推荐基于UG万向平口钳造型及加工 精品.docx

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南通广播电视大学

毕业

课题名称基于UG万向平口钳造型及加工

姓名何赛健

学号0607020XX5

专业数控技术

班级06数控

（2）

指导老师季建华

20XX年12月

前言

UnigraphicsSolutions公司（简称UGS）是全球著名的MCAD供应商，主要为汽车与交通、航空航天、日用消费品、通用机械以及电子工业等领域通过其虚拟产品开发（VPD）的理念提供多级化的、继承德、企业级的包括软件产品与服务在内的完整的MCAD解决方案。

其主要的CAD产品是Unigraphics（UG）。

UnigraphicsNX融线框模型、曲面造型、实体造型为一体，是参数化和特征化的CAD/CAM/CAE系统。

系统建立在统一的富有关联性的数据库基础上，提供了工程上的完全关联性，使CAD/CAM/CAE各部分数据自由切换。

以基本特征作为交互操作的基础单位，利用特征技术，用户可以在更高层次上进行产品设计、模具设计、数控加工编程和工程分析，实现并行工程CAD/CAPP/CAM的集成与联动。

这不仅有利于CAD/CAM系统之间交换信息，而且有利于信息的共享。

应用好UnigrahpicsNX提供的强大的数控加工编程功能，包括数控车削、铣削、线切割等编程模块等，是提高企业数控加工技术应用水平的一个重要途径。

UnigraphicsNX基于Windows平台，是集CAD/CAE/CAM一体化的三维参数化软件，是当今世界上最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件之一，广泛应用于航空、汽车、造船、通用机械、模具、家电等领域。

如：

俄罗斯航空，北美汽油涡轮发动机,美国通用汽车，普惠喷气发动机,波音,以色列飞机公司，英国航空公司等都是Unigraphics软件的重要用户。

自从1990年Unigraphics软件进入中国以来，得到了越来越广泛的应用，现已成为我国工业界主要使用的大型CAD/CAE/CAM软件。

前言-----------------------------------------------------------2

摘要-----------------------------------------------------------4

第一章绪论------------------------------------------------------5

1.1UG软件的简介---------------------------------------------5

1.2本研究的目的及意义------------------------------------6

第二章UG软件在机械行业中的地位及应用---------------------------7

2.1UG软件在机械行业中的地位----------------------------------7

2.2UG软件的应用----------------------------------------------8

第三章万向平口钳各部件的设计造型-----------------------------------------------------11

3.1钳座的设计----------------------------------------------11

3.2球面座的设计----------------------------------------------12

3.3球头杆的设计----------------------------------------------14

3.4固定钳口的设计--------------------------------------------15

3.5活动钳口的设计-------------------------------------------17

3.6导杆及螺杆的设计------------------------------------------18

3.7标准件螺栓、弹簧、钢珠的选择------------------------------19

第四章万向平口钳机构的装配---------------------------------20

4.1万向平口钳的装配示意--------------------------------------20

4.2万向平口钳UG造型图装配展示--------------------------------22

4.3台虎钳的各部件装配及原理---------------------------------23

第五章台虎钳各部件的加工

5.1机床选择------------------------------------------------24

5.2夹具的选择-----------------------------------------------25

5.3走刀路线的确定-------------------------------------------27

5.4工艺文件编制---------------------------------------------31

5.5UG的自动编程及程序--------------------------------------32

总结--------------------------------------------------41

参考文献致谢-----------------------------------------------42

摘要

本文主要介绍CAD/CAM在机械产品上的应用，其中包括UG,AUTOCAD。

介绍了UG的发展历史及其作用，机械部分设计包括：

台虎钳工作原理；应用UG软件对台虎钳的各部件进行设计、造型、虚拟装配及加工仿真出程序等过程。

关键词:

CAD/CAM；UG；台虎钳；造型、装配；加工。

Abstract:

ThispapermainlyintroducestheCAD/CAMapplicationintheareaofmechanicalproducts,includingUG,AUTOCAD.IntroducesthedevelopmenthistoryofUGandfunction,mechanicaldesignincluding:

Fixturejawviceprincipleofwork,UsingUGsoftwareponentsonFixturejawviceofdesign,modelling,virtualassemblingandmachiningemulationproduceprocedureofprocess.

Keywords:

CAD/CAM,UG,Fixturejawvice,Modelling,assembling,Processing.

第一章绪论

1.1UG软件的简介

UnigraphicsSolutions公司（简称UGS）是全球著名的MCAD供应商,主要为汽车与交通、航空航天、日用消费品、通用机械以及电子工业等领域通过其虚拟产品开发（VPD）的理念提供多级化的、集成的、企业级的包括软件产品与服务在内的完整的MCAD解决方案。

其主要的CAD产品是UG。

UG具有丰富的曲面建模工具。

包括直纹面、扫描面、通过一组曲线的自由曲面、通过两组类正交曲线的自由曲面、曲线广义扫掠、标准二次曲线方法放样、等半径和变半径倒圆、广义二次曲线倒圆、两张及多张曲面间的光顺桥接、动态拉动调整曲面、等距或不等距偏置、曲面裁减、编辑、点云生成、曲面编辑。

UG进入中国已经有九个年头了，其在中国的业务有了很大的发展，中国已成为远东区业务增长最快的国家。

几年来，UG在中国的用户已超过800家，装机量达到3500多台套。

UG特点:

建模的灵活性

（1）复合建模：

无需草图,需要时可进行全参数设计,无需定义和参数化线——可直接利用实体边缘。

几何特征：

具有凸垫、键槽、凸台、斜角、挖壳等特征、用户自定义特征、引用模式。

　光顺倒圆:

业界最好的倒圆技术，可自适应于切口、陡峭边缘及两非邻接面等几何构形，变半径倒圆的最小半径值可退化至极限零。

（2）协同化装配建模

可提供自顶向下、自底向上两种产品结构定义方式并可在上下文中设计／编辑，高级的装配导航工具，可图示装配树结构，可方便快速的确定部件位置，对装配件的简化表达，隐藏或关掉特定组件。

局部着色，强大的零件间的相关性，配对条件，零件间的表达式（关系），协同化团队工作，可方便的替换产品中任一零部件，刷新部件以取得最新的工作版本，团队成员可并行设计产品中各子装配或零件。

（3）直观的二维绘图

对制图员来讲，简单并富于逻辑性，剖视图自动相关于模型和剖切线位置，正交视图的计算和定位可简便的由一次鼠标操作完成，自动隐藏线消除，自动尺寸排列——不需要了解设计意图，自动工程图草图尺寸标注。

（4）被业界证实的数控加工

２～５轴铣，车加工，线切割，钣金件制造，刀轨仿真和验证，刀具库／标准工艺数据库功能。

（5）领先的钣金件制造

可在成型或展开的情况下设计或修改产品结构，折弯工序可仿真工艺成型过程，钣料展开几何自动与产品设计相关，可在一幅工程图中直接展示产品设计和钣料展开几何。

（6）集成的数字分析

机构运动学分析，硬干涉检查和软干涉检查，运动仿真和分析，动画过程中的动态干涉检查

（7）广泛的用户开发工具

用户命令宏，高级编程语言，可自定义裁剪的用户界面

（8）内嵌的工程电子表格

可与其他表格软件交换数据，可简便定义零件系列，可方便修改表达式，可生成扇形图、直方图和曲线图等。

（9）照片真实效果渲染

利用基于数字的设计审视，加快产品上市时间，快速成型。

1.2本研究的目的意义

UG是当今许多大型制造企业广泛使用的CAD/CAM软件，通过对CAD/CAM技术的发展，极大地改变了人们的设计手段和方法，更为重要的是CAD/CAM技术的广泛应用显著提高了设计的效率和质量，大大地降低了设计师的劳动强度，特别是三维CAD/CAM技术的日益广泛应用使其体现得更为明显。

实践证明，基于UG的产品结构设计和虚拟加工，不仅可以缩短研发周期，还可以进行应力分析、运动仿真和模拟装配，从而优化产品的结构，为产品的最终加工奠定了坚实的基础。

第二章UG在机械行业中的地位及应用

2.1UG在机械行业中的地位

UG公司的产品主要有为机械制造企业提供包括从设计、分析到制造应用的Unigraphics软件、基于Windows的设计与制图产品SolidEdge、集团级产品数据管理系统iMAN、产品可视化技术ProductVision以及被业界广泛使用的高精度边界表示的实体建模核心Parasolid在内的全线产品。

UG在航空航天、汽车、通用机械、工业设备、医疗器械以及其它高科技应用领域的机械设计和模具加工自动化的市场上得到了广泛的应用。

多年来，UGS一直在支持美国通用汽车公司实施目前全球最大的虚拟产品开发项目，同时Unigraphics也是日本著名汽车零部件制造商DENSO公司的计算机应用标准，并在全球汽车行业得到了很大的应用，如Navistar、底特律柴油机厂、Winnebago和RobertBoschAG等。

UG软件在数控加工市场具有良好的口碑，占有大量的市场，尤其在高端多轴精密加工市场占有领先地位，但其设计软件市场占有率不高，UG本身没有良好的分析工具，因此其分析功能主要是借用第三方软件，目前以美国公司的Nastran为主。

典型用户：

东方汽轮机（高精尖发电机螺旋桨叶片加工）。

另外，UGS公司在航空领域也有很好的的表现：

在美国的航空业，安装了超过10,000套UG软件；在俄罗斯航空业，UG软件具有90%以上的市场；在北美汽轮机市场，UG软件占80%。

UGS在喷气发动机行业也占有领先地位，拥有如Pratt&Whitney和GE喷气发动机公司这样的知名客户。

航空业的其它客户还有：

B/E航空公司、波音公司、以色列飞机公司、英国航空公司、NorthropGrumman、伊尔飞机和Antonov。

UGS公司的产品同时还遍布通用机械、医疗器械、电子、高技术以及日用消费品等行业，如：

3M、Will-Pemco、Biomet、Zimmer、飞利浦公司、吉列公司、Timex、Eureka和ArcticCat等。

2.2UG在机械行业中的应用

UG软件是当今世界最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件，广泛应用于航空、航天、汽车、轮船、通用机械和电子等工业领域。

UnigraphicsCAD、CAM、CAE系统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，从而优化了企业的产品设计与制造。

UG软件面向过程驱动的技术是虚拟产品开发的关键技术，在面向过程驱动技术的环境中，用户的全部产品以及精确的数据模型能够在产品开发全过程的各个环节保持相关，从而有效地实现了并行工程。

UG软件不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和产生工程图等设计功能，而且在设计过程中可进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟，提高了设计的可靠性；同时，可用建立的三维模型直接生成数控代码，用于产品的加工，其后处理程序支持多种类型数控机床。

另外它所提供的二次开发语言UG/openGRIP、UG/openAPI简单易学，实现功能多，便于用户开发专用CAD系统。

2.21实体建模模块的应用

UG是一种复合建模（Modeling）工具，它提供了多种建模方法。

在建立零件模型时，既可以用基本体素建立简单的实体，也可以通过对曲线、草图的拉伸、旋转建立各种扫描实体，还可以用系统提供的特征创建各种特征体。

台虎钳的零部件结构并不复杂，但在建模的时候要考虑采用哪种建模方法，因为不同建模方法所建立的实体模型，其编辑性能不同。

例如：

要创建台虎钳座的三维模型，对于这种阶梯轴，可用基本体素圆柱体来逐段建立，也可逐段绘制圆再对其进行拉伸来建立，还可先建一个基本体素圆柱体，再用凸台特征来建立。

在这3种建模方法中，第一种方法建立的轴编辑性不好，如果缩短中间某个台阶的长度，则会出现更新失效的提示，而第三种方法从建模的方便性和各参数的可编辑性来说都是最好的。

因此，正确的建模方法对设计的顺利进行至关重要。

对于一个零件模型，虽然没有一种固定的建模顺序和建模方法，但还是有一定规律可循的。

一般应根据零部件的结构特点，先建立一个基本体素或扫描特征作为零件的毛坯，再参照零件的粗加工过程逐步创建零件的孔、键槽、型腔、凸台、凸垫及用户定义等特征，最后参照零件的精加工过程创建倒圆、倒角、螺纹、修剪和阵列等特征。

当然，在建模过程中，可根据建模的需要创建相关的参考特征，各特征的建立顺序应尽可能与零件的加工顺序一致。

由于圆柱、块和锥等基本体素属非关联性特征，它们不与已建立的几何对象关联，因此，为保证模型的可修改性，在一个零件模型中创建的基本体素不要超过1个，而且基本体素一般作为第一个特征。

因此，在对台虎钳零部件建模时，首先要选择正确的建模方法，其次确定合理的建模顺序，然后按照零部件的结构特点逐步建立模型。

2.22虚拟装配模块的应用

UG装配（Assembly）模块用于实现各零部件间的装配关系。

它把多个通过建模模块建立的模型零件，依照Mating（配对）、Align（对齐）和Orient（方位）等关系组装在一起，实现其空间位置的安排。

通过装配可以确定零件的空间位置，反映部件的装配结构以及发现其空间干涉情况等。

在装配中，部件的几何体是被装配引用，而不是复制到装配中。

不管如何编辑部件和在何处编辑部件，整个装配部件都保持关联性，如果某部件修改，则引用它的装配部件自动更新，反应部件的最新变化。

UG装配模块不仅能快速将零部件组合成为产品，而且在装配中，可参照其他部件进行部件关联设计，并可对装配模型进行间隙分析、重量管理等操作。

装配模型生成后，可建立爆炸视图，并可将其引入到装配工程图中；同时，在装配工程图中可自动产生装配明细表，并能对视图进行局部挖切。

在万向平口钳的设计中，利用装配模块将在建模模块中建立的模型零件按照一定的空间位置关系装配起来，及时检查装配模型是否存在设计尺寸干涉，为将来实际装配的顺利进行提供可靠保证。

由此所产生的装配信息可以方便地绘制装配图，并能快速生成装配分解图，节省绘制装配图和零件图的时间和成本。

2.23工程图模块的应用

UG工程图（Drafting）模块提供了自动视图布置、剖视图、各向视图、局部放大图、局部剖视图、自动（手工）尺寸标注、形位公差、粗糙度符合标注、支持GB、标准汉字输入、视图手工编辑、装配图剖视、爆炸图、明细表自动生成等工具。

将UG的建模模块创建的台虎钳的各零件和装配模型引用到UG的工程图功能中，快速地生成二维工程图。

由于UG的工程图功能是基于创建三维实体模型的二维投影所得到的二维工程图，因此，工程图与三维实体模型是完全关联的，实体模型的尺寸、形状和位置的任何改变，都会引起二维工程图作出实时变化。

这样便大大减少了二维图更新所需的时间,可以从根本上杜绝传统的二维工程图设计中尺寸矛盾、丢线等常见错误，从而保证二维工程图的正确无误。

将UG软件应用于台虎钳的设计，所赋予的是一种全新的设计方式，它不仅突破了传统二维设计的局限性，更好地体现、验证、完善设计人员的设计意图，而且可以简化复杂产品的设计过程，降低产品成本，在产品投标报价之时，就能够将未来产品的外观、造型、技术性能及特点介绍给用户，更快地将产品推向市场，使产品更具有竞争力。

鉴于台虎钳的诸多特点以及UG三维设计软件的优越性，可以预见，UG软件在的台虎钳设计和制造领域将会有广阔的应用前景。

第三章台虎钳各部件的设计造型

3.1钳座的设计

根据钳座的零件图画出三维实体图，选取材料为45号钢。

钳座的零件图（图1）：

图1

钳座的三维实体图（图2、图3）：

图2

图3

3.2球面座的设计

根据球面座的零件图画出三维实体图，选取材料为45号钢。

球面座的零件图（图4）

图4

球面座的三维实体图（图5、图6）

图5右球面座

图6左球面座

3.3球头杆的设计

根据球头杆零件图画出三维实体图，选取材料为45号钢。

球头杆的零件图（图7）：

球头杆的三维实体图（图8）：

图8

3.4固定钳口的设计

根据固定钳口零件图画出三维实体图，选取材料为45号钢。

固定钳口的零件图（图9）:

图9

固定钳口的三维图（图10、图11）:

图10

图11

3.5活动钳口的设计

根据活动钳口的零件图画出三维实体图，选取材料位45钢。

活动钳口的零件图（图12）

图12

活动钳口的三维图（图13）：

图13

3.6导杆及螺杆的设计

根据导杆及螺杆的零件图画出三维图，材料选取45号钢。

导杆及螺杆的零件图（图14）：

图14

导杆及螺杆的三维图（图15、图16）：

图15图16

3.7标准件螺栓、弹簧、钢珠的选择

标准件螺栓、弹簧、钢珠的三维图（图17）：

图17

第四章万向平口钳的机构装配

4.1万向平口钳的装配示意

机用虎钳是一种在机床工作台用来加持工件，以便于对工件进行加工的夹具。

机用台虎钳装配采用了俯视图、主视图、三维立体图和表示单独零件的爆炸视图来表示，主视图采用了全剖视图，反映台虎钳的工作原理和零件间的装配关系，俯视图反映了固定钳身的结构形状。

主视图基本上反映了主要零件的装配关系；是导向杆小头插入活动钳口并两侧用螺栓固定，然后将两大端插入固定钳口起到导向定位的作用，紧接着将螺杆通过活动钳身旋入固定钳身的螺孔，随后将球头杆与固定钳身用螺栓连接固定再用球面座抱住球头杆的球面同时放入钳座，钳座两侧用三螺栓锁紧。

如图18

图18

4.2万向平口钳UG造型图装配展示

万向平口钳的三维实体造型（图19、图20）

图19

图20

万向平口钳的三维爆炸图（图21、图22）

图21

图22

4.3万向平口钳的各部件装配及工作原理

万向平口钳是由：

1螺杆、2活动钳口、3钢球、4压缩弹簧、5开口螺钉、6固动钳口、7球头杆、8钳座、9球面座a、10球面座b、11螺栓、12开口螺钉、13螺栓、14导杆等装配而成。

将14导杆小端插入2活动钳口让两根导杆对齐并用螺栓将其锁紧，然后将导杆的大头插入6固定钳口摆正将1螺杆穿过2活动钳口的中间大孔旋入6固定钳口中心螺孔，再将3钢球、4弹簧放入固定钳口上端孔中用5开口螺钉压紧，紧接着用球面座9、10的内球面将7球头杆的球头部分抱住放入8钳座内，钳座两侧螺纹孔用11螺栓、12开口螺钉把球面座固定，最后将组装好的固定钳口放在球头杆的另一端用13螺栓连接固定。

万向平口钳的工作原理是顺时针拧动1螺杆，此时螺杆和6固定钳口的螺孔形成丝杆螺母副的工作原理，将螺杆的旋转运动转变为2活动钳口的直线运动并在导杆的作用下平稳向前夹紧，而固定钳座上端的开口螺钉可调节螺杆和螺孔的间隙，1钳座两侧壁上的螺栓及开口螺钉拧松可使工件转个角度加工可以减少工件的二次装夹用起来比较方便。

第五章万向平口钳的加工

5.1机床选择

数控机床的发展也越来越快，数控机床也正朝着高性能、高精度、高速度、高柔性化和模块化方向发展。

高性能：

随着数控系统集成度的增强，数控机床也实现多台集中控制，甚至远距离遥控。

高精度：

数控机床本身的精度和加工件的精度越来越高，而精度的保持性要好。

高速度：

数控机床各轴运行的速度将大大加快。

高柔性：

数控机床的柔性化将向自动化程度更高的方向发展，将管理、物流及各相应辅机集成柔性制造系统。

模块化：

数控机床要缩短周期和降低成本，就必然向模块化方向发展，这既有利于制造商又有利于客户。

数控机床使用范围越来越大，国内国际市场容量也越来越大，但竞争也会加剧，我们只有紧跟先进技术进步的大方向，并不断创新，才能赶超世界先进水平。

不同类型的零件应在不同的数控机床上加工，要根据零件的设计要求选择数控机床。

数控车床适合于加工形状比较复杂的轴类零件盒由复杂曲线回转形成的模具内型腔。

数控立式镗铣床盒立式加工中心适于加工箱体、箱盖、平面凸轮、样板、形状复杂平面或立体零件、泵体阀体、壳体等。

多坐标联动的卧室加工中心还可用于加工各种复杂的曲线、曲面、叶轮、模具等。

总之，不同类型的零件要选用相应的数控机床加工，易发挥数控机床的效率和特点。

数控铣床加工中心加工柔性比普通数控铣床优越，有一个自动换刀的伺服系统，对于工序复杂的零件需要多把刀加工，在换刀的时候可以减少很多辅助时间，很方便，而且能够加工更加复杂的曲面等工件。

因此，提高加工中心的效率便成为关键，而合理运用编程技巧，编制高效率的加工程序，对提高机床效率往往具有意想不到的效果。

综合以上因素，选择XH714G加工中心，参数如下：

工作台面尺寸

（长×宽）

405×1307（mm）

主轴锥孔/刀柄形式

24ISO40/BT40（MAS403）

工作台最大纵向行程

650mm