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毕业设计论文基于UG软件的充电器的建模造型
毕业设计(论文)
题目名称:
基于UG软件的充电器的建模造型
目录
1引言4
1.1选题背景与意义4
1.2研究现状4
2充电器模型测绘5
2.1测绘方法5
2.2测绘过程5
3基于UG的充电器CAD设计实体过程6
3.1实体建模过程7
3.1.1画出充电器三维造型的轮廓线7
3.1.2创建实体10
3.1.3前视图造型设计13
3.1.4倒圆角15
3.1.5实体抽壳17
3.1.6孔的设计18
3.1.7平移坐标轴19
3.2曲面分析20
4工程制图21
摘要
本文详细叙述了运用UG软件实现充电器支座三维模型设计及虚拟制造的方法。
先在UG软件的CAD建模中,通过拉伸实体、布尔运算、实体抽壳和实体倒圆角等功能绘制出充电器支座的三维模型。
然后在UG的加工模块中,完成充电器模型的虚拟制造,生成了两个平面轮廓铣程序,一个是粗加工程序另一个是精加工程序。
后置处理中选用MILL_3_AXIS机床,生成机床可以识别的程序。
在虚拟制造中,还需要考虑到刀具、切削用量等加工工艺的选择,这些在文中也作了详细介绍。
此外,文中还介绍了数控加工中程序传送的方法。
利用CimcoEdit软件将生成的程序传送到西门子铣床上。
要注意的是,粗加工程序较短,可以先直接传送到机床中,然后加工。
但精加工程序比较长,不能完成一次性传送,因此文中介绍了边传送边加工的DNC加工方法。
关键词
虚拟制造;UG;CAD/CAM;数控加工;充电器
1引言
CAD/CAM是计算机辅助设计/计算机辅助制造(ComputerAidedDesign/ComputerAidedManufacturing)的简称。
其核心是利用计算机快速高效地处理各种信息,进行产品的设计与制造,它彻底改变了传统的设计、制造模式,利用现代计算机的图形处理技术、网络技术,把各种图形数据、工艺信息、加工数据,通过数据库集成在一起,供大家共享。
信息处理的高度一体化,支撑着各种现代制造理念,是现代工业制造的基础。
计算机辅助设计(CAD)以计算机图形处理学为基础,帮助设计人员完成数值计算,实验数据处理,计算机辅助绘图,进行图形尺寸、面积、体积、应力、应变等分析,即高效、优化地进行产品设计。
计算机辅助制造(CAM)是指使用计算机辅助制造系统模拟、优化产品加工过程,利用数控机床加工以及装配出产品的技术。
把CAD/CAM作为一个整体来考虑,从产品设计开始到产品检验结束,贯穿于整个过程,可以取得明显的效果。
CAD/CAM与传统的制造模式相比有以下的优点:
①个人技能、技巧等模拟量信息的数字化,社会化共享。
②各工序信息的共享、数值基准的统一,能够推行整个工程的标准化。
③改变系统的顺序排列作业,能够进行并行化作业。
Unigraphics(简称UG)软件是美国EDS公司著名的3D产品开发软件,利用UG软件可以更好地提高设计质量与设计效率,由于其强大的功能,已逐渐成为当今世界最为流行的CAD/CAE/CAM软件之一。
本课题就是基于UG充电器模型的计算机辅助设计与制造。
利用UG软件的强大功能完成充电器模型三维造型设计及制造,目的是研究和掌握UG在模具设计中的应用。
课题的主要任务是:
①学习UG软件,用UG软件绘制出充电器的三维模型;②用UG软件完成充电器模型的虚拟制造;③在加工中心机床上实现充电器模型的数控加工。
1.1选题背景与意义
近年来数控机床的普及以及CAD/CAM技术的快速推广,促进了我国制造业设备的更新换代,在制造业中使用CAD/CAM技术,提高了产品质量,降低了产品成本,缩短了生产周期,不断提高我国产品在国际市场上的竞争能力。
对于已经加入世贸组织的我国,积极推广CAD/CAM技术,有利于我国企业加速融入全球的竞争机制。
①产品设计
从产品意图设计开始到进行三维实体造型、设计装配图和出详细的零件图以及强度校核、运动学分析、动态干涉检查等。
②工艺设计(虚拟制造)
根据所设计的产品类型、特征、外形形状,选择不同的加工方式,根据加工条件,设计加工路线,确定工艺参数、切削用量,生成加工程序。
仿真实体切削加工过程,根据仿真结果,修改切削用量重新仿真,直到达到最佳效果为止。
所有的CAD/CAM功能都与一个公共数据库相连,应用程序使用公共数据库里的信息,实现产品设计、工艺规程编制、生产过程控制、质量控制、生产管理等产品生产全过程的信息集成。
1.2研究现状
我国CAD/CAM技术的应用起步于20世纪60年代末,经过近40年的研究、开发与推广应用,CAD/CAM技术已经广泛地应用在机械、电子、航天、化工和建筑等行业。
应用CAD/CAM技术提高了企业的设计效率、优化了设计方案、减轻了技术人员的劳动强度、缩短了设计周期、加强了设计的标准化。
目前来看,CAD/CAM技术的应用正在如火如荼地展开。
但是,应该看到这样一个现实,目前国内CAD/CAM系统的应用还停留在比较低的水平上。
对于大多数中小企业来说,一旦企业在这方面进行了投资而又不能尽快地发挥其作用,就会给企业带来不必要的损失,也为下一步CAD/CAM技术的应用发展制造了障碍。
2充电器模型测绘
2.1测绘方法
当只有一个实物样品或手板模型,没有图纸或CAD数据档案时,我们可以通过以下两种方法进行样点获取:
一种是通过手工测绘,借助简单的测量工具对被测物进行数据采集,从而大致绘出实体外形进行加工;另一种是逆向工程技术,即由高速三维激光扫描机对已有的样品或模型进行高速、准确地扫描,得到其三维轮廓数据,配合反求工程软件进行曲面重构,并对重构的曲面进行在线精度分析、构造效果评价和再设计等,最终生成IGES或STL(在CAD/CAM中用于数据交换的文件格式)数据,据此就能进行数控(NC)加工或快速成型。
由于条件有限,本课题采用手工测绘实体外形。
2.2测绘过程
测绘中所需测量工具是直尺、三角尺、游标卡尺。
把充电器样品分成五部分测绘:
①左视图的样品轮廓,图2-1;②俯视图的弧边轮廓,图2-2;③俯视图的方形孔尺寸,图2-3;④前视图图案轮廓,图2-4;⑤后视图孔的位置,图2-5。
图2-1左视图测绘图
其中各点尺寸为:
1(41.58,0)2(40,20.5)3(34,26)4(-22.96,20.57)5(-40,0)6(22,,6.1)7(36.6,31.3)8(-24.2,31.3)9(-24.2,16.24)10(-24.82,21.68)11(-24.82,36.58)12(10.25,36.58)13(0.25,25.87)C1(-19,0)C2(34.6,-279.3)C3(34,20)C4(-13.95,79.6)
图2-2弧边轮廓测绘图
图2-3俯视图的方形孔尺寸
图2-4前视图图案轮廓
图2-5后视图孔的位置
由于不是精确采集点的数据,需要运用UG软件对充电器三维造型进行优化设计。
3基于UG的充电器CAD设计实体过程
本章是按照上面一章测绘出的草图,运用UG软件对充电器三维造型进行优化设计。
3.1实体建模过程
利用拉伸实体、布尔运算、实体抽壳和实体倒圆角等功能绘制充电器支座模型,效果可参考图3-1。
图3-1充电器支座模型和轮廓截面线
3.1.1画出充电器三维造型的轮廓线
①打开UGNX3,如图3-2所示。
新建一个文件,输入的文件名cdq,选择菜单命令[应用]/[建模],如图3-3,进入建模界面,如图3-4所示。
图3-2UGNX3主界面图3-3UG应用界面
图3-5工作层设置界面
②选择
,进入草图YC-ZC平面,在草图中画出充电器模型的轮廓线。
第一组曲线各点尺寸为:
1(41.58,0)2(40,20.5)3(34,26)4(-22.96,20.57)5(-40,0)C1(-19,0)C2(34.6,-279.3)C3(34,20),如图4.6,保存在第一层,如图3-5所示。
图3-6第一层轮廓曲线尺寸
③关闭第一层,第二组曲线各点尺寸为:
6(22,6.1)7(36.6,31.3)8(-24.2,31.3)9(-24.2,16.24),保存在第二层,图3.7所示。
图3-7第二层轮廓曲线尺寸
④关闭第二层,第三组曲线各点尺寸为:
10(-24.82,21.68)11(-24.82,36.58)12(10.25,36.58)13(0.25,25.87)C4(-13.95,79.6),保存在第三层,图3-8所示。
图3-8第三层轮廓曲线尺寸
⑤关闭第三层,在草图XC-YC平面里绘制第四组曲线,各点尺寸为:
C1(-24,-6.129)C2(24,-6.129),保存在第四层,图3-9所示。
图3-9第四层轮廓曲线尺寸
3.1.2创建实体
①退出草图模式,打开1、4层,关闭第2、3层,如图3-10所示。
图3-10轮廓曲线
②选择如图3-11所示圆弧P1(与其连接的图素会被选上),选择
拉伸,对称距离为起始-30mm,结束30mm。
确定后,结果如图3-12所示。
图3-11“拉伸”菜单图3-12拉伸结果
③同样方法拉伸图P2、P3,拉伸距离为起始0mm,结束30mm。
确定后结果如图3-13所示。
选择
进行布尔并运算,图3-14,把被拉伸的两个几何体合成一个整体。
图3-13拉伸实体图3-14布尔并运算菜单
④打开第3层,选择如图3-15所示直线P4(与其连接的图素会被选上),拉伸P4,拉伸距离为起始-50mm,结束50mm。
结果如图3-16。
选择
布尔差运算,图3-17,结果如图3-18所示。
图3-15拉伸图3-16拉伸结果
图3-17布尔差运算图3-18布尔差运算结果
⑤打开第二层,选择如图所示直线P5(与其连接的图素会被选上)如图3-19。
拉伸P5,拉伸距离为起始-26mm,结束26mm。
结果如图3-20。
选择
布尔差运算,结果如图3-21所示。
图3-19对P5进行拉伸
图3-21对P5进行布尔差运算结果
3.1.3前视图造型设计
①创建凸面。
选择
基准平面,在曲面前创建一个面,图3-22。
双击这个面,进入草图,在前视图中按以下坐标绘制如图3-23所示的曲线。
C1(-29.393,-18.942)C2(29.393,-18.942)C3(0,-19.487)。
完成草图,选择
凸垫,在前面的曲面上凸垫,凸垫高度为1mm,如图3-24所示。
图3-22选择基准平面
图3-23绘制凸垫曲线
图3-24完成凸垫曲面绘制
②创建凹孔。
再次双击创建凸面时所作的面,进入草图,在前视图中按以下坐标绘制如图3-25所示的曲线。
C1(-15,2.814)C2(15,2.814)。
完成草图,选择
,以两个圆为弧,各创建一个球体,和曲面相交,图3-26。
选择
,做布尔差运算,就可在曲面上留下两个凹进去的圆孔,图3-27。
图3-25创建凹孔曲线
图3-27凹孔布尔差运算
3.1.4倒圆角
为方便机床加工,使图形更加美观,对充电器实体进行倒圆角。
①选择
倒圆角,选择如图3-28所示实体边P13、P14、P15、P15,在弹出的实体圆角参数设定对话框中,输入倒圆角半径为8。
图3-28选择实体边倒圆角半径8mm
②选择如图3-29所示实体边P17,再选择另外三条相对的实体边,在弹出的实体圆角参数设定对话框中,输入倒圆角半径为4。
选择所示实体边P18、P19,在弹出的实体圆角参数设定对话框中,输入倒圆角半径为1.5。
选择如图3-29、3-30所示实体边P20~P23,在弹出的实体圆角参数设定对话框中,输入倒圆角半径为4。
图3-29选择实体边倒圆角半径4mm
图3-30垂直边倒圆角半径4mm
③选择如图3-31所示实体边P24、P25,在弹出的实体圆角参数设定对话框中,输入倒圆角半径为1。
再选择实体边P26~P28,,在弹出的实体圆角参数设定对话框中,输入倒圆角半径为0.5。
最后倒圆角得到图3-32。
图3-31其余部分倒园角
图3-32倒圆后实体
3.1.5实体抽壳
选择
,选择底面这个实体面,在弹出的实体抽壳参数设定对话框中,输入如图3-33所示参数,单击确定按钮。
结果如图3-34所示。
图3-33实体抽壳菜单图3-34实体抽壳结果
3.1.6孔的设计
①在前视图中,从凹圆上取三点(最上面两点,最下面一点)作一个平面,如图3-35所示。
双击这个平面进入草图。
在凹圆的中心画两个小圆,直径为2,图3-36。
通过拉伸,布尔差,得到图3-37。
图3-35设计结果1
图3-36设计结果2
图3.37设计结果3
②在3D图中绘制如下图所示的两个矩形。
各点坐标为:
a(-17,28,39)b(-10,28,39)c(-17,25,41)d(-10,25,41)e(10,28,39)f(17,28,39)g(10,25,41)h(17,25,41)。
通过选择P32、P33两个矩形,再通过拉伸、布尔差,得到方形的孔,如图3-38所示。
图3-38设计结果4
③尾部打孔。
选择
,放置面选择后平面,定位如图3-39所示,孔的直径为5,圆心水平距离为15,竖直距离为10。
图3-39孔设计的最终结果
3.1.7平移坐标轴
为了方便加工,需把坐标轴抬到实体造型上方。
平移坐标轴,选择
WCS方向,沿Z轴移动27mm,如图3-40所示。
图3-40Z轴平移结果
3.2曲面分析
三维造型设计出来后,需要对曲面质量进行分析评估,以确定曲面是否达到设计要求。
对曲面进行了反射分析,即分析曲面的反射特性,可以知道曲面是否光滑过渡,如果没有达到要求,曲面上的线条则会高低不平,没有连续性,有时还会出现起皱现象。
通过选择菜单命令[分析]/[形状]/[面]/[反射],如图3-41,出现“面分析—反射”的对话框,图3-42,选择黑白线进行面分析,由图3-43可以看出,线条过渡流畅,说明曲面是光顺的,达到设计要求。
图3-41曲面分析选项卡
图3-42面分析窗图3-43分析结果
由以上分析结果可以看出,曲面过渡连续光顺,各点的数据可以采用。
4工程制图
图4-1图纸选择窗图4-2正等测视图选项
图4-3尺寸图
结 论
Unigraphics软件是美国EDS公司推出的集CAD/CAE/CAM为一体的三维设计平台,广泛应用于航空、航天、汽车、造船、通用机械和电子等工业领域。
本设计是采用CAD/CAM技术,运用UG软件进行充电器模型外形设计及数控加工的研究。
经过三个月的努力工作,完成了设计任务。
相关工作总结如下:
①主要工作及结论
a对充电器的模型测绘,我学到了测绘的方法,一种是逆向工程技术,另一种是通过手工测绘。
本课题采用的是手工测绘。
b利用UG软件,绘制出了充电器的三维造型、工程图,能够熟练运用CAD模块进行造型设计。
c对充电器模型进行加工工艺分析,确定了工艺参数。
d用UG软件完成充电器模型的虚拟制造,通过反复选择,确定了最佳刀具路径,并生成数控加工程序。
e在数控铣床上实现充电器模型的数控加工,熟悉了数控机床的操作方法,如回参考点、对刀等,结果满足设计要求。
②存在的问题
a由于时间原因,对充电器模型的造型设计还不完善,设计出的充电器比较笨拙。
如果设计得能像汽车车身的流线型一样,效果会更好。
b由于采用的手工测绘,取样点的误差较大,影响了设计精度。
条件允许的话,选用逆向工程技术,这样精度会大大提高。
c为了缩短加工时间,选择了较大的步距,加工出来的模型表面加工条纹看得很清楚,显得很粗糙,影响了整体美观。
如果时间允许的话,应尽量调小步距,这样加工出来的模型表面就很光滑。
致 谢
本设计是在老师的精心指导和悉心关怀下完成的,在我的学业和设计工作中无不倾注着导师辛勤的汗水和心血。
导师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受的启迪。
从尊敬的导师身上,我不仅学到了扎实、宽广的专业知识,也学到了做人的道理。
在此我要向我的导师致以最衷心的感谢和深深的敬意。
我也要感谢我的父母和亲人,他们在我的学业中给了我莫大的鼓励、关爱和支持。
最后,向所有关心和帮助过我的领导、老师、同学和朋友表示由衷的谢意!
衷心地感谢在百忙之中评阅我的论文和参加答辩的各位老师!
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