数控技术与UG应用 数控技术及应用专业毕业设计 毕业论文.docx

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数控技术与UG应用数控技术及应用专业毕业设计毕业论文

数控技术与UG应用数控技术及应用专业毕业设计毕业论文

江西冶金职业技术学院

自学考试毕业设计（论文）

题目:

数控技术与UG应用

系（部）：

机械工程系

专业名称：

数控技术及应用

指导老师：

姓名：

准考证号：

班级：

数控自考本科班

提交时间：

2011年10月25日

摘要…………………………………………………………………………………..4

关键词……………………………………………………………4

摘要

数控技术是现代制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，数控技术及数控装备已成为关系国家战略和体现国家综合国力水平的重要基础性产业，其水平高低是衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志，实现加工机床及生产过程数控化，已经成为当今制造业的发展方向。

UG（UNIGRAPHICS）由美国UGS公司开发经销，不仅具有复杂造型和数控加工的功能，还具有管理复杂产品装配，进行多种设计方案的对比分析和优化等功能。

其庞大的模块群为企业提供了从产品设计、产品分析、加工装配、检验，到过程管理虚拟运作等全系列的技术支持。

数控技术与CAD/CAM/PRO/E/UG等软件结合应用,已成为数控业的潮流。

本文简单的介绍了数控技术及发展趋势、数控加工工艺、UG在数控方面的应用（三维造型与数控自动加工）。

关键词：

数控技术加工工艺UG编程

Abstract

CNCtechnologyisthemodernmanufacturingautomation,flexible,integratedproductionbase,andCNCnumericalcontroltechnologyandequipmenthasbecomeanationalstrategyandreflectthelevelofnationalcomprehensivenationalpowerimportantbasicindustry,isameasureofthelevelofthemanufacturingsectorofacountry'smodernizationdegreeofcoremark,implementationofproductionprocessofNCmachinetooland,hasbecomethedevelopmentdirectionofmanufacturingindustry.

UG（UNIGRAPHICS）bytheAmericanUGScompanydistributiondevelopment,notonlyhasthecomplexmodelingandNCmachiningofthefunction,alsohasthemanagementofcomplexproductassembly,avarietyofdesignschemecomparisonanalysisandoptimizationoffunctions.Itslargemodulegroupcompaniesfromproductdesign,productanalysis,processingandassembly,inspection,toprocessmanagementvirtualoperationsuchasafullrangeoftechnicalsupport.

NumericalcontroltechnologyandCAD/CAM/PRO/E/UGsoftwareapplications,hasbecomeaCNCindustrytrends.ThispapersimplyintroducedtheNCtechnologyandtrendofdevelopment,CNCmachiningprocess,NC（UGintheapplicationof3DmodelingandNCMachining）

第一章绪论

数控技术是用数字信息对机床运动和工作过程进行控制的技术，它是集传统的机械制造技术、计算机技术、现代控制技术、传感检测技术、网络通信技术和光机电技术等于一体的现代制造业的基础技术，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化和智能化起着举足轻重的作用。

数控装备则是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透而形成的机电一体化产品。

数控技术是制造自动化的基础，是现代制造装备的灵魂核心，是国家工业和国防工业现代化的重要手段，关系到国家战略地位，体现国家综合国力水平，其水平的高低和数控装备拥有量的多少是衡量一个国家工业现代化的重要标志。

1.1数控加工技术的发展趋势

   数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势

数控加工的发展趋势包括继续向开放式、基于PC的第六代方向发展、向高速化和高精度化发展、向智能化方向发展。

1.1.1向开放式、基于PC的第六代方向发展

基于PC所具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。

至少采用PC机作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承担数控的任务。

PC机所具有的友好的人机界面，将普及到所有的数控系统。

远程通讯，远程诊断和维修将更加普遍。

1.1.2向高速化和高精度化发 展

 效率、质量是先进制造技术的主体。

高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。

1.1.3 智能化、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势

21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：

为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。

1.2UG数控中心编程的关键技术及应用

UGNX/CAM有以下重要组成部分：

三维建模、刀具轨迹设计、刀具轨迹编辑修改、加工仿真、后置处理、数控编程模板、切削参数库设计和二次开发功能接口等。

1.2.1数控编程模块

使用数控编程模板有利于利用已有的经验和专家知识，达到企业内部资源共享的目的。

系统提供了加工程式模板、刀具模板、加工对象模板和刀具轨迹模板。

在模板中不断注入数控编程员、加工工艺师和技术工人等的知识、经验和习惯，建立起规范的数控加工工艺过程，为强化企业生产管理、提高产品的加工效率和质量打下良好的工艺技术基础。

CAM系统创建用户自己的模板可以将预先的加工顺序、工艺参数和切削参数设置好。

针对相似的零件加工对象，应用模板可以大幅度提供数控编程的效率和质量，尤其是在模具行业对形似的成组零件的加工。

例如，在制造模具时将加工凸模和凹模时的最佳工艺过程定义为加工模板，在加工新的产品对象时，只需调用模板文件，选择所需的几何体，并起动这个流程即可。

用户通过加工向导非常容易地从模板中获得专家级的制造过程指导。

通过向导，预先定义的模板可以被激活，并通过简单的交互快速生成数控加工刀具轨迹。

UGNX系统提供了基本的数控编程模板，以Shops_diemold模板集为例，其配置文件Shops-diemold.dat位于\mach\resource\configuration中，模板集文件Shops-diemold.opt则位于\mach\resource\template目录下。

用户可根据本企业的经验创建自己的程式、粗精加工、刀具、产品等类型的编程模板。

利用模板之前，需要对不同产品类的零件的不同加工方式的模板进行整理与收集。

在创建模板时可按加工方式进行分类，对于系列化或相似的加工工艺，如凸凹模具类零件的加工等，则可以包含粗精加工方案、刀具及工艺参数的选择等完整的加工流程模板。

模板的定义可根据产品加工要求与几何特征划分，也可根据产品加工要求与材料等多种方式进行划分。

1.2.2刀具轨迹的生成模块

系统提供了钻孔循环、攻丝和镗孔等点位加工编程模块，具有多种轮廓加工、等高环切、行切以及岛屿加工平面铣削等编程功能。

其提供的3～5坐标复杂曲面的固定轴与变轴加工编程功能，可以任意控制刀具轴的矢量方向，具有曲面轮廓、等高分层、参数线加工、曲面流线、陡斜面和曲面清根等多种刀具轨迹控制方式。

（1）UG/PlanarMilling（UG平面铣削）

UG平面铣削模块功能，包括多次走刀轮廓铣、仿形内腔铣、Z字形走刀铣削，规定避开夹具和进行内部移动的安全余量，提供型腔分层切削功能、凹腔底面小岛加工功能，对边界和毛料几何形状的定义、显示未切削区域的边界，提供一些操作机床辅助运动的指令，如冷却、刀具补偿和夹紧等。

（2）UG/Core&CavityMilling（UG型芯、型腔铣削）

利用UG型芯、型腔铣削可完成粗加工单个或多个型腔，可沿任意类似型芯的形状进行去除大余量的粗加工，对非常复杂的形状产生刀具运动轨迹，确定走刀方式。

通过容差型腔铣削可加工设计精度低、曲面之间有间隙和重叠的形状，而构成型腔的曲面可达数百个，发现型面异常时，它可以或自行更正，或在用户规定的公差范围内加工出型腔来。

（3）UG/FixedAxisMilling（UG固定轴铣削）

UG固定轴铣削模块功，包括产生3轴联动加工刀具路径功能、加工区域选择功能，有多种驱动方法和走刀方式可供选择，如沿边界切削、放射状切削、螺旋切削及用户定义方式切削等。

在沿边界驱动方式中，又可选择同心圆和放射状走刀等多种走刀方式，提供逆铣、顺铣控制以及螺旋进刀方式，自动识别前道工序未能切除的未加工区域和陡峭区域，以便用户进一步清理这些地方。

（4）UG/FlowCut（UG自动清根）

自动找出待加工零件上满足“双相切条件”的区域，一般情况下这些区域正好就是型腔中的根区和拐角。

用户可直接选定加工刀具，UG/FlowCut模块将自动计算对应于此刀具的“双相切条件”区域并将其作为驱动几何，自动生成一次或多次走刀的清根程序。

当出现复杂的型芯或型腔加工时，该模块可减少精加工或半精加工的工作量。

（5）UG/VariableAxisMilling（UG变轴铣削）

变轴铣削模块支持定轴和多轴铣削功能，可加工UG造型模块中生成的任意几何体，并保持主模型的相关性。

该模块提供经多年工程使用验证的3～5轴铣削功能，提供刀轴控制、走刀方式选择和刀具路径生成功能。

（6）UG/SequentialMilling（UG顺序铣）

UG顺序铣模块可实现如下功能：

控制刀具路径生成过程中的每一步骤的情况，支持2～5轴的铣削编程，和UG主模型完全相关，可以自动化的方式获得类似APT直接编程的绝对控制，允许用户交互式一段一段地生成刀具路径，并保持对过程中每一步的控制。

它提供的循环功能使用户可以仅定义某个曲面上最内和最外的刀具路径，由该模块自动生成中间的步骤。

该模块是UG数控加工模块中如自动清根等功能一样的特有模块，适合于高难度的数控程序编制。

（7）高速铣削加工的支持

系统提供的等高分层加工应用于高速铣削场合，在转角处以圆角的形式过渡，避免90°急转（高速场合对导轨和电机容易损坏），同时采用螺旋进退刀，系统还提供环绕等多种方式支持高速加工刀具轨迹的生成策略。

1.2.3刀具轴的导动方式

空间曲面轴加工涉及的内容比较多，尤其是五轴加工时更明显。

进行五轴加工时，涉及加工导动曲面、干涉面、轨迹限制区域、进退刀及刀轴矢量控制等关键技术。

四轴五轴加工的关键技术之一是理解刀具轴的矢量（刀具轴的轴线矢量）在空间的变化。

刀具轴的矢量变化是通过摆动工作台或主轴的摆动来实现的。

对于矢量不发生变化的固定轴铣削场合，一般用三轴铣削即可加工出产品。

五轴加工关键就是通过控制刀具轴矢量在空间位置的不断变化或使刀具轴的矢量与机床原始坐标系构成空间某个角度，利用铣刀的侧刃或底刃切削加工来完成。

1.2.4刀具轨迹编辑的修改

该模块可在图形方式下观测刀具沿轨迹运动的情况并进行图形化修改，具有刀位文件复制、编辑和修改，定义刀具、机床和切削参数数据库等功能（如对刀具轨迹进行延伸、缩短或修改等），可按用户需求进行灵活的用户化修改和剪裁等。

1.2.5加工仿真

切削仿真模块UG/VERICUT是集成在UG软件中的第三方模块，它采用人机交互方式模拟、检验和显示NC加工程序，是一种方便的验证数控程序的方法。

由于省去了试切样件的步骤，可节省机床调试时间，减少刀具磨损和机床清理工作。

通过定义被切零件的毛坯形状，调用NC刀位文件数据，就可检验由NC生成的刀具路径的正确性。

UG/VERICUT可以显示出加工后并着色的零件模型，用户可以容易地检查出不正确的加工情况。

作为检验的另一部分，该模块还能计算出加工后零件的体积和毛坯的切除量，因此就容易确定原材料的损失。

VERICUT提供了许多功能，其中有对毛坯尺寸、位置和方位的完全图形显示，可模拟2～5轴联动的铣削和钻削加工。

1.2.6后置处理

后置处理最重要的是将CAM软件生成的刀位轨迹转化为适合数控系统加工的NC程序，通过读取刀位文件，根据机床运动结构及控制指令格式，进行坐标运动变换和指令格式转换。

通用后置处理程序是在标准的刀位轨迹以及通用的CNC系统的运动配置及控制指令的基础上进行处理。

它包含机床坐标运动变换、非线性运动误差校验、进给速度校验、数控程序格式变换及数控程序输出等方面的内容。

只有采用正确的后置处理系统才能将刀位轨迹输出为相应数控系统的机床能正确进行加工的数控程序，因此，编制正确的后置处理系统模板是数控编程与加工的前提条件之一。

后处理的主要内容包括三个方面的内容。

（1）数控系统控制指令的输出

　　主要包括机床种类及机床配置、机床的定位、插补、主轴、进给、暂停、冷却、刀具补偿、固定循环和程序头尾输出等方面的控制。

（2）格式转换

　　包括数据类型转换与圆整、字符串处理等，主要针对数控系统的输出格式，如单位、输出地址字符等方面的控制。

（3）算法处理

　　主要针对多坐标加工时的坐标变换、跨象限处理和进给速度控制等。

1.2.7切削参数库设置

使用系统库可以得到机床、刀具及其材料、零件材料、切削工艺方法、主轴转速及进给速度的数据，定义标准化刀具库、加工工艺参数样板库，使粗加工、半精加工、精加工等操作常用参数标准化，以减少使用培训时间并优化加工工艺，提供储存刀具及切削参数和标准刀具指令数据库。

用户通过修改库中的数据，使其满足本企业的需要。

1.2.8CAM二次开发功能接口

使用系统提供了二次开发接口，用户可以C语言，利用Visual（C++）为集成开发环境，开发专业的数控编程功能程序，以进一步提高编程的效率和简化操作。

其提供的C语言头函数位于UGOPEN目录下，包括Uf-cam.h、Uf-camgeom.h、Uf_cam_planes.h等头文件。

下面位几个重要头文件的主要内容。

1）Uf_cam.h

　　主要定义系统加工的一些信息，如枚举、结构体和系统起动入口设置，对用户应用程序完成初始化设置加载应用程序，访问系统机床、刀具、加工对象等数据库的方法函数。

（2）Uf_cam_planes.h

　　定义系统编程加工涉及的平面数据信息，如定义、编辑、访问平面的原点和法线，设置和访问平面的状态信息等内容的属性方法等。

（3）Uf_cambnd.h

　　用于定义设置、获取边界信息。

（4）Uf_camgeom.h

　　包含用于定义设置和获取NC加工的几何对象的属性和方法。

1.3UGNX/CAM数控编程流程

UGNX/CAM用于产品零件的数控加工，其流程一般如下。

首先是调用产品零件加载毛坯，调用系统的模板或用户自定义的模板；然后分别创建加工的程式，定义工序加工的对象，设计刀具，定义加工的方式并生成该相应的加工程式；用户依据加工程式的内容，如加工对象的具体内容、刀具的导动方式、切削步距、主轴转速、进给量、切削角度、进退刀点、干涉面及安全平面等详细内容来确立刀具轨迹的生成方式；仿真加工后对刀具轨迹进行相应的编辑修改、拷贝等；待所有的刀具轨迹设计合格后，进行后处理生成相应数控系统的加工代码进行DNC传输与数控加工。

UGNX/CAM系统提供了多种加工对象的定义方式，刀具轴的导动方式和刀具轨迹的多样化设计。

第二章零件图纸的工艺分析

在数控铣削加工中，对零件图进行工艺分析的主要内容包括零件结构工艺性分析、选择数控铣削的加工内容、零件毛坯的工艺性分析和加工方案分析。

2.1零件图分析

2.1.1读图和审图

如零件图图2-1、及图2-2三维造型图所示零件：

图2-1零件图

图2-2三维造型图

（1）该零件毛坯尺寸为160x120x30，且不需要加工。

（2）在零件上有多个加工特征，包括两个通孔、键槽、型腔、四个螺纹孔、曲面凸台，尺寸标注完整。

（3）该零件表面粗糙度内轮廓及通孔Ra1.6um和其余Ra3.2um，参数合理便于加工。

（4）零件材料为45钢，切削加工性能较好，无热处理和硬度要求。

该复杂零件技术要求有：

a.未注公差±0.1mm；b.圆弧曲面误差不大于±0.05mm；c.去除毛刺。

加工要素有平面、曲线、腔槽、孔类和孔螺纹加工。

主要加工项目有上下平面、主视图中对称腔槽60°槽宽

、槽深

mm、螺孔4-M10、孔φ

、孔φ10H7、位置尺寸102.287±0.017mm、位置尺寸136±0.02mm、圆弧倒角R3、圆弧曲面R25、以及内轮廓的尺寸。

2.1.2零件结构的工艺性

零件的工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。

它包括零件各个制造过程中的工艺性，如零件的铸造、锻造、冲压、焊接、热处理和切削加工工艺性能等。

好的工艺性会使零件加工容易，节省工时，降低消耗；差的工艺性使零件加工困难，多耗工时，增大消耗。

该复杂件的加工各工艺性能良好，耗工不大。

该零件结构复杂，但就加工来说，还是易于加工的。

在加工时要特别注意圆弧曲面的加工，4-M10螺纹孔的加工以及内轮廓和岛屿的加工。

2.2毛坯、余量分析

2.2.1毛坯的种类

常用毛坯的种类有铸件、锻件压制件、冲压件、焊接件、型材和板材等。

（1）铸件：

适用于形状复杂的毛坯。

薄壁零件不可用砂型铸造；尺寸大的铸件宜用砂型铸造；中、小型零件可用较先进的铸造方法。

（2）锻件：

适用于零件强度较高、形状较简单的零件。

尺寸大的零件因受设备限制，故一般用自由锻；中、小型零件可选用模锻；形状复杂的零件不宜用自由锻。

（3）型材：

热轧型材的尺寸较大，精度低，多用作一般零件的毛坯;冷轧型材尺寸较小，精度较高，多用于毛坯精度要求较高的中、小零件，适用于自动机床加工。

（4）焊接件：

对于大件来说，焊接件简单、方便，特别是单件、小批量的生产可大大缩短生产周期;但焊接后变形大，需经时效处理。

（5）冷压件：

适用于形状复杂的板料零件，多用于中、小尺寸零件的大批量加工。

该零力选用45钢，45钢属于中碳钢，这类钢调质处理后具有良好的综合力学性能，即既具有较高的强度、硬度，又具有较好的塑性、韧性，是优质碳素结构钢中应用最广泛的一类。

该零件结构复杂，但就加工来说，还是易于加工的。

2.2.2加工余量

加工余量大小，直接影响零件的加工质量和生产率。

加工余量过大，不仅增加机械加工劳动量，降低生产率，而且增加材料、工具和电力的消耗，增加成本。

但若加工余量过小，又不能消除前工序的各种误差和表面缺陷，甚至产生废品。

因此，必须合理地确定加工余量。

其确定的方法有：

经验估算法、查表修正法、分析计算法。

首先根据工艺人员的经验来确定加工余量。

为避免产生废品，所确定的加工余量一般偏大。

要准确余量则需要根据有关手册，查得加工余量的数值，然后根据实际情况进行适当修正。

该零件的加工余量如下：

粗加工上下平面余量0.1mm，半精加工内轮廓单边留0.3mm余量，半精加工外轮廓单边留0.3mm余量。

第三章加工准备及工艺路线的确定

在对零件进行加工前要对零件进行许多分析，如装夹方式、基准选择、确定坐标零点、刀具选择及机床选择等。

3.1机床及工艺装备的选择

对于某个零件而言，并非全部加工工艺过程都适合在数控机床上完成，而往往只是其中的一部分适合于数控加工。

这就需要对零件图样进行仔细的工艺分析，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。

在选择时，应考虑各方面因素，充分发挥数控加工的优势。

选择时应考虑以下因素：

（1）通用机床无法加工的内容。

（2）通用机床难加工、质量也难以保证的内容应作为重点选择的内容。

（3）通用机床效率低、工人劳动强度大的内容。

从精度和效率两方面对数复杂零件的加工艺进行分析，加工精度必须达到图纸的要求，同时又能充分合理地发挥机床的功能，提高生产效率。

根据以上条件可选择两轴半以上的数控铣床。

本零件选用大连机床厂XD-40A型数控铣床，采用FANUC0i-MB系统。

该铣床的功能参数如表3-1下。

表3-1XD-40A型数控铣床基本参数

机床重

4400Kg

最大载重

500kg

工作台

800mm长

400mm宽

坐标范围

X600mm

Y420mm

Z520mm

轴承锥孔

NO.40（7:

24）

最大钻孔直径

φ22

最大镗孔直径

φ100

主轴最高转速

8000r\min

主轴功率

7.5/11kw

X、Y、Z向切削进给速度

0-10000mm\min

快速进给速度

X24m\min

Y24m\min

Z20m\min

工作电源

380V

3.1.1夹具的选择

机床夹具的种类很多，按使用的机床类型分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、加工中心夹具等。

而按专门化程度划分来说，该零件使用的是立式数控铣床。

零件又属于平面类零件，应使用通用夹具，通用夹具是已经标准化、无需调整或稍加调整就可以用来装夹不同工件的夹具。

所以这里我们使用的是精密平口钳。

3.1.2刀具选择

刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行。

应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量，以及其他相关因素正确选用刀具及刀柄。

刀具选择总的原则是：

安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。

在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工时的刚性。

选择合适的刀具和参数，对于金属切削加工，能起到事半功倍的效果。

刀具材料选用硬质合金，钻头和铰刀选用高速钢。

且切削速度比高速钢高4~10倍，但其冲击韧性与抗拉强度远比高速钢差。

而铣刀种类繁多，在使用时要根据加工部位、表面粗糙度、精度等来选用。

标准可转位面铣刀的直径为16-630mm。

粗铣时，铣刀直径要小些，因为粗铣切削力大，选小直径铣刀可减小切削扭距。

精铣时，铣刀直径要选大些，尽量