基于UG自動編程型腔類零件加工的設計.doc

桂林理工大學南寧分校畢業(yè)論文論文題目：_ 基于UG自動編程型腔類零件加工的設計 系名稱：機械與控制工程系 專業(yè)名稱：_ 數(shù)控技術(shù)_ _學 號：_ 5131967134_ _學生姓名：_ ？ _指導教師：_ _ _提交日期：_2015年11月26日摘 要本次畢業(yè)設計論文主要是基于UG軟件自動編程，并針對模具零件的數(shù)控銑削加工設計。本畢業(yè)設計運用UG軟件根據(jù)圖紙的尺寸要求制出零件的實體三維造型，并對零件進行圖形分析及工藝分析，確定加工方法及所需的加工刀具等，確定好工序，然后運用UG軟件對零件進行編程處理，并模擬出刀軌，進行對比發(fā)現(xiàn)需要改進的地方，并及時優(yōu)化。最后通過后處理生成零件的加工程序，并在機床上進行實際加工。結(jié)果通過在機床上進行實際加工操作表明，所加工出的零件完全滿足圖紙的要求并利于實際生產(chǎn)。關鍵詞：UG；自動編程；軌跡仿真；刀軌；后處理；加工目 錄摘 要I第一章 緒論11.1課題的提出11.1.1 UG的現(xiàn)狀及發(fā)展11.2論文的主要內(nèi)容2第二章 型腔零件的實體造型32.1分析零件32.2零件的實體三維造型42.2.1建模4第三章 基于UG自動編程的型腔零件加工73.1 加工工藝分析83.2 零件加工的刀具及各參數(shù)分析83.3 創(chuàng)建UG加工工序93.3.1 設置加工環(huán)境93.3.2 設置加工方法103.3.3 定義加工坐標系和安全平面113.3.4 定義幾何體123.3.5 創(chuàng)建刀具143.3.6 創(chuàng)建工序FM153.3.7 創(chuàng)建工序CM183.3.8 創(chuàng)建工序FC213.3.9 創(chuàng)建精加工工序CMC243.3.10 創(chuàng)建精加工工序FCC26第四章 后處理生成程序264.1 后處理284.2 生成程序29第五章 模擬仿真加工29第六章 總結(jié)30參考文獻31致 謝32第一章 緒論1.1課題的提出UG是Unigraphics的縮寫，是一個交互CAD/CAM(計算機輔助設計與計算機輔助制造)系統(tǒng)， UG CAM 被廣泛的應用在航空航天、汽車制造、家用電器等各個領域。它功能強大，可以輕松實現(xiàn)各種復雜實體及造型的建構(gòu)。它在誕生之初主要基于工作站，但隨著PC硬件的發(fā)展和個人用戶的迅速增長，在PC上的應用取得了迅猛的增長，已經(jīng)成為模具行業(yè)三維設計的一個主流應用。本次所選課題是以模具零件為原形，進行設計、加工和編程。通過實例來加強對UG軟件的掌握?？梢愿有蜗蟮捏w現(xiàn)UG軟件在設計、編程方面的強大功能。1.1.1 UG的現(xiàn)狀及發(fā)展自從UG出現(xiàn)以后，在航空航天、汽車、通用機械、工業(yè)設備、醫(yī)療器械以及其它高科技應用領域的機械設計和模具加工自動化的市場上得到了廣泛的應用。多年來，UGS一直在支持美國通用汽車公司實施目前全球最大的虛擬產(chǎn)品開發(fā)項目，同時Unigraphics也是日本著名汽車零部件制造商DENSO公司的計算機應用標準，并在全球汽車行業(yè)得到了很大的應用，如Navistar、底特律柴油機廠、Winnebago和RobertBoschAG等。另外，UG軟件在航空領域也有很好的表現(xiàn)：在美國的航空業(yè)，安裝了超過10,000套UG軟件；在俄羅斯航空業(yè)，UG軟件具有90%以上的市場；在北美汽輪機市場，UG軟件占80%。UGS在噴氣發(fā)動機行業(yè)也占有領先地位，擁有如Pratt&Whitney和GE噴氣發(fā)動機公司這樣的知名客戶。航空業(yè)的其它客戶還有：B/E航空公司、波音公司、以色列飛機公司、英國航空公司、NorthropGrumman、伊爾飛機和Antonov。同時，UGS公司的產(chǎn)品同時還遍布通用機械、醫(yī)療器械、電子、高技術(shù)以及日用消費品等行業(yè)，如：3M、Will-Pemco、Biomet、Zimmer、飛利浦公司、吉列公司、Timex、Eureka和ArcticCat等。進入中國以后，其在中國的業(yè)務有了很大的發(fā)展，中國已成為其遠東區(qū)業(yè)務增長最快的國家。1.2論文的主要內(nèi)容1、對零件圖形進行分析2、零件圖形的三維實體造型3、加工工藝分析4、零件加工的刀具及各參數(shù)分析5、用UG進行自動編程模擬仿真加工論文應用了三維建模、加工工藝分析、UG自動編程及仿真加工等內(nèi)容。第二章 型腔零件的實體造型2.1分析零件通過圖形分析可知：（1） 零件涉及曲面、鉆孔等造型方法（2） 零件可通過建立草圖、拉伸、鏡像、陣列、布爾運算等常用命令進行造型2.2零件的實體三維造型2.2.1建模（1）打開UG8.5，新建建模文件“_model1.prt”（2）點擊 新建草圖1，繪制105*105的正方形（如圖2-1） 圖2-1（3） 將草圖1拉伸高度為13的立方體（如圖2-2） 圖2-2（4） 在立方體表面建立草圖2，繪制圖形（如圖2-3） 圖2-3（5）拉伸草圖2，距離為6（如圖2-4） 圖2-4 （6）使用 孔命令在中間創(chuàng)建孔（如圖2-5）圖2-5（7）在XZ平面創(chuàng)建草圖3，繪制圖形（如圖2-6）圖2-6（8）使用回轉(zhuǎn)命令，選擇草圖3、選擇布爾運算中的求差（如圖2-7） 圖2-7第三章 基于UG自動編程的型腔零件加工3.1 加工工藝分析（1）為了保證加工精度，所以在三軸數(shù)控銑床上一次裝夾完成，采用四邊分中進行對刀。（2）該零件包括曲面、孔、型腔等結(jié)構(gòu)，形狀比較復雜，但是工序相對容易，表面質(zhì)量和精度要求不高，所以綜合考慮，工序安排比較關鍵。（3）為了保證加工精度和表面質(zhì)量，分析采用一次裝夾加工完成，按照先主后次、先近后遠、先里后外、先粗加工后精加工的原則依次劃分工序加工 （4）選擇105mm*105mm*20mm的方型毛坯料，材質(zhì)為45#鋼。（5）在加工時先加工外輪廓和孔，最后加工曲面。3.2 零件加工的刀具及各參數(shù)分析合理選擇切削用量的原則是：粗加工時，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也應考慮經(jīng)濟性和加工成本；半精加工和精加工時，應在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟性和加工成本。具體數(shù)值應根據(jù)機床說明書、切削用量手冊，并結(jié)合經(jīng)驗而定。具體要考慮以下幾個因素：切削深度ap。在機床、工件和刀具剛度允許的情況下，ap就等于加工余量，這是提高生產(chǎn)率的一個有效措施。為了保證零件的加工精度和表面粗糙度，一般應留一定的余量進行精加工。數(shù)控機床的精加工余量可略小于普通機床。切削寬度L。一般L與刀具直徑d成正比，與切削深度成反比。經(jīng)濟型數(shù)控機床的加工過程中，一般L的取值范圍為：L=(0.60.9)d。 切削速度V。提高V也是提高生產(chǎn)率的一個措施，但v與刀具耐用度的關系比較密切。隨著v的增大，刀具耐用度急劇下降，故v的選擇主要取決于刀具耐用度。主軸轉(zhuǎn)速n(r/min)。主軸轉(zhuǎn)速一般根據(jù)切削速度v來選定。計算公式為：V=pnd/1000。數(shù)控機床的控制面板上一般備有主軸轉(zhuǎn)速修調(diào)(倍率)開關，可在加工過程中對主軸轉(zhuǎn)速進行整倍數(shù)調(diào)整。主要根據(jù)允許的切削速度Vc(m/min)選取：n= 其中Vc-切削速度，D-工件或刀具的直徑（mm）根據(jù)切削原理可知，切削速度的高低主要取決于被加工零件的精度、材料、刀具的材料和刀具耐用度等因素。綜合以上的分析，確定了零件的加工順序、刀具規(guī)格和必要的參數(shù)，如表表3.1 加工操作順序和刀具規(guī)格 工序名稱加工名稱加工 類型刀具名稱刀具直徑轉(zhuǎn)角半徑主軸速度進給速度步長深度FM平面平面銑D16165002001CM開粗型腔銑D885002001FC曲面粗銑固定輪廓銑R5555002001CMC側(cè)壁精銑型腔銑D8808005002FCC曲面精銑固定輪廓銑R5558005000.33.3 創(chuàng)建UG加工工序3.3.1 設置加工環(huán)境打開零件圖，單擊開始圖標，選擇“加工”選項，如圖3-1設置加工環(huán)境。圖3-13.3.2 設置加工方法進入加工方法視圖（如圖3-2），將MILL_ROUGH設置為0.5 其余都設置為0。（如圖3-3） 圖3-2 圖3-33.3.3 定義加工坐標系和安全平面（1）單擊幾何視圖圖標，進入幾何視圖（如圖3-4） 圖3-4 （2）雙擊MCS_MILL然后將坐標系移動至工件表面。（如圖3-5） 圖3-5（3）點擊自動平面，切換成平面，選擇工件頂面，輸入30。（如圖3-6） 圖3-63.3.4 定義幾何體（1）雙擊WORKPIECE，彈出工件對話框（如圖3-7） 圖3-7（2）點擊 ，選擇三維圖形點擊確認。（如圖3-8） 圖3-8（3）點擊 ，選擇包容塊，然后在ZM+內(nèi)輸入1，點擊確定。（如圖3-9） 圖3-9 3.3.5 創(chuàng)建刀具單擊創(chuàng)建刀具，彈出刀具選項框，選擇刀具點擊確認，之后彈出刀具參數(shù)框，設置后點擊確定。（如圖3-10、3-11）重復上述步驟，分別創(chuàng)建D16、D8的平銑刀和D5R5的球頭刀。 圖3-10 圖3-11 3.3.6 創(chuàng)建工序FM點擊創(chuàng)建工序圖標，彈出對話框選擇mill_planar點擊第三個面銑圖標，設置（如圖3-12）所示，點擊確定彈出對話框。（如圖3-13） 圖3-12 圖3-13點擊選擇工件表面，方法選擇METHOD，切削模式選擇往復，每刀深度設置為1。點擊設置切削參數(shù)（如圖3-14）點擊確定。 圖3-14 設置好以上參數(shù)后點擊設置移動切削（如圖3-15）之后點擊確定。點擊設置主軸轉(zhuǎn)速和切削用量（如圖3-16）點擊確定。 圖3-15 圖3-16點擊圖3-13中的生成刀具軌跡（如圖3-17），點擊圖3-13中的 可以進入加工仿真界面（如圖3-18）點擊確定完成工序的創(chuàng)建。圖3-17 圖3-18 3.3.7 創(chuàng)建工序CM點擊創(chuàng)建工序圖標選擇millc_cintour然后點第一個型腔銑圖標刀具選擇D8，方法選擇MILL_ROUGH（如圖3-19點擊確定。之后設置切削模式和每刀深度（如圖3-20）。 圖3-19 圖3-20 點擊設置切削參數(shù)里的空間范圍:處理中的工件選擇使用3D(如圖3-21) 圖3-21點擊設置非移動切削(如圖3-22) 圖3-22 點擊設置主軸轉(zhuǎn)速和切削用量（如圖3-23）點擊確定，最后點擊生成刀具軌跡點擊確定完成工序的創(chuàng)建。 圖3-233.3.8 創(chuàng)建工序FC點擊創(chuàng)建工序圖標選擇固定輪廓銑圖標，刀具選擇R5方法選擇MILL_ROUGH(如圖3-24)點擊確定進入對話框如圖（3-25） 圖3-24 圖3-25 點擊選擇曲面（如圖3-26）點擊確定。驅(qū)動方法選擇區(qū)域銑削，點擊 設置驅(qū)動方法參數(shù)（如圖3-27） 圖3-26 圖3-27點擊設置切削參數(shù)里的空間范圍:處理中的工件選擇使用3D(如圖3-27)點擊確定，點擊設置主軸轉(zhuǎn)速和切削用量（如圖3-28）點擊確定，最后點擊圖3-25中的生成刀具軌跡點擊確定完成工序的創(chuàng)建。 圖3-27 圖3-28 3.3.9 創(chuàng)建精加工工序CMC點擊幾何視圖里的工序CAVITY_MILL進行復制在他下面粘貼（如圖3-29） 圖3-29 然再點擊粘貼的CAVITY_MILL_COPY彈出對話框(如圖3-30)刀軌設置里的方法改成MILL_FINISH，切削模式改成輪廓加工，每刀最大深度為2(如圖3-30) 圖3-30 點擊修改主軸轉(zhuǎn)速和切削用量（如圖3-31）點擊確定，最后點擊圖3-30中的生成刀具軌跡點擊確定完成工 圖3-313.3.10 創(chuàng)建精加工工序FCC點擊幾何視圖里的工序FIXED_CONTOUR進行復制在他下面粘貼（如圖3-33） 圖3-33然后再點擊粘貼的FIXED_CONTOUR_COPY彈出對話框(如圖3-34)，刀軌設置里的方法改成MILL_FINISH 圖3-34然后點擊 修改驅(qū)動方法參數(shù)（如圖3-35）點擊 修改主軸轉(zhuǎn)速和切削用量（如圖3-36）點擊確定，最后點擊圖3-34中的生成刀具軌跡點擊確定完成工序的創(chuàng)建。 圖3-35 圖3-36第四章 后處理生成程序4.1 后處理依次在工序上右鍵，選擇后處理（如圖4-1）彈出對話框，在其中選擇后處理文件，（如圖4-2）。這里選擇已經(jīng)編輯設置好的WIRE_EDM_4_ AXIS系統(tǒng)后處理文件，指定存放位置，確認輸出，生成G代碼，至此，加工完成。（如圖4-2）。 圖4-1 圖4-24.2 生成程序由于程序太多在此只截取部分程序（如圖4-3） 圖4-3第五章 模擬仿真加工圖5-1為模擬仿真加工出的工件 圖5-1第六章 總結(jié)通過對型腔類零件的設計與加工研究，我對大學中所學習的專業(yè)課有了一個框架式的回憶，尤其對數(shù)控加工與工藝設計方面有了一定的掌握。同時對于UG軟件的加工與建模模塊有了一定的熟悉，認識到當前的數(shù)控加工編程更加傾向于計算機輔助制造的方向發(fā)展，正是通過該課題的研究，體會到了CAM技術(shù)的靈活性與效率性。使用UG軟件進行數(shù)控編程時，首先要記住UG數(shù)控編程的操作流程；對于型腔銑削加工難點是操作參數(shù)中幾何體和切削層的設定操作幾何體時，要根據(jù)零件的幾何形狀選擇必需設定的幾何體進行切削區(qū)域的定義；設定切削層時，要與操作幾何體相結(jié)合，根據(jù)零部件的幾何形狀設置內(nèi)容要前后一致，有些參數(shù)可以采用系統(tǒng)自動生成的默認值。用UG軟件能夠快速地進行零件的實體建模，模擬零件的加工，代替人完成復雜的坐標計算和編程工作；它可以解決許多手工編程無法完成的零件編程；通過模擬加工，可以優(yōu)化加工軌跡，縮短了產(chǎn)品設計和制造周期，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。參考文獻1 張安鵬. 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