毕业设计花键从动件的三维设计装配和CAM自动编程.docx

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毕业设计花键从动件的三维设计装配和CAM自动编程

毕业设计

课题：

花键从动件的三维设计、装配和CAM自动编程

系部：

机电系

专业：

数控

班级：

********

姓名：

学号：

**********

导师：

******

二0一二年四月

摘要……........................................................................................................................1第1章概述....................................................................................................................2

1.1CAD/CAM技术发展简史........................................................................................3

1.2CAD/CAM技术概要................................................................................................5

1.3本课题零件介绍.......................................................................................................6

第2章零件CAD建模..................................................................................................7

2.1零件实体建模方案.................................................................................................7

2.2零件CAD建模过程...............................................................................................7

第3章仿真装配...........................................................................................................15

3.1装配过程...............................................................................................................15

3.2编辑爆炸图.........................................................................................................28第4章重要零件的工艺分析......................................................................................30

4.1零件结构形状分析.................................................................................................30

4.2毛坯选择.................................................................................................................31

4.3夹具选择.................................................................................................................31

4.4刀具选择.................................................................................................................32

4.5工艺卡片的制定.....................................................................................................34

4.6加工程序.................................................................................................................36

小结................................................................................................................................43

参考文献........................................................................................................................44

摘要

本文主要以离合液压器中的花键从动件为例，研究基于UG的三维CAD设计和CAM自动编程以及仿真装配的过程。

首先利用UG软件的CAD模块对要加工的零件进行实体建模，然后以零件的三维实体模型为依据，得到它的实体造型，并讨论了零件三维实体建模的方法、建模过程与处理技巧。

在零件形状结构分析的基础上，制定它们的加工工艺，分析数控自动编程的方法与特点，完成粗、精加工的NC编程，并生成数控机床可以识别的NC代码程序。

【关键词】：

UG软件的应用，CAD/CAM,离合液压器花键，装配

Abstract

ThisarticleintroducestheprocessofhowtodesignthepartusingthefunctionofCADandCAMbasingontheUGsoftware.FirstofallutilizeUGsoftwareCADmoduletoadjustthesparepartswhichwillbeprocessedandcarriesontheentitymodelbuilding.Afterwardsthethreedimensionsphysicalsmodelwiththesparepartsarethefoundation,Obtainitssolidmodeling,Moreovertalkaboutthreedimensionsonthesparepartsentitymodelsbuildingmeans,Modelbuildingprocesstogetherwithhandletechnique.Belivingonthesparepartsformsshapestructuralanalysisbase,Drawuptheirprocesstechnology,Digitalcontrolprogrammingmeanstogetherwithdistinguishingfeatureareanalyzed,UtilizetheCAMsmoduleofUG,Roughmachiningcompleted,SemipickedandprecisionworkNCsprogramming,NCscodesourceprogramthattheformationAPTmaybediscriminated.

Keywords:

UG；CAD/CAM；Splinedclutchhydraulic；Automatedprogramming

第一章概述

随着电子技术在制造业的推广及应用,传统机械加工方法正逐渐被先进的CAD/CAM（计算机辅助设计与制造）所取代。

应用传统的加工方法,不仅生产率低,且精度得不到保证,CAD/CAM软件在机械加工中的应用,为我们开辟了一种新的设计、加工途径,并使机械制造能力上了一个新的台阶。

UG/NX作为参数化CAD/CAM软件系统的代表，主要用于汽车、航空航天、机械电子、模具制造等行业，实现了产品零件或组件从概念设计到制造全过程设计的自动一体化，提供了以参数化为基础，基于特征实体造型，部件间的关联设计等技术。

其核心技术是采用非均匀有理B样条（NURBS）作为曲面造型的基础，融线框模型、曲面造型、实体造型为一体。

参数化和特征化的实体模型系统，系统是建立在统一的富有关联的数据库基础上，提供了工程上的完全关联性，使CAD/CAM/CAE各部分数据自由联动切换。

以基本特征作为交互操作的基础，利用特征技术，用户可以在更高层次上进行产品设计、模具设计、数控加工编程、工程分析，实现并行工程CAD/CAPP/CAM的集成与联动。

系统采用统一的三维几何模型，使产品设计、模具设计、数控编程、工程分析等环节的修改自动映射到与其关联的环节，排除不协调，保证产品设计的统一性和唯一性。

基于关联模型的产品定义包含产品的生命周期（设计、分析、制造、检测等）信息，产品数据定义规范化使产品生命周期的设计数据表达实现标准化，不仅有利于与CAD/CAM系统之间交换信息，而且支持产品及模具工装设计、工程分析、数控编程、生产管理等信息的共享。

在UG/OPEN提供的二次开发函数据的基础上，用户可用C或C++语言进行二次功能开发，UG/NX提供的基于专家的模具设计、先进的数控加工编程功能使得模具设计与制造变得更为轻松可靠。

我们运用UG软件的建模和加工模块,完成了零件模型建立——加工过程的设计——加工过程的仿真——加工参数修正——数控机床后置处理转换——生成数控程序——数控加工,从而满足各项要求。

采用这种方法不仅减少了编程人员的计算量,还在一定程度上提高了产品的制造质量和生产效率。

1.1CAD/CAM技术发展简史

现代社会中无论是哪方面的设计都离不开图形，但是传统的手工图形绘制不仅速度慢，而且质量也不高。

对于传统制图有个最大的缺点就是所花费的精力非常大。

而随着时代的进步，科技的发展，尤其是计算机技术的进步，使得以计算机为辅助系统的绘图工具的优点和效率日渐突出。

也因为如此，CAD/CAM成为计算机在绘图方面应用最广泛的工具。

CAD是指计算机辅助设计。

对于CAD的定义,国际信息处理联合会认为：

CAD是工程技术人员以计算机为工具，对产品和工程进行设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。

CAD技术的发展和形成至今有50多年的历史了，自20世纪50年代在美国诞生了第一台计算机绘图系统，开始出现具有简单绘图输出功能的被动式的计算机辅助设计技术，即CAD技术。

到目前，CAD的发展经历了四次技术革命。

第一次CAD技术革命──曲面造型系统，在60年代出现的三维CAD系统只是极为简单的线框式系统，它只能表达基本的几何信息，不能有效表达几何数据间的拓扑关系。

进入70年代，只能采用多截面视图、特征纬线的方式来近似表达所设计的自由曲面。

随着计算机的发展，当三维曲面造型系统出现时，标志着计算机辅助设计技术从单纯模仿工程图纸的三视图模式中解放出来，首次实现以计算机完整描述产品零件的主要信息的方式。

促使了第一次CAD技术革命的发生

第二次CAD技术革命──实体造型技术，从70年代末到80年代初，随着计算机技术的前进，同时在CAD技术方面也进行了许多开拓，1979年世界上出现了第一个完全基于实体造型技术的大型CAD软件──I-DEAS。

由于实体造型技术能够精确表达零件的全部属性，在理论上有助于CAD的模型表达，给设计带来了惊人的方便性。

它代表着未来CAD技术的发展方向。

第三次CAD技术革命─—参数化技术，在实体造型技术逐渐普及时，CAD技术的研究又有了重大进展。

在80年代中期，人们提出了参数化实体造型方法。

进入90年代，参数化技术变得比较成熟起来，充分体现出其在许多通用件、零部件设计上存在的简便易行的优势。

第四次CAD技术革命──变量化技术，由于计算机技术的不断成熟，使得现在的CAD技术和系统都具有良好的开放性。

图形接口、图形功能日趋标准化。

在CAD系统中，综合应用正文、图形、图像、语音等多媒体技术和人工智能、专家系统等技术大大提高了自动化设计的程度，出现了智能CAD新学科。

智能CAD把工程数据库及其管理系统、知识库及其专家系统、拟人化用户接口管理系统集于一体。

在CAD发展历史中我们可以看到其技术一直处于不断的发展与探索之中，促使了CAD技术的繁荣。

目前CAD技术仍在不断发展，未来的CAD技术将为新产品设计提供一个综合性的环境支持系统，它能全面支持异地的，数字化的，采用不同的设计哲理与方法来设计工作。

CAD系统既可以按系统的功能分类，也可以按系统中使用的计算机的性能和类型分类。

目前，CAD已在电子和电气、科学研究、机械设计、软件开发、机器人、服装业、出版业、工厂自动化、土木建筑、地质、计算机艺术等各个领域得到广泛应用。

CAM是指计算机辅助制造。

它是计算机应用于生产设备管理控制和操作的系统，其核心是计算机数值控制（数控）。

CAM作为整个集成系统的重要一级，向上与CAD实现无缝集成，向下智能、高效地为数控生产提供服务，这是CAM技术在今后发展的主要理论依据。

CAM技术从产生发展到现在，无论是在硬件平台，还是在系统结构上，CAM在其功能和特点上都发生了较大的变化。

从CAM的发展历程看，CAM在其基本处理方式与目标对象上主要可分为两个主要发展阶段：

第一阶段的CAM：

APT。

20世纪60年代CAM以大型机为主，在专业系统上开发的编程机及部分编程软件如：

FANOC、Semems编程机，系统结构为专机形式，基本的处理方式是以人工或计算机辅助式直接计算数控刀路为主，而编程目标与对象也都是直接数控刀路的。

因此其缺点是功能相对比较差，而且操作困难，只能专机专用。

第二阶段的CAM：

曲面CAM系统。

在第一阶段缺陷的基础上，人们又不断完善，创造出了曲面CAM系统。

系统结构一般是CAD/CAM混合系统，同时较好地利用了CAD模型，以几何信息作为最终的结果，自动生成加工刀路。

于是在此基础上，自动化、智能化程度取得了较大幅度的提高，具有代表性的是UG、DUCT、Cimatron、MarsterCAM等。

其基本特点是面向局部曲面的加工方式，表现为编程的难易程度与零件的复杂程度直接相关，而与产品的工艺特征、工艺复杂程度等没有直接的相关关系。

科技在不断的发展，因此CAM技术也是一个不断发展的过程。

通过提高CAM的技术，其自动化，智能化水平也不断提高。

由于第二阶段的CAM存在一定的缺陷性，人们正在酝酿最新一代的CAM。

可以认为是第三阶段的CAM：

新一代的CAM系统不仅可继承并智能化判断工艺特征，而且具有模型对比、残余模型分析与判断功能，使刀具路径更优化，效率更高。

同时面向整体模型的形式也具有对工件包括夹具的防过切、防碰撞修理功能，提高操作的安全性，更符合高速加工的工艺要求，并开放工艺相关联的工艺库、知识库、材料库和刀具库，使工艺知识积累、学习、运用成为可能。

无论是CAD还是CAM，都是我们需要学习并且运用在专业知识上的辅助工具。

通过了解了CAD和CAM的发展史，更好的了解了CAD和CAM系统的功能，更加便于以后对它们的运用。

1.2CAD/CAM的技术概要

计算机辅助设计和计算机辅助制造（简称CAD/CAM）技术是产品设计和制造工程技术人员在计算机系统的辅助之下，合理有效地进行产品设计和制造的一项新技术。

CAD/CAM是传统设计与制造技术与现代化计算机技术的有机结合。

1、计算机辅助设计（ComputerAidedDesign,CAD）：

工程技术人员以计算机为辅助工具，完成产品的设计、分析、绘图等工作。

一般认为CAD系统的功能包括：

（1）概念设计；

（2）结构设计；（3）装配设计；（4）复杂曲面设计；（5）工程图样绘制；（6）工程分析；（7）真实感及渲染；（8）数据交换接口等。

2、计算机辅助制造（ComputerAidedManufacturing,CAM）：

有广义和狭义两种定义。

广义CAM一般是指利用计算机辅助完成从生产准备到产品制造整个过程的活动，包括工艺过程设计、工装设计、NC自动编程、生产作业计划、生产控制、质量控制等。

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、NC代码生成以及与数控机床数控装置的软件接口等。

本课程采用狭义定义方法，并适当扩展了有关集成管理的内容。

现在的CAD过程往往与计算机辅助工艺过程设计（CAPP）和数控编程（NCP）连在一起，形成集成的CAD/CAM系统。

1.3本课题零件介绍

本课题所涉及的零件为花键从动件装配体的各零件，主要有花键，盖板，垫片，铆钉，回位弹簧等（如图1-1所示）。

花键从动件常用于汽车液压离合器领域，与带有内花键的主动件相连，是整个液压离合器传动装置中不可缺少的一部分。

花键在整个装置中起到传递扭矩的作用，铆钉是用来定位扭转的最大限度的，回位弹簧起到弹性回位的作用。

图1-1花键从动件各部件示意图

第二章零件CAD建模

2.1零件实体建模方案

根据尺寸要求对各零件进行分析，从而选出最为简洁的创建路径，经过分析得出具体方案如下

对于花键的创建，应选用草图→拉伸→实例特征→孔特征→倒圆

对于盖板A的创建，应选用：

草图→回转→草图→拉伸→实例特征

对于垫片的创建，应选用：

草图→回转

对于铆钉的创建，应选用：

草图→回转

对于回位弹簧的创建，应选用：

螺旋线→草图→扫掠

对于盖板B的创建，应选用：

草图→回转→草图→拉伸→草图→拉伸→实例特征

2.2零件CAD建模过程

2.2.1花键的创建

对于液压离合器的花键从动件，花键是最主要的部件之一，这里对花键的创建做一些简单的描述。

在花键的创建过程中，应用到了UG的CAD部分的实例特征和孔等一些功能，部分应用效果图如下：

根据尺寸要求，先在圆柱体上画出相应的图形，拉伸贯通，再对该特征进行圆形实例特征，得到如图2-1所示效果：

图2-1特征实例

孔的应用和倒圆

利用孔的功能以圆柱体的圆心为原点作一个直径为28.6mm的通孔，利用布尔运算为求差，在对边缘进行边倒圆。

得到如图2-2所示效果图：

图2-2孔和倒圆的应用

2.2.2.创建盖板，垫片和铆钉

1）创建盖板A

在创建盖板的过程中，运用的了回转，拉伸，实例特征等功能。

部分示范如下：

在草图中分别画出两个相应直径的圆，完成草图，利用拉伸功能得到如图2-3所示图形。

图2-3创建盖板

选择草图命令，选择上平面为草图平面，根据尺寸需要画出如图2-4所示的草图，然后完成草图

图2-4创建盖板

拉伸并且对拉伸的图形进行实例特征，选择【插入】【关联复制】【实例特征】命令，得到如图2-5所示下拉列框。

图2-5实例特征

方法选择常规，数字和角度分别设为6和60，选择确定，得到如图2-6所示效果图

图2-6创建实例特征

2）创建垫片

在创建垫片的过程中运用到了回转的命令根据要求画出垫圈的侧截面草图，选择【设计特征】中的【回转】命令，得到如图2-7所示下拉列框，角度设为360度，确定然后保存。

图2-7创建垫片

3）创建铆钉

根据尺寸需要画出一下草图图形

图2-8创建铆钉草图

选择回转，设置以Y轴旋转360度，得到如图2-9所示效果图，然后保存。

图2-9创建铆钉

2.2.3创建盖板B

盖板B的创建相对来说有些复杂，需对孔的两端进行折弯处理，故在完成如图2-10所示孔的操作后，利用布尔求和的功能做出折弯处理。

图2-10创建盖板B

对孔和折弯部分进行圆形实例特征，得到如图2-11所示效果图

图2-11创建盖板B

4、创建回位弹簧

回位弹簧的创建主要涉及到螺旋线和扫掠的动能，具体步骤如下：

首先创建图2-12所示的螺旋线，再在螺旋线的一端做一个与螺旋线端头垂直的圆。

图2-12创建螺旋线

再利用扫掠的功能使圆沿螺旋线扫掠，如图2-13所示。

图2-13扫掠

将草图和螺旋线隐藏，得到如图2-14所示最终效果图，然后保存。

图2-14创建回位弹簧

第三章仿真装配

3.1装配过程

UG装配是UG设计中一大重要组成部分，在UG中，装配建模不仅能够将零件快速组合，而且在装配中，可以参考其他部件进行部件的相关联设计，并且可以对装配模型进行间隙分析、重量管理等操作。

在装配模型生成后，可以建立爆炸视图，并可以将其引入装配工程图中去。

同时，再装配工程图中可自动生成装配明细表，并能够对轴测图进行局部挖切。

本章节将借助于花键的装配，主要讲解在花键装配中涉及到的装配的基础概念、装配方法和装配的不同方式，以及设置引用集的方法的应用。

具体步骤如下：

3.1.1添加花键

选择【文件】【新建】，再打开的对话框中选择【模型】类型打开装配界面，在装配工具条中选择【添加组件】按钮，得到如图3-1所示界面

图3-1添加组件

选择文件名huajian.Prt，再【添加组件】的对话框中的【定位】下拉列表中选择【绝对原点】，点击确定按钮，添加花键得到如图3-2所示效果图

图3-2设置添加格式

在装配导航器中选择花键，右击得到如图3-3所示下拉列框，在替换引用集中选择MODEL,将会使装配图中草图、基准面等一些不必要的元素隐藏掉。

图3-3替换引用集

3.1.2添加垫片

在【装配】工具条中单击【添加组件】按钮打开【添加组件】对话框，单击【打开】按钮，再打开的【部件名】对话框中找到垫片的部件路径，选择文件dianpian.prt，如图3-4所示单击OK按钮。

图3-4添加垫片

在【添加组件】对话框中的【定位】下拉列表框中选择【通过约束】，单击确定按钮，如图3-5所示。

图3-5添加垫片

在【装配】工具条中单击【装配约束】按钮，打开【装配约束】对话框，在类型下拉列表中选择【接触对齐】，在选择垫片内侧壁和花键外侧壁两个对象，如图3-6所示，单击确定得到右侧效果图。

图3-6设置添加约束

添加第二个垫片

同第一个垫片的添加过程，在【装配】工具条中单击【装配约束】按钮，打开【装配约束】对话框，在类型下拉列表中选择【接触对齐】，选择垫片外侧和第一个垫片外侧这两个对象，方位选择【接触】，如图3-7所示。

图3-7装配约束类型为接触

再打开【装配约束】对话框，在类型下拉列表中选择【同心】，选择第一和第二两个垫圈的内侧为两