零件的三维建模及自动编程.docx

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零件的三维建模及自动编程

本科毕业设计论文

题目零件的三维建模及自动编程

专业名称机械设计制造及其自动化

学生姓名

指导教师

毕业时间2014.6

设计论文

毕业任务书

一、题目

零件三维建模及自动编程

二、指导思想和目的要求

撰写毕业论文是检验学生在校学习成果的重要措施，也是提高教学质量的重要环节。

在毕业设计中，学生应独立承担一部分比较完整的工程技术设计任务。

要求学生发挥主观能动性，积极性和创造性，在毕业设计中着重培养独立工作能力和分析解决问题的能力，严谨踏实的工作作风，理论联系实际，以严谨认真的科学态度，进行有创造性的工作，认真、按时完成任务。

三、主要技术指标

1.UG三维建模文件一份

2.UG仿真加工文件一份

3.NC语句表一份

四、进度和要求

1—3周：

查阅资料，确定设计方案，进行总体设计，熟悉相关软件

4—5周：

绘制零件三维图

6周：

校正零件三位图

7—9周：

对零件进行编程

10周：

完成数控仿真

11—14周：

撰写毕业论文

15周：

编写论文答辩PPT

16周：

准备学位论文答辩

五、主要参考书及参考资料

[1]刘治映《毕业设计（论文）写作导论》.长沙：

中南大学出版社.2006.6

[2]徐伟杨永《计算机辅助与制造》.高等教育出版社.2011.2

[3]于杰《数控加工与编程》.北京：

国防工业出版社.2009.1

[4]赵长明《数控加工工艺及设备》.北京：

高等教育出版社.2003.10.

[5]麓山文化《UG7从入门到精通》.北京：

机械工业出版社2012,2

[6]朱焕池《机械制造工艺学》.北京：

机械工业出版社.2003.4

[7]李提仁《数控加工与编程技术》.北京：

北京大学出版社.2012.7

[8]焦小明《机械加工技术》.北京：

机械工业出版社.2005.7

[9]龚桂义《机械设计课程设计图册》（第三版）.高等教育出版社.2010.

[10]薛顺源《机床夹具设计》.机械工业出版社，2001.

[11]肖继德陈宁平《机床夹具设计》.机械工业出版社，2002.

[12]张世昌《机械制造技术基础》.天津大学出版社，2002.

[13]刘建亭《机械制造基础》.机械工业出版社，2001.

[14]庄万玉丁杰雄《制造技术》.国防工业出版社，2005.

[15]韩鸿鸾，荣维芝《数控机床加工程序的编制》.北京：

机械工业出版社.2002.12

[16]周湛学《机电工人识图及实例详解》.北京：

化学工业出版社.2011.12

[17]施平《机械工程专业英语教程》.第二版.电子工业出版社.

学生指导教师系主任

摘要

数控编程是一种可编程的柔性加工方法，它的普及大大提高了加工效率。

但是在加工技术方面，除要求数控机床具有较强的运动控制能力之外，更重要的是如何有效地获得高效优质的数控加工程序，并从加工过程整体上提高生产效率。

由于零件复杂性的增加，而且工人技术水平有限，自动编程越来越困难。

应用自动编程可大大提高生产率、稳定加工质量、缩短加工周期、增加生产柔性、实现对各种复杂精密零件的自动化加工。

本文以UGNX8及VERICUT为工具,完成了的三维造型及仿真加工。

内容包括:

首先,根据零件的结构特点和技术要求,在对其进行加工工艺分析之后,确定了零件的加工方法。

然后,利用UG/CAD模块完成了零件几何体的参数化建模。

在此基础上,利用UG/CAM模块进行数控编程,设计了加工路线、刀具轨迹,切削方式等工艺参数,生成了零件的NC程序。

通过刀轨检查与仿真加工及时地发现刀具跟零件之间的过切和欠切。

关键词：

数控编程,UG，三维造型，仿真加工

ABSTRACT

CNCmachiningisaprogrammableflexibleprocessingmethods,itspopularitygreatlyimprovetheprocessingefficiency.Butintheprocessingtechnology,inadditiontorequirementsofCNCmachinetoolshasastrongabilitytocontrolmovementand,moreimportantly,howtoefficientlyobtainhigh-qualityCNCmachiningprocess,andfromtheprocessasawholetoimproveproductionefficiency.Aspartoftheincreasedcomplexityandlimitedskillsofworkers,Automaticprogrammingapplicationscangreatlyimproveproductivity,stability,processingquality,shortentheprocessingcycle,increasingtheproductionofflexible,toachieveavarietyofcomplexprecisioncomponentsfortheautomationofprocessing.

Inthispaper,UGNX8.0asatool,completetheadjustframethree-dimensionalmodelingandsimulationprocess.Include:

First,basedontheadjustedframestructuralfeaturesandtechnicalrequirements,initsprocessanalysis,todeterminethepartoftheprocessingmethods.Then,usingUG/CADmoduletocompletethepartgeometryparametricmodeling.Onthisbasis,theuseofUG/CAMmoduleforNCprogramming,designthemachiningline,thetoolpath,cuttingmodeandotherparameters,togenerateapartoftheNCprogram.Bycheckinginatimelymannertoolpathtoolfoundbetweenthepartswithundercutsandundercut.

KEYWORDS:

CNCtechnology,UG,three-dimensionalmodeling,simulation,processing,

第一章绪论

1.1课题研究的背景及意义

数控加工是一种现代化的加工手段，数控加工技术也成为一个国家制造业发展的标志，利用数控加工技术可以完成很多以前不能完成的曲面零件的加工，而且加工的准确性和精度都可以得到很好的保证,数控加工是机械加工的一种，是新型加工技术，主要是编制加工程序，即将原来手工活转为电脑编程。

总体上说，和传统的机械加工手段相比数控加工技术具有以下优点：

具有较大的柔性

数控机床是按照记录在载体上的信息指令自动进行加工的，当加工对象改变时只需要重新编制数控加工程序，而无需对机床结构进行调整，也不需要制造凸轮、靠模一类的辅助机械装置。

这样，便可以快速地从一种零件的加工变到另一种零件的加工，使生产准备周期大为缩短。

1）加工效率高

利用数字化的控制手段可以加工复杂的曲面。

而加工过程是由计算机控制，所以零件的互换性强，加工的速度快。

2）加工精度高

同传统的加工设备相比，数控系统优化了传动装置,提高分辨率,减少为误差，因此加工的效率可以得到很大的提高。

3）有利于加工复杂形状的零件

数控机床能同时控制多个坐标联动，可以加工其他机床难以加工甚至不可能加工的复杂零件，如曲线的二维复杂轮廓零件、含曲面的三维实体零件。

4）劳动强度低

由于采用了自动控制方式，也就是说加工的全部过程是由数控系统完成，传统加工手段那样烦琐，操作者在数控机床工作时，只需要监视设备的运行状态。

所以劳动强度很低。

5）适应能力强

数控加工系统就象计算机一样，可以通过调整部分参数达到修改或改变其运作方式，因此加工的范围可以得到很大的扩展。

而本文所要研究的内容就是在UG软件平台上，进行回转体带腔体类零件的加工模拟仿真，提高回转体带腔体类零件的加工效率[1]。

通过计算机模拟五坐标机床实际加工过程，达到对数控加工程序验证、切削过程优化和加工结果预测的目的。

1.2计算机辅助设计工艺过程设计辅助制造

1.2.1计算机辅助设计

指工程技术人员以计算机为辅助工具来完成产品设计过程中的各项工作，如草图绘制、零件设计、装配设计、工程分析等，并达到提高产品设计质量、缩短产品开发周期、降低产品成本的目的。

1.2.2计算机辅助工艺过程设计

指在工艺人员借助于计算机，根据产品设计阶段给出的信息和产品制造工艺要求，交互地或自动地确定产品加工方法和方案，如加工方法选择、工艺路线确定、工序设计等。

1.2.3计算机辅助制造

计算机辅助制造有广义和狭义两种定义。

广义CAM是指借助计算机来完成从生产准备到产品制造出来的过程中的各项活动，包括工艺过程设计（CAPP）、工装设计、计算机辅助数控加工编程、生产作业计划、制造过程控制、质量检测与分析等。

狭义CAM通常是指NC程序编制，包括刀具路径规划、刀位文件生成、刀具轨迹仿真及NC代码生成等。

第二章零件工艺分析

2.1零件的加工特点分析

该制件材料为碳素工具钢，根据国家标准GB/T14486—93公差等级的选用，采用未注公差的尺寸，查表可得制件各部分未注公差尺寸允许的偏差值如图所示。

另外，模具制造所允许的误差根据塑件尺寸公差查表GB/1800-79，模具加工精度等级选取IT8。

2.2凹模的结构和尺寸精度及表面质量分析

（1）凹模的结构和尺寸精度：

从这个零件整体进行分析之后，可以判断此部分为模具的凹模部分，凸模部分没有给出，所以不需要给予凸模部分分析。

由于整个体积小，结构较为复杂，精度要求高，其结构特点是：

凹模是由一个碳素钢材料制做而成，我们直接可以看出它是由两个个斜槽和一个矩形槽而成，每个边角都含有一个槽子，并且每一个孔最终需都要与导柱配合，给出合理配合值。

另外，凹模上表面较为复杂一些，有一突台突起，突台上方有三个小突台突出，较为简单；大突台上方还包含一个环形型腔，另外还包含一个浇道口。

（2）表面质量分析：

从整体来看整个表面的表面粗糙度要求不是很高，所以给出表面粗糙1.6，加工时采取简单的粗加工就能满足其表面质量要求；对于环形管道，以及抽动的零件的粗糙度较为严格，所以查表得出的表面粗糙值0.4；对于浇口的位置以及尺寸要求较为严格，所以其表面粗糙度值也比较精细，给出值为0.8.查表即可得出结论。

2.3零件的材料分析

高碳钢

高速钢是一种适于制造高速切削刀具的高碳高合金工具钢，当切削温度高于600度左右时，硬度无明显下降，仍然能够保持良好的切削性能，因此又称为“锋钢”。

高速钢的含碳量再0.7%-1.65%，钢含W、Mo、Cr、V、Co等合金元素，其总量超过10%。

合金元素的作用P152.。

由于钢含碳量较高、而且含有大量的合金元素，其铸态配料组织中具有鱼骨骼状态化合物。

只能用锻造的方法将其打碎，并使其分布均匀。

低合金刃具

低合金刃具钢碳素刃具钢是含碳：

碳0.65%-1.30%的碳钢。

如T7,T8,T12和T7A,T8A,T10A,T12A等。

热处理为球化退火,淬火和低温回火。

碳素刃具价格便宜,加工性能良好,热处理后可获得高的硬度和耐磨性,广泛地用于制各种工具,模具,但是,碳素刃具钢也有很多弱点,如淬透性差,热处理变形大,回火抗力低,红硬性差等。

碳素工具钢

碳素工具钢中的质量分数在0.65~1.35%范围，属于高碳钢。

其强度高磨性好工具钢性编号、性能及用途碳素工具钢中碳的质量分数在0.65~1.35%范围属于高碳钢。

牌号表示:

TXXXX表示钢中碳的平均含量的千分之几，比如：

T8，表示平均碳含量为0.8%的碳素工具钢。

都是优质钢，质量更高时，通常在后面加符号A，称为高级优质---成分特点：

碳含量=0.65~1.35%，S、P杂质低。

性能特点：

强度\硬度高,耐磨性好T12T10为充分发挥其性能特点，必须热处理才能正常使用。

而且碳素工具钢价廉易得，易于锻造成形，切削加工性也比较好。

碳素工具钢的主要缺点是淬透性差，需要用水、盐水或碱水淬火，畸变和开裂倾向性大，耐磨性和热强度都很低。

因此，碳素工具钢只能用来制造一些小型手工刀具或木工刀具，以及精度要求不高、形状简单、尺寸小、负荷轻的小型冷作模具，如用来制造小冲头、剪刀、冷冲模、冷镦模等。

模具材料除了应有足够的强度以及模具工作表面和型腔要有足够的硬度和硬化层外，还需要有足够的韧度，故这类模具热处理后要求内孔有一定的淬硬层而外部不能淬硬，从而可保持有较高的韧度。

如果淬硬层过深，会因工作中承受大的冲击而迅速开裂。

第三章零件实体特征建模

3.1建模软件UG的介绍

UG是集CAD/CAE/CAM于一体的三位参数化软件，是当今世界最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件，广泛应用与航空、航天、汽车、造船、通用机械和电子等工业领域。

UG软件不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和生产工程图等设计功能；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。

UG是计算机辅助设计与辅助制造工具软件,其造型方法分为三大类:

一类为线架、二类为曲面、三类为实体,对于结构件的建模主要是通过实体造型来实现的,在实体生成和操作中,每一步操作都是建立一个“特征”特征的类型在目录树上显示,采用实体造型时必须现在基准面上建立草图,再对草图进行拉伸.旋转.放样等特征造型操作。

基本操作就是“拉伸”和“布尔运算”。

在UG软件中特征实体基本造型包括：

拉伸体、回转体、扫掠向导等。

并通过UG中三维实体转换二UG维视图的功能生成二维图形，并生成图纸。

UGNX加工基础模块提供联接UG所有加工模块的基础框架，它为UGNX所有加工模块提供一个相同的、界面友好的图形化窗口环境，用户可以在图形方式下观测刀具沿轨迹运动的情况并可对其进行图形化修改：

如对刀具轨迹进行延伸、缩短或修改等。

该模块同时提供通用的点位加工编程功能，可用于钻孔、攻丝和镗孔等加工编程。

该模块交互界面可按用户需求进行灵活的用户化修改和剪裁，并可定义标准化刀具库、加工工艺参数样板库使初加工、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。

UG软件所有模块都可在实体模型上直接生成加工程序，并保持与实体模型全相关。

NX允许制造商以数字化的方式仿真、确认和优化产品及其开发过程。

通过在开发周期中较早地运用数字化仿真性能，制造商可以改善产品质量，同时减少或消除对于物理样机的昂贵耗时的设计、构建，以及对变更周期的依赖。

3.2分析零件

如图3-1工程图

通过对图纸分析可知：

1、对于该零件的实体建模主要采用的是拉伸体、钻孔、布尔运算、过渡、边倒圆等主要操作。

（1）拉伸体

：

是将一个轮廓曲线（草图）根据指定的方式做拉伸操作用以增加材料的特征。

通过拉伸把基本的实体模块建立出来。

（3）边圆角

：

是指对实体的若干条边进行光滑过渡。

通过此命令把实体的各条边按工程要求作过渡处理。

（4）求和

：

将两个或更多实体的体积合并为单个体。

（5）求差

：

从一个实体的体积中减去另一个的，留下一个空体。

（6）孔

：

通过沉头孔、埋头孔和螺纹孔选项向部件或装配中的一个或多个实体添加孔。

2、为了保证加工精度和表面质量，分析采用一次定位装夹加工完成，按照“基面先行、粗精分开、先粗后精、先面后孔”的原则依次划分工序加工。

3.3零件的实体三维造型

使用UG软件绘制的零件的实体三维造型，如图3-2所示。

图3-2零件实体图

3.4实体建模

（1）打开UGNX8.0，打开“文件”选项，选择“新建”后在弹出对话框中选择“模型”，创建文件名为“changhengjietou.prt”，点击“确定”进入建模界面。

（2）在【特征】工具中单击【拉伸】按钮，程序将弹出【拉伸】对话框，如图2-3所示，在【截面】卷展栏中单击【绘制截面】按钮进入草绘截面，绘制图2-4，点击【完成草图】按钮，如图3-4所示。

图3-3拉伸特征界面

（3）在【特征】工具中单击【拉伸】按钮，程序将弹出【拉伸】对话框，如图3-4所示，在【截面】卷展栏中单击【绘制截面】按钮，在【创建草图】对话框中，如图3-5在【选择平的面或平面】中选择现有平面平面后单击确定进入草绘截面，绘制图3-4。

点击【完成草图】按钮，在【拉伸】对话框中在【指定矢量】中选择YC方向，再进行【求和】处理，如图3-5所示，在【选择体】中选择步骤

（1）的拉伸体，然后在【限制】卷展栏中输入拉伸参数为110mm，如图3-6所示，单击【确定】完成拉伸特征创建。

图3-4草图创建图3-5草图绘制

图3-6拉伸求和

（4）在【特征】工具中单击【拉伸】按钮，在【截面】卷展栏中单击【绘制截面】按钮，在【创建草图】对话框中，在【选择平的面或平面】中选择在【特征操作】点击【矩形】对话框进行操作。

在【特征操作】工具条中单击【边倒圆】图标，程序将弹出【边倒圆】对话框，在对话框中设置半径为40mm，然后选择实体的边，如图3-7所示，最后点击【确定】完成边倒圆操作。

图3-7所示草图绘制及边倒圆

（5）在【特征】工具中单击【拉伸】图标，程序将弹出【拉伸】对话框，在【截面】卷展栏中单击【草绘】按钮进入草绘截面，绘制如下草图如图3-8，3-9所示，点击【完成草图】确认草图，选择拉伸方向，输入拉伸距离为20mm，布尔求差，最后点击【确定】完成拉伸操作。

图3-8拉伸对话框

图3-9特征拉伸

（6）同里在【特征】工具中单击【拉伸】按钮，在【截面】卷展栏中单击【绘制截面】按钮，在【创建草图】对话框中，在【选择平的面或平面】中选择在【特征操作】点击【直线】对话框进行操作。

如图3-10所示在【特征】工具中单击【拉伸】图标，程序将弹出【拉伸】对话框，在【截面】卷展栏中单击【草绘】按钮进入草绘截面，绘制如下草图如图3-11所示，点击【完成草图】确认草图，选择拉伸方向，输入拉伸距离为40mm，布尔求差，最后【确定】完成拉伸操作。

图3-10草图绘制图3-11拉伸图

（7）在【特征】工具中单击【拉伸】按钮，程序将弹出【拉伸】对话框，如图3-3所示，在【截面】卷展栏中单击【绘制截面】按钮，在【创建草图】对话框中，在【选择平的面或平面】中选择如图2-11平面后单击确定进入草绘截面，绘制图3-12。

在【特征操作】工具条中单击【边倒圆】图标，程序将弹出【边倒圆】对话框，在对话框中设置半径为40mm，然后选择实体的边，如图3-7所示，最后点击【确定】完成边倒圆操作。

点击【完成草图】【特征】工具中单击【拉伸】图标，程序将弹出【拉伸】对话框，在【截面】卷展栏中单击【草绘】按钮进入草绘截面，如下草图如图3-12，3-13，3-14所示，点击【完成草图】确认草图，选择拉伸方向，输入距离为40mm，布尔求和，最后【确定】完成拉伸操作。

3-12草图绘制3-13拉伸对话框

图3-14拉伸求和图

（8）在【特征】工具中单击【拉伸】按钮，程序将弹出【拉伸】对话框，如图3-3所示，在【截面】卷展栏中单击【绘制截面】按钮，在【创建草图】对话框中，在【选择平的面或平面】中选择如图3-14平面后单击确定进入草绘截面，绘制图3-15。

点击【完成草图】【特征】工具中单击【拉伸】图标，程序将弹出【拉伸】对话框，在【截面】卷展栏中单击【草绘】按钮进入草绘截面，绘制如下草图如图3-16所示，点击【完成草图】确认草图，选择拉伸方向，输入拉伸距离为40mm，布尔求和，最后点击【确定】完成拉伸操作。

图3-15草图图3-16挖槽

（9）在【特征】工具中单击【拉伸】按钮，程序将弹出【拉伸】对话框，在【截面】卷展栏中单击【绘制截面】按钮，在【创建草图】对话框中，在【选择平的面或平面】中选择如平面后单击确定进入草绘截面，绘制图3-17。

图3-17草图绘制

图3-18拉伸求差图

（10）在【特征】工具中单击【求差】按钮，程序将弹出【求差】对话框，

在如图3-19所示的【求差】对话框中单击目标【选择体】按钮，按钮显示黄色后点击选择模具体，指定其为目标体，然后点击刀具【选择体】按钮，按钮显示黄色后点击弯管，指定其为刀具，最后点击确定。

求差后模具体如图3-20。

图3-19求差对话框图3-20求差后模具体

（13）在【特征】工具中单击【拉伸】按钮，程序将弹出【拉伸】对话框，图3-23所示在【截面】卷展栏中单击【绘制截面】按钮，在【创建草图】对话框中，在【选择平的面或平面】中选择如平面后单击确定进入草绘截面，绘制图3-24。

图3-23拉伸对话框

图3-24浇道口的草图绘制

图3-25拉伸求差图

3.5本章小结

通过对注塑模具的三维造型，我重新学习了对零件结构分析的认知，加深了对UG软件进行零件三维建模的操作和毛坯的建立。

虽然曾系统学习过该软件，但是并没有实际的完成过完成的零件建模过程。

所以在建模过程中，使用的命令过于单一，不能高效的完成零件的建模。

通过此次三维建模，我也发现了许多自己在UG软件使用方面的不足，例如，在软件操作上的不规范，软件操作也还不够熟练。

自己也会在今后的学习和工作中继续加强这方面学习，开始学习和掌握UG当中更多实用的操作命令，从而能够更好的完成各项任务。

第四章零件的数控仿真加工

4.1数控仿真过程

为充分利用图像编程技术，将用软件已建立好的模型直接导入数控加工模块，实现零件的CAD/CAM一体化，使零件的信息流直接从CAD流入CAM，实现零件的现代化加工。

图像编程即根据计算机图形显示器上显示的零件设计三维模型，在图像编程软件系统的支持下自动生成零件数控加工程序的编程过程。

其具体过程是：

采用有人机交互功能的图形显示器，把被加工零件的图形显示在图形显示器上，在相应编程软件的支持下，编程者只需输入必要的工艺参数，用光标指点被加工部位，编程软件系统就自动计算刀具加工路径，模拟加工状态，并显示路径及刀具形状，以便检查走刀轨迹。

用CAD/CAM系统产生数控加工（NC）程序步骤如下：

对于大多数由直线、圆弧、离散点所组成的二维轮廓而言，其刀位轨迹计算、编程较为简单，应用范围有一定的限制。

而绝大多数需要进行数控加工