毕业设计论文基于UG软件的充电器的建模造型.docx
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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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