，大大减少了修改中的失误，思路更清晰，更符合机械产品的设计方法和习惯。
3．PRO/E：
它是美国参数科技公司开发出的CAD/CAE/CAM软件，采用面向对象的单一数据库和基于特征的参数化造型技术，为三维实体造型提供了一个优良的平台。
零件的参数化设计，修改很方便，零件都设计完后，能进行虚拟组装，组装后的模型可以进行动力学分析，验证零件之间是否有干涉。
当今信息革命的浪潮正在冲击着世界的每一个角落，世界同一市场正在形成，全球经济一体化正以超乎寻常的速度发展。
因此，制造业所面临的环境比以往任何时候都要复杂多变，竞争之激烈在时空上超越了国家、地区的界限，而延伸至全球的每个角落。
制造业要有能力对其外部环境的瞬间变化作出快捷反应，必须采用先进的制造技术、战略理念，以求得长期的生存和发展。
而CAD/CAM技术作为最先进的制造技术之一，在高速宽带网络技术和快速无图纸设计/制造技术两方面应有更多的投入和发展。
1.4设计步骤及内容
本次课题所研究的内容是基于UGNX软件对奥迪汽车车身模型的曲面设计和加工，主要分为以下几个步骤：
1．奥迪汽车车身模型的三维建模。
根据奥迪汽车车身模型的光栅图，用UG软件的CAD模块绘制出车身曲面并进行实体建模；然后用UG软件中的分析功能对模型进行曲面分析与优化。
2．奥迪汽车车身模型的虚拟制造。
利用UGNX里的CAM功能，通过生成刀具路径工具产生加工过程中刀具的运动轨迹，并且在计算机中进行虚拟制造，对刀具运动轨迹的合理性进行验证。
3．奥迪汽车车身模型的数控加工。
利用UGNX软件将仿真后得到的数控加工程序通过数据线传送到加工中心系统，并在加工中心上实现奥迪汽车车身模型的数控加工。
1.5本文的结构
本文以奥迪汽车车身模型的设计与数控加工为应用背景，对UG中的CAD/CAM技术进行了研究。
全文共分为六章，各章的主要内容如下：
第一章介绍了UG的特点与相关研究背景以及该设计的研究方向；
第二章对UG软件的主要模块和技术特点做了介绍；
第三章详细介绍了利用UGCAD功能模块进行汽车车身建模的过程；
第四章介绍对已经建好的汽车模型进行虚拟加工的步骤；
第五章主要讲了汽车模型的实际数控加工过程；
第六章总结了全文的研究工作，给出了存在的问题和进一步研究的方向。
第二章UGNX6软件的介绍
2.1UGNX6软件概述
UGNX6是UGS公司目前推出的最新版本的高端CAD/CAE/CAM软件，为制造业提供了全过程的解决方案，被广泛应用于航母、汽车、机械和电子等行业。
UGNX6由多个模块组成，通过这些模块可以实现概念设计、详细设计、装配、绘图、分析和数控和加工的一体化。
UGNX6系统提供了一个基于过程的产品设计环境，该软件以Parasolid为实体建模核心，并且具有良好的用户界面。
当进行命令操作时，具有自动推理功能和相应的提示信息，易于学习和掌握。
2.2UGNX6软件的常用模块
2.2.1建模
本模块是基于约束的特征建模方式，可以通过草图和成型特征等方式建立实体模型，也可以方便地修改模型各个特征的尺寸大小及位置。
2.2.2外观造型设计
本模块用于建立复杂的曲面模型，提供了扫描、桥接、网格曲面和艺术曲面等功能，利用这些工具可以建立有复杂曲面的工业产品。
2.2.3绘图
本模块用于从三维实体或曲面直接生成二维工程图，包括直接添加旋转剖和阶梯剖等视图，能根据用户定义标准标注尺寸、形位公差、明细表及技术要求等，并且保持了与实体模型的关联性，大大提高了制图效率。
2.2.4装配
本模块用于零件的虚拟装配，利用装配约束关系将零件或者组件装配成一个完整的产品。
在装配过程中，可以自上而下或者自下而上装配零件，还可以对零件进行设计和更改，使各个零件之间存在关联性，尽可能避免设计失误，从而提高设计效率。
2.2.5加工
本模块用于数控加工模拟及加工自动编程,可进行一般的二轴、二轴半铣削,也可以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用于用户特定的数控机床,不在需要修改指令即可加工。
【2】
2.3UGNX6中的CAD技术
2.3.1草图设计
草图属于一个特征，并且草图与其相关的特征存在父子关系，可以通过对草图的几何约束和尺寸约束进行修改，从而快速更新模型。
草图在默认情况下是一个二维图形，可以作为其他功能命令的截面图形，在创建了草图特征后，可以在资源条中的“部件导航器”窗口中找到相应的草图特征。
当需要绘制特定的形状截面时，就可以通过草图来实现。
在草图中可以对图形进行参数化驱动，快速修改草图的几何约束和尺寸约束，实现自己的设计意图。
通过使用草图，也可以实现模型的高度参数化与关联性，并且最终的设计易于修改。
只需要用鼠标双击草图，系统便自动进入编辑的草图空间，修改相关的参数即可，草图是UGNX6中使用的最频繁的功能命令。
2.3.2曲线
在创建扫掠和旋转等特征时，都需要选择相关的曲线或者边缘线。
通过使用UGNX6中的曲线功能，可以直接在模型空间中创建相应的曲线，并且可以设置曲线是否关联，从而将参数与非参数建模有效结合在一起，快速对相关的模型进行创建和编辑。
UGNX6中的曲线主要包括直线、圆弧/圆、螺旋线、规律曲线、样条曲线和文本曲线等。
在创建曲线后，还可以通过曲线操作的相关命令直接对曲线进行操作，包括修剪曲线、分割、编辑曲线长度和光顺等，使曲线编辑达到设计意图。
2.3.3基础建模
UGNX6有着强大的实体基础建模功能，可以交互式地创建与修改特征，也可以使用简单的基础建模命令创建出复杂的实体模型，并保持各个特征之间的关联性，相关参数可以引用到其他模块中。
UGNX6的同一个模型中允许存在多个实体，并且支持多个实体之间的布尔运算（求和、求差和求交），使建模方式灵活多变。
所有的零件都是基于特征进行建模的，并且由多个简单的特征构成。
2.3.4曲面设计
设计曲面时，既可以直接创建曲面，也可以将曲面转换成实体。
UGNX6中的曲面设计与实体设计是紧密相关的，部分的曲面命令与实体命令合并在一起，如拉伸、旋转和镜像体等。
UGNX6中的曲面设计功能强大，使用方便，可以直接预览生成的曲面。
绝大多数的曲面命令都是基于线生成的，因此在构建产品的曲面外形时，首先需要建立构建曲面的边界曲线，然后使用曲面命令通过边界曲线生成相应的曲面。
一般情况，简单的曲面可以一次完成，而实际产品往往比较复杂，此时就应该采用先构建主要的/大面积的曲面，然后处理连接过度部分，最终完成整个产品造型。
2.3.5零件装配
UGNX6中零部件的装配过程，实际就是通过定义零件模型之间的装配约束过程，从而达到模拟现实环境的装配关系。
与草绘中添加二维约束以确定草绘曲线关系的方法类似，在零件模型之间也可以添加约束关系，从而确定各个零件的相对位置，完成组件的装配，也可以检查零件间的可装配性和干涉等问题。
装配完成后，还可以直接创建装配的爆炸图，用于生成表示装配关系的工程图。
通过UGNX6中的零部件虚拟的装配，极大地方便了装配件及零部件的设计与管理。
在装配环境下，还可以将其他零部件中的几何元素引用到当前零部件中，从而快速实现零部件中的尺寸和位置关联。
【3】
2.3.6工程图设计
设计完成零件模型后，大多数需要绘制零件的工程图，此时就需要用到UGNX6的制图模块。
在本模块中，可以方便地创建所需要的视图，如剖视图、局部剖视图、断裂视图、局部放大图和半剖视图等，这些视图完全可以满足制图需要，并且可以快速标注零件尺寸和公差，添加文字说明、标题栏和明细表等内容。
2.4UGNX6中的CAM技术
UGNX6中加工编程环境可以由用户自己定制，用户可以根据自己的工作需要来定制编程环境，排除与自己的工作不相关的功能，简化编程环境，使环境最符合自己的需要，减少过于复杂的编程界面带来的烦恼，有利于提高工作效率。
2.4.1主要加工方式
1．车削加工
车削加工提供为高质量生产车削零件需要的所有能力，UGNX6/Lathe为了自动的更新，在零件几何体与刀轨间是全相关的，它包括粗车、多刀路精车、车沟槽、车螺纹和中心钻等子程序；输出时可以直接被后处理，产生机床可读的一个源文件。
2．型腔铣
型腔铣提供粗加工一个或多个型腔和围绕任意形状对象移去大量毛坯材料的所有能力，其中最好的功能是能够在很复杂的形状上生成轨迹和切削图样，容差型腔铣允许加工放松公差设计的形状，这些形状可以有间隙和重叠，当型腔铣检测到反常时，可以纠正它们或在用户规定的公差内加工型腔，这个模块提供对模芯和模腔实际上的过程全自动化。
3．平面铣
平面铣用于平面轮廓或平面区域的粗精加工，刀具平行于工件底面进行多层铣削。
每一切削层均与刀轴垂直，各加工部位的侧面与底面垂直。
平面铣用边界定义加工区域，切除的材料是各边界投射到底面之间的部分，但平面铣不能加工与底面不垂直的部位。
4．固定轴曲面轮廓铣
固定轴曲面轮廓铣模块为产生3-轴运动刀轨提供完全和综合差工具，它可以非常方便地选取加工的表面和零件部件，包括各种切削方法和切削图样供选择，包括边界、径向切削、螺旋切削和用户定义。
5．可变轴曲面轮廓铣
可变轴曲面轮廓铣模块提供任何UG曲面的固定轴和多轴铣削的功能。
规定了3～5轴轮廓运动、刀具定向和曲面加工质量。
通过用曲面参数把刀具轨迹映射到加工面上，并利用任意曲线及点就可以对刀具轨迹进行控制。
6．顺序铣
顺序铣模块适用于用户要求对切削过程中刀具的每一步路径生成都要进行控制的情况。
UG/SequentialMilling和几何模型是全相关的。
它类似于从前市场上APT系统处理的软件，但生产率要高得多。
用交互式可以逐段地建立刀具路径，但处理过程的每一步都受总控制的约束。
7．线切割
线切割方便地在2-轴和4-轴方式中切削零件，线切割支持线框或实体UG模型，在编辑和模型更新中，所有操作是全相关的，多种类型的线切割操作是有效的，如多刀路轮廓，线反向和区域移去，也支持允许黏结线停止的轨迹和使用各种线尺寸和功率设置，用户可以使用通用的后置处理器，对于待定的后置开发一个加工机床数据文件，UG线切割模块也支持许多流行的EDM软件包，包括AGIECharmilles和许多其他的工具。
8．螺纹铣
对于一些因为螺纹直径太大，不适合用攻丝加工的螺纹都可以利用螺纹铣加工方法加工。
螺纹铣利用特别的螺纹铣刀通过铣削的方式加工螺纹。
9．点位加工
点位加工可产生钻、扩、镗、铰和攻螺纹等操作的加工路径，该加工的特点是：
用点作为驱动几何，可根据需要选
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