数控加工技术课程设计.docx
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数控加工技术课程设计
哈尔滨理工大学
实训说明书
题目：
模型数控加工
院、系：
机械动力工程学院
姓名：
指导教师：
万泉、杨树财
系主任：
王义文
2011年1月12日
目录
摘要……………………………………………………………………………2
第1章绪论……………………………………………………………………3
1.1数控技术的发展……………………………………………………3
1.2UG软件的概述………………………………………………………5
第2章建模过程………………………………………………………………8
第3章编程过程……………………………………………………………13
3.1创建程序父节点组…………………………………………………13
3.2创建刀具父节点组…………………………………………………13
3.3创建几何父节点组…………………………………………………14
3.4创建加工操作……………………………………………………15
3.4.1创建粗加工操作……………………………………………15
3.4.2创建平面精工……………………………………………17
3.4.3固定轴半精加工………………………………………………18
3.4.4固定轴精加工………………………………………………19
3.4.5.过切检查……………………………………………21
第4章后置处理…………………………………………………………22
第5章加工过程…………………………………………………………23
总结………………………………………………………………………23
参考文献…………………………………………………………………23
UG软件在数控加工中的应用的研究
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，数控装备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形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备。
数控加工技术集传统的机械制造、计算机技术、现代控制技术、传感检测技术、信息处理、光机电技术于一体，是现代机械制造技术的基础。
它的广泛应用，给机械制造业的生产方式、产品结构带来了深刻的变化。
今年来，国内制造业发展迅速，全球制造业向我国转移的趋势十分明显，代表着先进制造技术的数控加工在制造业中的应用也日益普及。
随着数控技术俄飞速发展，数控技术的水平和普及程度，已经成为衡量一个国家统合国力和工业现代化水平的重要标志。
本课程设计是通过对球座的建模、编程、加工过程使我们对UG软件的建模部分、加工部分的熟练运用，使我们能够对数控加工技术的进一步掌握。
关键词UG软件数控技术建模编程加工
第1章绪论
1.1数控技术的发展
20世纪中期，随着电子技术的发展，自动信息处理、数据处理以及电子计算机的出现，给自动化技术带来了新的概念，用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制，推动了机床自动化的发展。
采用数字技术进行机械加工，最早是在40年代初，由美国北密支安的一个小型飞机工业承包商派尔逊斯公司（ParsonsCorporation）实现的。
他们在制造飞机的框架及直升飞机的转动机翼时，利用全数字电子计算机对机翼加工路径进行数据处理，并考虑到刀具直径对加工路线的影响，使得加工精度达到±0.0381mm（±0.0015in），达到了当时的最高水平。
1952年，麻省理工学院在一台立式铣床上，装上了一套试验性的数控系统，成功地实现了同时控制三轴的运动。
这台数控机床被大家称为世界上第一台数控机床。
这台机床是一台试验性机床，到了1954年11月，在派尔逊斯专利的基础上，第一台工业用的数控机床由美国本迪克斯公司（Bendix-Cooperation）正式生产出来。
在此以后，从1960年开始，其他一些工业国家，如德国、日本都陆续开发、生产及使用了数控机床。
数控机床中最初出现并获得使用的是数控铣床，因为数控机床能够解决普通机床难于胜任的、需要进行轮廓加工的曲线或曲面零件。
然而，由于当时的数控系统采用的是电子管，体积庞大，功耗高，因此除了在军事部门使用外，在其他行业没有得到推广使用。
到了1960年以后，点位控制的数控机床得到了迅速的发展。
因为点位控制的数控系统比起轮廓控制的数控系统要简单得多。
因此，数控铣床、冲床、坐标镗床大量发展，据统计资料表明，到1966年实际使用的约6000台数控机床中，85%是点位控制的机床。
数控机床的发展中，值得一提的是加工中心。
这是一种具有自动换刀装置的数控机床，它能实现工件一次装卡而进行多工序的加工。
这种产品最初是在1959年3月，由美国卡耐·特雷克公司（Keaney&TreckerCorp.）开发出来的。
这种机床在刀库中装有丝锥、钻头、铰刀、铣刀等刀具，根据穿孔带的指令自动选择刀具，并通过机械手将刀具装在主轴上，对工件进行加工。
它可缩短机床上零件的装卸时间和更换刀具的时间。
加工中心现在已经成为数控机床中一种非常重要的品种，不仅有立式、卧式等用于箱体零件加工的镗铣类加工中心，还有用于回转整体零件加工的车削中心、磨削中心等。
1967年，英国首先把几台数控机床连接成具有柔性的加工系统，这就是所谓的柔性制造系统（FlexibleManufacturingSystem——FMS）之后，美、欧、日等也相继进行开发及应用。
1974年以后，随着微电子技术的迅速发展，微处理器直接用于数控机床，使数控的软件功能加强，发展成计算机数字控制机床（简称为CNC机床），进一步推动了数控机床的普及应用和大力发展。
80年代，国际上出现了1～4台加工中心或车削中心为主体，再配上工件自动装卸和监控检验装置的柔性制造单元（FlexibleManufacturingCell——FMC）。
这种单元投资少，见效快，既可单独长时间少人看管运行，也可集成到FMS或更高级的集成制造系统中使用。
目前，FMS也从切削加工向板材冷作、焊接、装配等领域扩展，从中小批量加工向大批量加工发展。
机床数控技术，被认为是现代机械自动化的基础技术。
我国数控技术起步于1958年，近50年的发展历程大致可分为三个阶段：
第一阶段从1958—1979年，即封闭式发展阶段。
在此阶段，由于国外的技术封锁和我国基础条件的限制，数控技术的发展较为缓慢。
第二阶段是在国家的“六五”、“七五”期问以及“八五”的前期，即引进技术，消化吸收，初步建立起国产化体系阶段。
在此阶段，由于改革开放和国家的重视，以及研究开发环境和国际环境的改善，我国数控技术在研究、开发和产品的国产化方面都取得了长足的进步。
第三阶段是在国家“八五”的后期和“九五”期间，即实施产业化的研究，进入市场竞争阶段。
在此阶段，我国国产数控装备的产业化取得了实质性进步。
在“九五”末期，国产数控机床的国内市场占有率达50％，配国产数控系统（普及型）也达到了10％。
目前我国一部分普及型数控机床的生产已经形成一定规模，产品技术性能指标较为成熟，价格合理，在国际市场上具有一定的竞争力。
我国数控机床行业所掌握的五轴联动数控技术较成熟，并已有成熟产品走向市场。
同时，我国也已进人世界高速数控机床生产国和高精度精密数控机床生产国的行列。
我国现有数控机床生产厂家100多家，生产数控产品几千种以上。
产品主要分为经济型、普及型和高档型三种类型。
在CIMT2003上，中国内地共展出机床700多台，在600多台金属切削机床和近100台金属成形机床展品中，数控机床分别占75％和54％。
这既体现了中国机床市场的需求趋势，也反映了中国在数控机床产业化方面取得了突破性进展。
虽然我国在数控产品的研究开发生产各方面有了较大的进步，但目前我国占据市场的产品主要集中在经济型产品上，而在中档、高档产品上市场比例仍然很小，与国外一些先进产‘品相比，在可靠性、稳定性、速度和精度等方面均存在较大差距。
与发达国家相比，我国数控机床行业在信息化技术应用上仍然存在很多不足。
目前国外数控系统技术发展的总体趋势是智能化、开放性、网络化、信息化。
1.2UG软件的概述
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。
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。
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。
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多台套机电专业
1、建模的灵活性
复合建模
-无需草图
-需要时可进行全参数设计
-无需定义和参数化新曲线——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
-参考集
-利用产品空间区域划分以及过滤器功能，选择工作组件或显示组件
-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
10、可分阶段实施的数据管理
业界最紧密的ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥ与ＰＤＭ集成
可管理ＣＡＤ数据以及整个产品开发周期中所有相关数据
第2章建模过程
运用PRO-E进行草绘画图
图2-1（成型图）
2.1镰刀部分的建模
绘制镰刀部分草图，标注尺寸并进行必要的约束。
绘制完成后，点击
鼠标中键完成草图选项。
图2-2（镰刀草图）
点击拉伸选项，选择草图，单击鼠标中键，选择方向和尺寸，点击确定选项，拉伸为实体。
完成镰刀部分建模,如图2-3：
图2-3（镰刀部分图）
2.2对镰刀进行倒角
图2-4（倒角图）
2.3锤子部分的建模
绘制锤子部分草图，标注尺寸并进行必要的约束。
绘制完成后，点击
鼠标中键完成草图选项。
图2-5（锤子草图）
点击拉伸选项，选择草图，单击鼠标中键，选择方向和尺寸，点击确定选项，拉伸为实体。
完成镰刀部分建模,如图2-6：
图2-6（镰刀部分图）
2.4对锤子进行倒角
图2.7（锤子倒角图）
2.5镰柄部分的建模
绘制镰柄部分草图，标注尺寸并进行必要的约束。
绘制完成后，点击
鼠标中键完成草图选项
图2.8（镰柄草图）
2.6对镰柄进行旋转
图2.9（镰柄旋转图）
第3章编程过程
工艺流程：
1型腔铣粗加工选12立铣刀
2平面精加工选12立铣刀
3等高半精加工选8球头铣刀
4等高精加工选6球头铣刀
3.1创建程序父节点组
选择起始，加工。
创建程序，加工环境，CAM设置为mill_contour，单击初始化。
3.2创建刀具父节点组
创建刀具，本加工选择12mm圆柱立铣刀，8mm和6mm球面铣刀各1把。
在UG中建立100*80*40的毛坯，将坐标系至于毛坯中间
图3-1（调整坐标系）
图3-2（创建刀具图）
3.3创建几何父节点组
设置加工坐标系为工件上表面中心点（图3-3），选择工件及毛胚
（图3-4）。
图3-3（设置加工坐标系图）
图3-4（设置工件毛坯图）
3.4创建加工操作
3.4.1创建粗加工操作
选择12mm圆柱立铣刀为加工用刀具。
创建操作，选择型腔铣。
使用几何体选为workpiece，确定。
切削方式为跟随工件，步进恒定的3-5mm（图3-5）。
设置每一刀的全局深度为2。
方法中的传送方式为安全平面（图3-6）。
螺旋下刀（图3-7）。
切削毛培余量为0.5mm（图3-9）。
机床运动输出为线性（图3-10）。
生成刀路（图3-11），确认。
图3-5（切削方式图）图3-6（切削方法图）
图3-7（下刀方法图）图3-8（切削参数图）
图3-9（毛坯余量图）图3-10（机床控制图）
图3-11（粗加工刀路图）
3.4.2创建平面精加工操作
选择12mm球面铣刀为加工用道具。
创建操作，选择平面铣。
使用几何体选为workpiece，确定。
选择切削区域平面，跟随工件步距为7mm，（图3-12）。
方法中的传送方式为安全平面。
螺旋下刀。
切削毛培余量为0mm（图3-13）。
变换切削方向机床运动输出为线性。
生成刀路（图3-14），确认。
图3-12（切削方式图）图3-13（切削参数）
图3-14（平面精加工刀路图）
3.4.3固定轴轮廓铣半精加工
B8球刀，选择所有曲面，每刀全局深1mm，传递方法为安全平面，加工余量0.3mm，螺旋下刀，机床控制仅线性。
（切削方式图）（毛坯余量图）
（固定轴轮廓铣粗加工刀路图）
3.4.4固定轴轮廓铣精加工
B6球刀，切削区域所有曲面，每刀全局深度0.3-0.5mm，传递方法安全平面，切削参数为去除边界跟踪，加工余量0mm，连接直接对工件，选择在层中剖切，策略选混合，螺旋下刀，机床仅线性
（切削方式图）（切削参数）
（固定轴轮廓铣精加工刀路图）
3.4.5检查过切
进入加工方法视图，依次选择程序，单击右键，选择刀轨下的过切检查命令，检查结果如图3-15。
图3-15（过切检查图）
第4章后置处理
CAM后置处理技术是目前机械制造业中最新发展起来的一中先进技术。
对于21世纪的加工行业，数控机床等设备已经起到了越来越重要的作用。
国际上CAD，CAM等的发展，趋势了CAM后置处理技术的诞生和发展。
具体操作：
分别选择加工程序，选择后处理，输出TXT格式文件，打开后处理文件，对程序头和程序尾进行适当更改。
更改刀具转速。
保存，关闭文件，如图4-1。
图4-1（后处理图）
第5章加工过程
数控加工，就是泛指在数控机床上进行零件加工的工艺过程。
数控机床是一种用计算机来控制的机床，用来控制机床的计算机，不管是专用计算机、还是通用计算机都统称为数控系统。
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。
而数控系统的指令是由程序员根据工件的材质、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。
所谓编程，就是把被加工零件的工艺过程、工艺参数、运动要求用数字指令形式（数控语言）记录在介质上，并输入数控系统。
数控系统根据程序指令向伺服装置和其它功能部件发出运行或终断信息来控制机床的各种运动。
当零件的加工程序结束时，机床便会自动停止。
任何一种数控机床，在其数控系统中若没有输入程序指令，数控机床就不能工作。
机床的受控动作大致包括机床的起动、停止；主轴的启停、旋转方向和转速的变换；进给运动的方向、速度、方式；刀具的选择、长度和半径的补偿；刀具的更换，冷却液的开起、关闭等。
图3.1是数控机床加工过程框图。
从框图中可以看出在数控机床上加工零件所涉及的范围比较广，与相关的配套技术有密切的关系。
合格的编程员首先应该是一个很好的工艺员，应熟练地掌握工艺分析、工艺设计和切削用量的选择，能正确地选择刀辅具并提出零件的装夹方案，了解数控机床的性能和特点，熟悉程序编制方法和程序的输入方式。
具体操作：
选择数控机床，装夹工件，输入程序文件，模拟、检测程序，机床坐标归零，试动，开始加工，加工完成，清理机床。
总结
通过数控加工工艺课程设计，我收获很多，在更加牢固的掌握了应用PRO-E画图用UG软件进行数控加工编程，对UG建模有了深刻的认识，掌握了建模的基本方法，通过自己努力学习到了基本的建模技术。
对数控加工有了更加透彻的理解。
更加认识绘图软件和编程软件在未来机械行业中的重要性，对数控加工与仿真技术方面应该更加深入的了解，对多种加工方法的区别应该更加熟练掌握，并灵活运用，在以后的工作中活学活用。
在此，特别感谢杨树财老师，王义文老师，万泉老师悉心教导和耐心解答。
参考文献
PRO-E绘图基础
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