ug软件在球身螺纹轴零件加工中的应用本科毕设论文.docx
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ug软件在球身螺纹轴零件加工中的应用本科毕设论文
毕业设计（论文）
UG软件在球身螺纹轴
零件加工中的应用
学院工业制造与管理学院
年级
专业数控技术
学号
学生姓名
指导教师
20年月
毕业论文（设计）诚信承诺书
题目
学生姓名
学号
专业
班级
学生承诺
我承诺在毕业论文（设计）活动中，遵守学校有关规定，恪守学术规范，本人毕业论文（设计）内容除特别注明和引用外，均为本人观点，不存在剽窃、抄袭他人学术成果，伪造、篡改实验数据的情况，如果有违规行为和论文抄袭率达到30%以上，我愿意承担一切责任，接受学校的处理。
学生（签名）：
年月日
查询毕业设计（论文）抄袭结果：
%
指导教师承诺
我承诺在毕业论文（设计）活动中，遵守学校有关规定，恪守学术规范，经过本人核查，该生毕业论文（设计）内容除特别注明和引用外，均为本人观点，不存在剽窃、抄袭他人学术成果，伪造、篡改实验数据的现象。
指导教师（签名）：
年月日
四川科技职业学院毕业设计（论文）评审表（指导教师用）
姓名
学号
题目
评价项目
具体要求
权重
A
B
C
D
E
调查论证
能独立查阅文献和从事其他调研；能正确翻译外文资料；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。
0.1
研究方案的设计能力
论文的整体思路清晰，结构完整、研究方案完整有序。
0.2
分析与解决问题的能力
能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题；能正确处理实验数据；能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。
0.2
工作量及
工作态度
按期圆满完成规定的任务，工作量饱满，难度较大；工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实。
0.2
质量
综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；试验正确，分析处理科学；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文结果有应用价值。
0.2
创新
工作中有创新意识；对前人工作有改进、突破或独特见解。
0.1
评定成绩（优、良、中、及格、不及格）
指导教师意见：
指导教师签名：
20年月日
说明：
在“A、B、C、D、E”对应的栏目下划“√”
四川科技职业学院毕业设计（论文）任务书
学生姓名
学号
指导教师
学院名称
专业名称
论文题目
题目来源
实习实践（）理论研究（）
一、基本任务与要求
基本任务：
要求：
二、工作内容及时间安排
1．选题：
20年月日前
2．开题报告：
20年月日前
3．收集资料及实施研究：
20年月日前
4．完成初稿：
20年月日前
5．完成修改稿：
20年月日前
6．完成定稿：
20年月日前
7．答辩：
20年月日前
摘要
数控技术是用数字信息对机械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。
UGNX5是一个高度集成的CAD/CAM/CAE软件系统，可应用于整个产品的开发过程，包括产品的概念设计、建模、分析和加工等。
它不仅具有强大的实体造型、曲线造型、虚拟装配和生成工程图等设计功能，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，从而提高设计的可靠性。
同时，UGNX5可以运用建立好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如下UG/OpenGRIP、UG/OpenAPI简单易学，实现功能多，便于用户开发专用CAD系统。
本论文主要介绍了UGNX5.0一些绘制图形基本功能的使用，运用UGNX5.0编制数控程序，还介绍了UGNX5.0的一些功能和特点及应用。
UGNX5.0是款强大的CAD/CAM软件，是集设计与制造于一体。
编制数控程序在UGNX5.0里面进行模拟加工，完善加工工艺，刀具路径，完成球头轴的加工工艺分析和曲面轴零件的加工。
关键词：
数控；UGNX5.0；CAD/CAM；
第1章绪论
1.1数控机床概述
数控机床对零件的加工过程，是严格按照加工程序所规定的参数及动作执行的。
它是一种高效能自动或半自动机床，与普通机床相比，具有加工精度高、加工稳定可靠、高柔性、高生产率等特点。
1.1.1数控机床基本概念
1．数字控制
数字控制（NumericalControl，简称NC），就是用数字化的信息对机床的运动及其加工过程进行控制的一种方法。
简单地说，数控就是采用计算机或专用计算机装置进行数字计算、分析处理、发出相应指令，对机床的各个动作及加工过程进行自动控制的一门技术。
2．数控机床
数控机床是一种利用信息处理技术进行自动加工控制和金属切削的机床，是数控技术运用的典范。
数控机床是现代化制造技术的核心设备，其先进程度和拥有数量代表了一个国家制造工业的现代化水平。
数控机床如图1-1所示。
图1-1
3．计算机数字控制
计算机数字控制（ComputerNumericalControl，简称CNC）是用计算机存储系统软件实现数字控制功能，使数控系统由模拟控制系统发展为数字控制系统。
对于计算机数字控制而言，不论是运算速度、精度，还是系统的稳定性、可靠性，都比以前的数控系统有很大的提高，为数控技术的发展提供了强大的生命力。
4．数控系统
数控系统是指利用数控技术实现自动控制的系统。
它是数控机床的核心，可对NC代码进行识别、存储和插补运算，并输出相应的脉冲指令经驱动伺服系统变换和放大，驱动机床完成相应的动作。
数控系统主要用于控制对象的位置、角度、定位精度、定位速度、切削速度、温度、压力等。
5．数控加工
数控加工是把根据工件图样和工艺要求等原始条件编好的加工程序输入数控装置，数控装置再将输入的信息进行运算处理后转换成驱动伺服机构的指令信号，最后由伺服机构控制机床刀具与工件的相对运动，实现工件自动加工。
6．数控加工的内容
一般来说，数控加工流程如图1-2所示，主要包括以下几方面的内容。
图1-2
（1）分析图样。
确定加工方案对所要加工的零件进行技术要求分析，选择合适的加工方式，再根据需要的加工方式，选择合适的数控加工机床。
（2）工件的定位与装夹。
根据零件的加工要求，选择合理的定位基准，并根据零件批量、精度和加工成本选择合适的夹具，完成工件的装夹与工件在夹具中的找正。
（3）刀具的选择与安装。
根据零件的加工工艺性与结构工艺性，选择合适的刀具材料与刀具种类，完成刀具在机床中的安装与对刀，并将对刀所得参数在数控系统中进行正确设定。
（4）编制数控加工程序。
根据零件的加工要求，对零件进行正确的编程，并将这些程序通过控制介质或以手动方式输入机床数控系统。
（5）试切削、试运行并校验数控加工程序。
对所输入的程序进行试运行，并进行首件的试切削。
试切削一方面用来校验所编制的数控程序，另一方面用来校验工件的加工精度。
（6）数控加工。
当程序正确无误后，便可进入数控加工阶段。
（7）工件验收和质量误差分析。
工件入库前，应先进行工件的检验，并进行质量分析，分析误差产生的原因，找出纠正误差的方法。
1.1.2数控铣床及加工中心的组成及特点
数控铣床及加工中心是一种利用信息处理技术进行自动加工控制和金属切削的机床，主要是用计算机程序对各类控制信息进行处理，不仅具有柔性，而且还可处理逻辑电路难以处理的各种复杂信息。
熟悉数控铣床及加工中心的组成及特点，便于掌握机床的工作流程及其在各行业中的应用。
1.数控铣床及加工中心组成
数控铣床及加工中心的种类繁多，但从组成一台完整的数控铣床及加工中心的角度讲，主要由输入输出设备、数控装置、伺服系统、反馈系统和机床本体5大部分以及辅助装置组成，如图1-3所示。
图1-3
（1）输入输出设备
输入输出设备是数控机床与外部设备的接口，存储介质的加工信息通过输入设备输送到机床的数控系统，机床内存中的加工程序也可以通过输出设备传送到存储介质上。
（2）数控系统
数控系统是数控机床及加工中心的核心部分，主要是对输入的加工程序进行数字运算和逻辑运算，然后向伺服系统发出控制信号，使设备按规定的动作执行。
（3）伺服系统
伺服系统是数控系统与机床本体之间的电传动联系环节，主要由伺服电动机、驱动控制系统及位置检测系统组成。
其作用是把由数控系统发出的脉冲信号转换成机床移动部件的运动，使机床的工作台按规定移动，精确定位，加工出符合图纸要求的工件。
整个机床的性能主要取决于伺服系统。
常用的伺服电机有直流伺服电机、交流伺服电机、电液伺服电机等。
（4）反馈系统
反馈系统主要是对机床的运动速度、方向、位移以及加工状态加以检测并将其结果转化为电信号反馈给数控系统，数控系统根据反馈回来的信息调整机床的运动，实现误差补偿。
（5）机床本体
机床本体是数控铣床及加工中心的主体，是用于完成各种切削加工的机械部分，主要包括主运动部件、进给运动部件（如工作台、刀架）和支撑部件（如床身、立柱等）。
有些数控机床还配备特殊部件，如刀库、自动换刀装置等。
除上述5个主要部分外，数控铣床及加工中心还有一些辅助装置和附属设备，如电气、液压、气动系统与冷却、排屑、润滑、照明系统等。
2.数控铣床及加工中心的特点
在批量生产条件下，利用数控铣床或加工中心自动化加工，可以取得良好的经济效益。
与普通机床加工相比，采用数控铣床及加工中心加工具有以下特点。
（1）简化加工过程
传统加工需要认真编制工艺规程，严格划分工序，然后设计和制造夹具，确定定位方案。
而使用数控加工可以集中工序，减少零件的装夹次数，通过NC程序可以轻松实现对复杂三维零件的加工，大大简化加工过程。
（2）加工效率高
数控加工在NC程序引导下有序进行，受到的人工干预少，加工过程中工件的转位时间及换刀时间短，还可以实现多刀并行加工，大大地提高了加工效率。
（3）加工精度高
数控加工在程序控制下有序进行，受到的人工干预少，具有较小的加工误差。
同时，现在的数控机床还采用了闭环控制，可以对出现的误差进行补偿，大大地提高了加工精度。
（4）加工重复性好
数控加工中编制好的程序可以在加工中重复使用，还可以对已有的程序进行适当的修改和完善，以适应相似的加工对象，特别是随着CAD/CAM技术的不断发展和进步，复杂数控程序的编制变得越来越简单，这为高效地加工出高精度的复杂零件创造出良好的条件。
1.2数控加工编程
数控编程是以数控加工中的编程方法作为研究对象的一门加工技术，它以机械加工中的工艺和编程理论为基础，针对数控机床的特点，综合运用相关的知识来解决数控加工中的工艺问题和编程问题。
数控编程人员必须掌握与数控加工相关内容的知识，包括数控加工原理、数控机床及其原理、机床坐标系，数控程序结构和常用数控指令等。
数控加工工艺分析和规划将影响数控加工的加工质量和加工效率，因此，数控加工工艺分析和规划是数控编程的核心内容。
主要包括加工区域的划分和规划，刀轨形式与走刀方式的选择，刀具及机械参数、加工工艺参数的设置。
1.2.1数控程序编制方法
编制数控机床程序的方法有手工编程和自动编程两种。
手工编程是程序员直接通过人工完成零件图工艺分析、工艺和数据处理、计算和编写数控程序、输入数控程序直到程序验证整个过程的方法。
手工编程非常适合于几何形状不太复杂、程序计算量较少的零件的数控编程。
相对而言，手工编程的数控程序较短，编制程序的工作量较少。
因此，手工编程广泛用于形状简单的点位加工和由直线、圆弧组成的平面轮廓加工中。
自动编程是一种利用计算机辅助编程技术的方法，它是通过专用的计算机数控编程软件来处理零件的几何信息，实现数控加工刀位点的自动计算。
对于复杂的零件，特别是具有非圆曲线曲面的加工表面，或者零件的几何形状并不复杂，但是程序编制的工作量很大，或者是需要进行复杂的工艺及工序处理的零件，由于这些零件在编制程序和加工过程中，数值计算非常繁琐，程序量很大。
如果采用手工编程往往耗时多、效率低、出错率高，甚至无法完成，这种情况下就必须采用自动编程。
现在广泛使用的自动编程是CAD/CAM图形交互自动编程，CAD/CAM图形自动编程系统的特点是利用CAD软件的图形编辑功能将零件的几何图形绘制到计算机上，在图形交互方式下进行定义、显示和编辑，得到零件的几何模型；然后调用CAM数控编程模板，采用人机交互的方式定义几何体，创建加工坐标系，定义刀具，指定被加工部位，输入相应的加工参数，确定刀具相对于零件表面的运动方式，确定加工参数，生成进给轨迹，经过后置处理生成数控加工程序。
整个过程一般都是在计算机图形交互环境下完成的，具有形象、直观和高效的优点。
1.2.2数控程序的特点
数控机床是一种用计算机实施控制的机床，用来控制机床的系统称为数控系统。
数控机床的运动和辅助动作均受控于数控系统发出的指令。
在数控机床上加工零件与在普通机床上加工零件，从加工方法上讲没有多大差异，区别在于机床运动的控制方面，在普通机床上加工零件时，机床的运动由操作工人控制；而在数控机床上加工零件时，机床的运动和辅助动作的实现均受控于数控系统发出的指令。
数控系统的指令是由程序员根据零件的材料、加工要求、机床的特性和系统所规定的指令格式（数控语言或符号）编制的。
数控程序是从零件设计图纸或零件三维模型直到获得数控加工程序的全过程，在输出数控程序前，往往要进行多次验证检查和相应的程序调整，通过仿真加工或试切加工，以观察零件的全加工过程，校验刀位计算是否正确，加工过程是否存在过切现象，所选刀具、走刀路线、进退刀方式是否合理，刀具、刀柄、夹具之间是否存在干涉与碰撞现象等，以及根据仿真加工和试切的结果所需的反复修改或调整程序的时间，从而降低所耗费的人力和物力。
使用CAD/CAM软件完成的数控程序效率高、准确、可靠，同时对数控编程人员提出了更高的要求。
数控加工路线清晰、准确，刀具及切削参数选择合理，调试时需要调整的时间和内容少，数控程序固化率高。
在计算机上通过UG/CAM所实现数控编程的全过程，生成并保存为一个文本文件，然后输入到数控机床的整个过程称为离线编程。
如何编制完善的数控加工程序，加工高质量的零件，同时使设备安全、稳定地运行，是数控加工工艺人员、数控加工操作人员最关心的问题。
1.2.3数控编程主要工作程序
使用数控机床加工零件，最主要的工作就是编制零件的数控加工程序。
数控编程过程可以归结为工艺方案的理解、工件装夹、建立坐标系、输入刀具参数、输入数控程序、程序验证、调整和机床操作等几个基本步骤。
数控工艺方案是加工的灵魂，对于一般的工件，工艺方案的重点在于提高效率，降低成本。
而对于关键件、重要件、复杂工件，工艺方案直接关系到零件的加工质量，编程人员应在工艺方案上多下工夫，总结经验，踏实、认真地从每一个细节做起。
在明确目标后，再进行工艺分析，确定相应的工序和工步，以及关键部位的工艺保证措施，同时也应考虑操作者的技能水平、现有工艺装备的配置状况、刀具、量具和设备等因素。
数控程序编制主要工作内容如下。
1）零件数控加工工艺性分析
根据加工零件的设计图纸及相关技术文件，对零件的材料、毛坯种类、形状、尺寸、精度、表面质量以及热处理要求等进行综合分析。
零件设计图定义了零件的几何形状和结构特点、尺寸及其公差、形位公差、技术要求、材料、热处理要求等方面的内容。
在进行零件数控编程时，还应了解零件的毛坯材料状态，包括毛坯材料的类型、规格、形状、热处理状态以及硬度等。
零件设计图和毛料状态构成了加工零件数控加工工艺分析的主要内容，也决定了哪些是零件的技术关键，加工中的难点，数控编程的难易程度。
在利用以上所有原始信息的基础上，综合考虑其他的相关因素，以确定合理的数控加工方案和数控加工方法。
初步拟定定位和夹紧基准，合理选择机床，确定加工刀具和切削用量等。
2）数控机床及其控制系统性能分析
数控机床性能分析包括工作台的加工范围、机床主轴转速范围、机床的功率、机床采用的刀柄类型和规格、刀具系统的构成、夹具与机床的连接方式、数控程序输入方式等方面的内容。
首先考虑的是数控机床的工作区域或工作空间能否满足零件的数控加工要求，零件必须安装在夹具里，所以数控机床应该足够大，零件及其工装夹具总的重量也不应超过机床的规定值。
其次，还应该掌握和了解数控机床的额定功率大小、主轴速度和进给速度限定范围、刀位数量、刀具系统以及机床其他附件等方面的内容。
通常小型数控机床具有较高的主轴速度和较低的额定功率，而大型机床具有较低的主轴速度和较高的额定功率。
3）数控系统性能分析
数控系统性能分析包括控制系统的类型，坐标系的定义方式，主轴转速范围，进给速度的定义，刀具的识别和编号方法，对圆弧插补的要求，轴的连动方式，拐角控制方法，刀具运动（快速运动、直线运动和圆弧运动）的模式等方面的内容；还包括数控程序的格式，数控程序的语法结构，常见的数控编程指令及其使用规则。
控制系统作为数控机床的核心部分，在进行数控程序规划时，编程人员必须对控制系统的标准指令有一个清晰的了解，只有这样，才能使用数控系统的特有功能和科学的编程方法，比如加工循环、子程序、宏指令和其他功能。
建议程序员要很好地了解数控机床和数控系统，这对于编写高水平、高质量的数控程序非常有用，也更具有创新意义。
数控系统功能的有效利用和数控程序的质量，反映了编程员对数控机床及其数控系统功能的了解程度。
4）零件数控编程数据处理
由于零件设计图主要反映设计人员的设计思想，在零件的形状特点、尺寸，以及零件表面之间的相互位置关系等方面考虑得多一些，而在零件结构上、加工工艺性等方面，很少或没有考虑对加工的影响。
这反映在以下方面。
设计基准转换数据处理表现为零件图上的设计基准由反映设计思想的特征元素——点、线、面组成，这也是建立零件坐标系的依据，加工坐标系的建立过程即是将设计基准和零件坐标系联系起来的过程。
加工坐标系作为加工的基准，一是考虑设计基准是否适合建立零件的加工坐标系，即能否根据设计基准来建立；如果不适合，如何进行转换；二是考虑由设计基准确定的加工坐标系，其位置是否方便找正；三是考虑坐标系原点对于数控编程计算是否简单。
处理零件加工图形主要考虑零件的数控加工工艺性，对零件图形进行必要的数学处理和数值计算。
具体可以概括为以下内容：
简化零件图形提取零件设计图中的曲线和曲面（特征）作为数控加工图形；或者压缩某些与制造无关的特征，例如不需加工及不能加工的特征（如孔、槽、圆角、螺纹等）。
这些特征被压缩后，可明显感觉到编程直观，同时可以提高运算速度和使刀位轨迹合理。
补全零件图形是指根据零件数控加工的要求，重新构造或补充满足要求的图形。
增加一些加工辅助线或辅助面，构建刀具轨迹限制边界。
基点、节点和刀位点的计算表现为零件的轮廓曲线由直线、圆弧、二次曲线等不同的几何元素组成，在编制程序前，必须对加工轨迹的一些坐标值进行计算，作为程序刀位点的输入数据。
数据计算包括基点计算、节点计算等。
对于复杂的加工曲线和曲面，必须使用计算机辅助计算。
5）数控工艺路线设计
数控工艺路线设计是指程序员结合机床具体情况，考虑工件的定位，设计夹具或选用夹具和辅助工装及数控加工方案设计的整个构思过程。
首先确定最终零件的数控加工图形或模型；然后确定零件的加工坐标系，为减少定位误差，加工坐标系应尽量与设计基准重合；最后进行数控加工方案设计，包括加工区域划分、加工路线确定和加工工序设计等方面的内容。
6）编写数控加工程序
根据确定的加工路线、刀具号、切削用量、辅助动作以及数值计算的结果，按照数控机床规定的使用功能指令代码及程序段格式，逐段编写加工程序。
此外还应附上必要的加工示意图、刀具布置图、机床调整卡、工序卡及必要的说明等。
数控编程的过程是逐步完善数控工艺方案的过程，由于工艺方案是预先设想的，不一定全面，因此在数控编程中要不断调整和改进。
7）数控程序校验
数控程序的验证工作是不可缺少的环节，不能因为时间来不及或思想上的侥幸心理，放弃验证工作。
程序校验的主要内容包括如下方面。
（1）数控程序是否存在语法错误，输入数据是否有效，即数控系统能否识别。
（2）数控程序是否完整、合理。
（3）刀具运动轨迹是否正确：
编好的数控程序通常可以通过在机床显示屏上显示刀具路径，即刀具的运动轨迹，来检验程序的正确性。
（4）首件试切削程序校验部分的内容可以证明刀具轨迹运动的正确性，因此要对工件进行首件试切。
根据实际验证的内容如干涉、过切区域，刀具、工件和夹具的刚度与弹性变形情况，以及刀具的磨损情况等因素进行必要的处理和调整。
1.3UGCAM概述
UGCAM系统可以提供全面的、易于使用的功能，以解决数控刀轨的生成、加工仿真和加工验证等问题。
UGCAM系统所提供的单一制造方案，可以高效率地加工从普通的孔到复杂的飞机螺旋桨的所有零件。
UGCAM系统除了提供生成NC代码的工具以及后置任务，还提供了在这个领域最新改进的加工切削技术，比如高速切削技术（高速铣）、样条插补以及数字检验确认，这些都能极大地提高用户的生产能力。
UGCAM模块的加工类型有铣削加工、车削加工、点位加工和线切割加工四大类型。
1.铣削加工
铣削加工是最为常见也是最重要的一种加工方式。
根据加工表面形状可分为平面铣和轮廓铣。
根据在加工过程中机床主轴轴线方向相对工件是否能够改变，可分为固定轴铣和可变轴铣。
固定轴铣又可分为平面铣、型腔铣和固定轮廓铣；可变轴铣又可分为可变轮廓铣和顺序铣。
（1）平面铣（Mill-Planar）
平面铣用于平面轮廓或平面区域的精、粗加工，刀具平行于工件底面进行多层铣削。
每个切削层均与刀轴垂直，各加工部位的侧壁与底面垂直。
平面铣提供加工2～2.5轴零件的所有功能，设计更改通过相关性而自动处理。
该模块包括多次走刀轮廓铣、仿型内腔铣和Z字型走刀铣削，用户可规定避开夹具和进行内部移动的安全余量。
此外，还提供型腔分层切削功能和凹腔底面小岛加工功能，以及提供一些操纵机床辅助运动的指令，如冷却、刀具补偿和夹紧等。
平面铣的特点是：
刀轴固定，底面是平面，各侧壁垂直于底面。
（2）型腔铣（Mill-Cavity）
型腔铣根据型腔的形状，将要切除的部位在深度方向上分成多个切削层进行切削。
每个切削层可指定不同的切削深度，切削时刀轴与切削平面垂直。
型腔可用于加工侧壁与底面不垂直的部位。
型腔铣可用边界、平面、曲线和实体定义要切除的材料。
型腔铣模块对加工汽车和消费品工业中普遍使用的注塑模具和冲压模特别有用。
它提供粗加工单个或多个型腔、沿任意类似型芯的形状进行粗加工大余量去除的全部功能。
其最突出的功能是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，而构成型腔的曲线可达数百个。
当该模块发现型面异常时，它可以自行更正，或者在用户规定的公差范围内加工出型腔。
型腔铣的特点是：
刀轴固定，底面可以是曲面，侧壁可以不垂直于底面。
（3）固定轴曲面轮廓铣（Fixed-Axismilling）
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