基于UG圆柱齿轮减速器设计与上箱体端面数控加工.docx

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基于UG圆柱齿轮减速器设计与上箱体端面数控加工

毕业设计[论文]

题目：

基于UG圆柱齿轮减速器设计与上箱体端面数控加工

2011年5月26日

摘要………………………………………………………………………2

Abstract…………………………………………………………………3

前言………………………………………………………………………4

1.UG简介……………………………………………………………6

1.1UG发展历程及影响…………………………………………6

1.2UG的功能与特点………………………………………………8

1.3UG的用户界面…………………………………………………11

1.4UG的系统组成及硬件要求……………………………………12

2.绘制草图………………………………………………………………13

2.1草图的概述与通用操作………………………………………13

2.2草图曲线绘制与编辑…………………………………………14

2.3草图形状约束…………………………………………………18

3.特征建模与操作………………………………………………………21

3.1UG造型概述…………………………………………………21

3.2特征建模………………………………………………………21

3.3特征操作………………………………………………………24

4.减速器实例建模与装配………………………………………………26

4.1设计任务及模型分析…………………………………………26

4.2减速器零件的造型设计………………………………………28

4.3减速器零件装配……………………………………………36

5.结束语…………………………………………………………………38

6.参考文献………………………………………………………………39

7.致谢……………………………………………………………………40

基于UG圆柱齿轮减速器设计与上箱体端面数控加工

摘要

工程图是工程师的语言。

绘图是工程设计乃至整个工程建设中的一个重要环节。

然而，图纸的绘制是一项极其繁琐的工作，不但要求正确、精确，而且随着环境、需求等外部条件的变化，设计方案也会随之变化。

一项工程图的绘制通常是在历经数遍修改完善后才完成的。

在早期，工程师采用手工绘图。

他们用草图表达设计思想，手法不一。

后来逐渐规范化，形成了一整套规则，具有一定的制图标准，从而使工程制图标准化。

但由于项目的多样性、多变性，使得手工绘图周期长、效率低、重复劳动多，从而阻碍了建设的发展。

随着计算机的迅猛发展，工程界的迫切需要，计算机辅助绘图（ComputerAidedDraw—ing）应运而生。

而UnigraphicsNX（以下简称UG）便是这样一款优秀的的集CAD/CAM/CAE与一体的软件

本课题从机械设计出发，以减速器三维精确建模为重点，详细介绍UnigraphicsNX的草图功能、特征造型功能，基本三维建模过程，简单介绍其实体装配功能。

UG作为一款CAD/CAM/CAE设计软件中的佼佼者，它包括了世界上最强大、最广泛的产品设计应用模块，具有高性能的机械设计和制图功能，为制造设计提供了高性能和灵活性，以满足客户设计任何复杂产品的需要。

熟练掌握其基本功能的使用，对于我们机械设计专业的学生是有着非常好的作用的。

关键词：

UnigraphicsNX（UG）；三维建模；草图；特征

3DmodelofgearretarderbasedonUnigraphicsNX

Abstract

EngineeringDrawingisthelanguageofengineers.Drawingistheengineeringdesignandthewholeconstructionofanimportantpart.Yet,drawingdrawingisanextremelytediouswork,requiresnotonlycorrect,accurate,andalongwiththeenvironment,demandforexternalconditionschange,designchangeswillfollow.Mappingofaprojectisusuallyrevisedandimprovedafterafewtimesbeforecompletion.Intheearlydays,engineersmanuallydrawing.Theysketchtheexpressionofdesignideas,practicesvary.Lateronstandardized,formingasetofrules,withsomegraphicsstandard,sothatstandardizationofEngineeringDrawing.However,theproject'sdiversity,variability,makinghanddrawingalongcycle,lowefficiency,duplicationofmany,therebypreventingtheconstruction.Withtherapiddevelopmentofthecomputer,theurgentneedfortheengineering,computer-aideddrawing（ComputerAidedDraw-ing）cameintobeing.TheUnigraphicsNX（hereinafterreferredtoasUG）issuchagoodsetofCAD/CAM/CAEsoftwareandintegrated

Startingfromthemechanicaldesignofthesubjecttofocusonaccuratemodeling3Dreducer,detailsofthedraftplanUnigraphicsNXfeatures,featuremodelingcapabilities,thebasicthree-dimensionalmodelingprocess,abrieffact-assemblingfunction.UGasaCAD/CAM/CAEdesignsoftwareleader,whichincludestheworld'smostpowerfulandextensiveapplicationmoduleproductdesign,mechanicaldesignandhighperformancegraphicscapabilitiesforthemanufactureofhighperformanceanddesignflexibilitytodesignanycomplexproductstomeetcustomerneeds.Masterthebasicfunctionoftheuseofprofessionalmechanicaldesignforourstudentshasaverygoodeffect.

KeyWords：

UnigraphicsNX（UG）;Three-dimensionalmodeling；Draft;Features;

前言

工程图是工程师的语言。

绘图是工程设计乃至整个工程建设中的一个重要环节。

然而，图纸的绘制是一项极其繁琐的工作，不但要求正确、精确，而且随着环境、需求等外部条件的变化，设计方案也会随之变化。

一项工程图的绘制通常是在历经数遍修改完善后才完成的。

在早期，工程师采用手工绘图。

他们用草图表达设计思想，手法不一。

后来逐渐规范化，形成了一整套规则，具有一定的制图标准，从而使工程制图标准化。

但由于项目的多样性、多变性，使得手工绘图周期长、效率低、重复劳动多，从而阻碍了建设的发展。

于是，人们想方设法地提高劳动效率，将工程技术人员从繁琐重复的体力劳动中解放出来，集中精力从事开创性的工作。

例如，工程师们为了减少工程制图中的许多繁琐重复的劳动，编制了大量的标准图集，提供给不同的工程以备套用。

随着计算机的迅猛发展，工程界的迫切需要，计算机辅助绘图（ComputerAidedDraw—ing）应运而生。

早期的计算机辅助设计系统是在大型机、超级小型机上开发的，一般需要几十万甚至上百万美元，往往只有在规模很大的汽车、航空、化工、石油，电力、轮船等行业部门中应用，工程建设设计领域各单位则难以望其项背。

进入80年代，微型计算机的迅速发展，使计算机辅助工程设计逐渐成为现实。

计算机绘图是通过编制计算机辅助绘图软件，将图形显示在屏幕上，用户可以用光标对图形直接进行编辑和修改。

由微机配上图形输入和输出设备（如键盘、鼠标、绘图仪）以及计算机绘图软件，就组成一套计算机辅助绘图系统。

由于高性能的微型计算机和各种外部设备的支持，计算机辅助绘图软件的开发也得到长足的发展。

在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速作出图形显示出来，使设计人员及时对设计作出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。

cad能够减轻设计人员的计算画图等重复性劳动，专注于设计本身，缩短设计周期和提高设计质量。

在科学技术日益发展的今天，虽然CAD技术已被企业重视，但通用CAD支撑软件对大多数用户来说，只是绘图工具，只能使所绘图便于保存，便于修改，不是真正的实现了通过计算机设计的目的，不能解决设计问题，其实质仍是手工设计，它不仅设计效率低，同时对使用者的要求也较高，因使用者要直接使用图形支撑软件的命令去构造图形，这就要求其对各种命令的功能及其使用方法十分了解，从而限制了对这些命令不熟悉但精通产品设计的人员有效地使用计算机进行辅助设计，使硬件和软件得不到充分利用。

解决此问题的办法是由少数既掌握计算机应用技术又懂产品设计的人员开发出某一产品的CAD应用软件，使其具有良好的人机界面，并融入大量专业设计人员的经验，从而使一般设计人员能够使用计算机应用软件进行产品的设计，提高设计效率与质量。

在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中主要有PTC公司的PRO/E，UGS公司的UG和SolidWorks。

而在在航空航天、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，UG一直公认的作为CAD设计软件的佼佼者。

UG主要客户包括，通用汽车，通用电气，福特，波音麦道，洛克希德，劳斯莱斯，普惠发动机，日产，克莱斯勒，以及美国军方。

几乎所有飞机发动机和大部分汽车发动机都采用UG进行设计，充分体现UG在高端工程领域，特别是军工领域的强大实力。

在高端领域与CATIA并驾齐驱。

它包括了世界上最强大、最广泛的产品设计应用模块，具有高性能的机械设计和制图功能，为制造设计提供了高性能和灵活性，以满足客户设计任何复杂产品的需要。

UG优于通用的设计工具，具有专业的管路和线路设计系统、钣金模块、专用塑料件设计模块和其他行业设计所需的专业应用程序。

多年来，UGS公司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。

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。

而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。

增长遥遥领先其他同类CAD设计软件。

本课题研究首先通过书籍杂志网络等媒体详细搜集关于UG的发展情况及其软件功能升级情况；然后采用UGNX4作为本次论文软件平台，从机械设计出发以曾经做过的机械设计课程设计单级圆柱齿轮减速器作为具体建模模型，以单级圆柱齿轮减速器三维精确建模为重点，详细介绍UG基本的三维建模功能；最后简要介绍UG的高级、扩展及新增功能。

1UG简介

1.1UG发展历程及影响

1.1.1UG发展历程

在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中主要有PTC公司的PRO/E，UGS公司的UG。

而在在航空航天、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，UG一直公认的作为CAD设计软件的佼佼者，是当今世界最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件。

1960年：

mcdonnelldouglasautomation企业成立，收购unigraphicscad/cae/cam系统的开发商—unitedcomputer企业，ug的雏形问世。

1983年：

ug上市。

1986年：

unigraphics吸取业界领先的、为实践所证实的实体建模核心——parasolid的部份功能。

1989年：

unigraphics宣布支持unix平台及开放系统的结构，并将一个新的与step标准兼容的三维实体建模核心parasolid引入ug。

1990年：

unigraphics作为mcdonnelldouglas（现在的波音飞机企业）的机械cad/cae/cam的标准。

1991年：

unigraphics开始从cad/cae/cam大型机版本到工作站版本的转移。

1993年：

unigraphics引入复合建模的概念，可以实体建模、曲线建模、框线建模、半参数化及参数化建模融为一体。

1995年：

unigraphics首次发布windowsnt版本。

1996年：

unigraphics发布能自动进行干涉检查的高级装配功能模块、最先进的cam模块以及具有a类曲线形象能力的工业形象模块：

它在全球迅猛发展，占领巨大的市场份额，已经成为高端及商业cad/cae/cam应用开发的常用软件。

1997年：

unigraphics新增包括weav（几何连接器）在内的一系列工业领先的新增功能，weav这一功能可以定义、控制、评估产品模板，被认为是在未来几年中业界最有影响的新技术。

2000年：

unigraphics发布新版本的ug17，最新版本的，是ugs成为工业界第一个可以装载包含深层嵌入“基于工程知识”（kbe）语言的世界级mcad软件产品的供应商。

2001年：

unigraphics发布新版本ug18，新版本对旧版本的对话框进行调整，使得在最少的对话框中能完成更多的工作，从而简化设计。

2002年：

unigraphics发布ugnx1.0.新版本继承ug18的优点，改进和增加许多功能，使其功能更强大，更完美。

2003年：

unigraphics发布新版本ugnx2.0，新版本基于最新的行业标准，它是一个全新支持plm的体系结构，eds企业同其主要客户一起，设计这样一个先进的体系结构，用于支持完整的产品工程。

2004年：

unigraphics发布新版本的ugnx3.0，它为用户的产品设计与加工过程提供数字化形象和验证手段，它针对用户的虚拟产品的设计和工艺设计的需要，提供经过实践验证的解决方案。

2005年：

unigraphics发布新版本的ugnx4.0.它是崭新的nx体系结构，使得开发与应用更加简单和快捷。

2007年04月：

ugs企业今天发布nx5.0–nx的下一代数字产品开发软件，帮助用户以更快的速度开发创新产品，实现更高的成本效益。

和其他的主流CAD软件相比较，UG已有50年的历史，经过如此长时间的发展，不断的改进与完善。

功能强大、性能出众便是它与其他年轻的CAD软件相比能成为佼佼者的原因。

通用汽车，通用电气，福特，波音麦道，洛克希德，劳斯莱斯，普惠发动机，日产，克莱斯勒，以及美国军方。

几乎所有飞机发动机和大部分汽车发动机都采用UG进行设计，充分体现了UG的强大实力。

1.1.2UG影响

UG是一个产品工程解决方案，它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。

UG针对用户的虚拟产品设计和工艺设计的需求，提供了经过实践验证的解决方案。

UG为设计师和工程师提供了一个产品开发的崭新模式，它不仅对几何的操纵，更重要的是团队将能够根据工程需求进行产品开发。

UnigraphicsNX能够有效地捕捉、利用和共享数字化工程完整过程中的知识，事实证明为企业带来了战略性的收益。

　　来自UGSPLM的UG使企业能够通过新一代数字化产品开发系统实现向产品全生命周期管理转型的目标。

UG包含了企业中应用最广泛的集成应用套件，用于产品设计、工程和制造全范围的开发过程。

　　如今制造业所面临的挑战是，通过产品开发的技术创新，在持续的成本缩减以及收入和利润的逐渐增加的要求之间取得平衡。

为了真正地支持革新，必须评审更多的可选设计方案，而且在开发过程中必须根据以往经验中所获得的知识更早地做出关键性的决策。

　　UG是UGSPLM新一代数字化产品开发系统，它可以通过过程变更来驱动产品革新。

UG独特之处是其知识管理基础，它使得工程专业人员能够推动革新以创造出更大的利润。

UG可以管理生产和系统性能知识，根据已知准则来确认每一设计决策。

UG建立在为客户提供无与伦比的解决方案的成功经验基础之上，这些解决方案可以全面地改善设计过程的效率，削减成本，并缩短进入市场的时间。

通过再一次将注意力集中于跨越整个产品生命周期的技术创新，UG目前的成功已经得到了充分的证实。

这些目标使得UG通过无可匹敌的全范围产品检验应用和过程自动化工具，把产品制造早期的从概念到生产的过程都集成到一个实现数字化管理和协同的框架中。

1.2UG的功能与特点

1.2.1UG的功能

UG是一套机械设计自动化软件，它采用了大家所熟悉的MicrosoftWindows图形用户界面，如果您熟悉微软的Windows系统，那您基本上就可以用UG来设计了。

Ug可以完成产品概念设计、外观造型、详细设计、图纸生成、运动分析、受热受力分析、零件数控加工程序的自动生成等过程，甚至可以对生产过程进行管理。

其基于装配的产品设计技术可以使产品的设计从概念开始完成整个产品的开发。

在internet的支持下，产品的设计可以多人异地协同工作，不同的设计人员都可以在同一时间对产品的不同零件、不同子装配进行工作。

下面将对UG的主要功能进行简单的分类介绍。

1、产品设计

UG可以建立各种三维参数化实体部件模型和装配模型，自动生成工作图纸（半自动标注尺寸），支持产品外观设计，并且所设计的模型可以虚拟装配，无需制造样机。

2、性能分析

利用有限元分析产品模型的受力、受热和模态。

3、零件加工

可更具模型或装配模型半自动生成刀具路径，自动生成数控机床能接受的加工指令。

4、机构运动分析

可分析产品的实际运动情况。

5、布线

可根据产品的装配模型布置何种管路和线路的标准线接头，自动布线，并且能计算出所使用的材料并列出材料单。

6、产品宣传

可对模型进行渲染，产生具有真实感和艺术感的照片，也可以制作成动画等，对产品进行宣传。

以上就是UG的主要几项功能。

而UG的各项功能都是通过相应的应用模块来实现的，每一个模块都是集成开发环境中的一个部分，互相独立又互相联系。

下面就对UG集成环境中的各个模块及其功能做个简单介绍。

1、基本环境

基本环境是所有其他应用模块的基础平台，打开UG时自动运行，是进入UG集成环境的第一个模块。

用于打开已存的部件文件，建立新的部件文件，改变显示部件，分析部件，调用在线帮助和文档，输出图纸和执行外部程序等。

若处于其他模块中，可通过选择标准工具栏中的“起始”|“基本环境”命令来返回。

2、造型模块

造型模块提供概念设计阶段的创造性和唯一性的设计环境，形成更灵活和更易于实现的环境。

高级的设计工具可以为设计人员自由的表达设计意图和改进设计提供一个集成环境。

可通过选择标准工具栏中的“起始”|“造型”命令来切换至该模块。

3、装配模块

装配建模模块主要用于产品的虚拟装配。

该模块支持“自顶向下”和“自底向上”的装配建模方法，可以快速跨越装配层并直接访问任何子配件的设计模型；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。

可通过选择标准工具栏中的“起始”|“装配”命令来切换至该模块。

4、建模模块

建模模块用于产品零件的三维实体特征建模，也是制图、数控加工、装配、产品分析、照片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建模等子模块。

可通过选择标准工具栏中的“起始”|“建模”命令来切换至该模块。

5、制图模块

制图模块包含完成平面工程制图所需的所有功能。

既可以从已经建立的三维实体特征模型自动生成平面工程图，也可以手动回执平面工程图。

可利用剖视图、方位视图、局部放大视图以及其他视图来创建所需图纸中的各个视图，还有可以实现自动绘制剖面线、半自动标注、自动建立产品装配件明细表等功能。

可通过选择标准工具栏中的“起始”|“制图”命令来切换至该模块。

6、数控加工模块

数控加工模块用于数控加工模拟以及自动变成，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台处理程序，使生成的指令可直接应用于用户特定的机床。

可通过选择标准工具栏中的“起始”|“机床构建器”命令来切换至该模块。

7、产品分析模块

产品分析模块包括结构分析模块、运动分析模块、注塑模分析等模块。

·结构分析模块可以对模型建立有限元模型，可对产品受热受力后的变形进行分析，并且可对分析后的结构进行处理。

·运动分析模块可以对简化的产品模型进行运动分析，可以进行机构连接设计和机构综合，完成机构的运动分析，提供高级、灵活和全面的建模能力。

·注塑模分析模块主要应用于注塑模中对融化的塑料进行流动分析，可以确定最适宜的条件，并以表格或图形的方式表达出来，可以计算出注塑过程中所需要的材料。

可分别通过选择标准工具栏中的“起始”|“结构分析”、“运动分析”、“MoldflowPartAdviser”（注塑模分析）命令来切换至对应模块。

8、钣金模块

钣金模块可以设计钣金件的真实形状用以建立钣金件模型，可以利用编程技术和后处理命令建立用于数控加工的刀轨源文件，可以使用冲压、切割和打磨等多种加工方法。

可通过选择标准工具栏中的“起始”|“钣金”命令来切换至该模块。

UG集成开发环境还有其他如电子数据表、照片、Web等应用模块，限于本论文的主要设计目的和篇幅，笔者不与此赘述。

1.2.2UG的特点

Un