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1、学 海 无 涯 UG 造型设计 模拟加工 摘 要 使用 UG 软件的 Model 模块完成产品的三维造型设计 并使用 UG 的 Manufacture 模块对其进行了数控模拟加工 关键词 UG 造型设计 模拟加工 学 海 无 涯 目 录 第一章 绪论 1 1 1 CAD CAM 与数字化制造 1 1 2 CAD CAM 软件介绍 2 1 3 CAD CAM系 统 的 功 能 使 用 方 法 及 应 用 过 程 3 1 4 实训主要内容 3 第二章 基于 UG 的三维造型设计 5 2 1 几何造型技术 5 2 2 结构形状分析与造型思路 5 2 3 三维造型设计 5 第三章 基于 UG 的的数控
2、模拟加工 13 3 1 CAM 编程的一般步骤 13 3 1 工艺方案分析 13 3 2 建立主模型 15 3 3 创建毛坯 16 3 4 创建刀具 方法和几何体父节点组 13 3 5 创建刀具轨迹 15 3 6 操作的组织管理 16 3 7 生成车间工艺文件 13 第四章 实训体会 77 4 1 体会 77 4 2 致谢 79 参考文献 82 学 海 无 涯 第一章 绪论 1 1 CAD CAM 与数字化制造 CAD CAM 计算机辅助设计及制造 与 PDM 产品数据管理 构成了一 个现代制造型企业计算机应用的主干 对于制造行业 设计 制造水平和 产品的质量 成本及生产周期息息相关 人工设计
3、 单件生产这种传统的 设计与制造方式已无法适应工业发展的要求 采用 CAD CAM 的技术已 成为整个制造行业当前和将来技术发展的重点 CAD 技术的首要任务是为产品设计和生产对象提供方便 高效的数字化 表示和表现 Digital Representation and Presentation 的工具 数字化表 示是指用数字形式为计算机所创建的设计对象生成内部描述 象二维图 三维线框 曲面 实体和特征模型 而数字化表现是指在计算机屏幕上生 成真实感图形 创建虚拟现实环境进行漫游 多通道人机交互 多媒体技 术等 CAD 的概念不仅仅是体现在辅助制图 图形实现 方面 它更主要地起到 了设计助手的作
4、用 帮助广大工程技术人员从繁杂的查手册 计算中解脱 出来 极大地提高了设计效率和准确性 从而缩短产品开发周期 提高产 品质量 降低生产成本 增强行业竞争能力 CAM 与 CAD 密不可分 甚至比 CAD 应用得更为广泛 几乎每一个现代 制造企业都离不开大量的数控设备 随着对产品质量要求的不断提高 要 高效地制造高精度的产品 CAM 技术不可或缺 设计系统只有配合数控 加工才能充分显示其巨大的优越性 另一方面 数控技术只有依靠设计系 统产生的模型才能发挥其效率 所以 在实际应用中 二者很自然地紧密 结合起来 形成 CAD CAM 系统 在这个系统中设计和制造的各个阶段 可利用公共数据库中的数据
5、即通过公共数据库将设计和制造过程紧密 地联系为一个整体 数控自动编程系统利用设计的结果和产生的模型 形 成数控加工机床所需的信息 CAD CAM 大大缩短了产品的制造周期 显 著地提高产品质量 产生了巨大的经济效益 CAD CAM 技术已经是一个相当成熟的技术 波音 777 新一代大型客机以 4 年半的周期研制成功 采用的新结构 新发动机 新的电传操纵等都是 一步到位 立刻投入批量生产 飞机出厂后直接交付客户使用 故障返修 率几乎为零 媒介宣传中称之为 无纸设计 而波音公司本身认为 这主 要应归功于 CAD CAM 设计制造一体化 1 2 CAD CAM 软件介绍 学 海 无 涯 CAD CA
6、M 技术经过几十年的发展 先后走过大型机 小型机 工作站 微机时代 每个时代都有当时流行的 CAD CAM 软件 现在 工作站和微 机平台 CAD CAM 软件已经占据主导地位 并且出现了一批比较优秀 比较流行的商品化软件 1 高档 CAD CAM 软件 高档 CAM 软件的代表有 Unigraphics I DEAS Pro Engineer CATIA 等 这类软件的特点是优越的参数化设计 变量化设计及特征造型技术与 传统的实体和曲面造型功能结合在一起 加工方式完备 计算准确 实用 性强 可以从简单的 2 轴加工到以 5 轴联动方式来加工极为复杂的工件 表面 并可以对数控加工过程进行自动控
7、制和优化 同时提供了二次开发 工具允许用户扩展功能 是航空 汽车 造船行业的首选 CAD CAM 软 件 2 中档 CAD CAM 软件 CIMATRON 是中档 CAD CAM 软件的代表 这类软件实用性强 提 供了比较灵活的用户界面 优良的三维造型 工程绘图 全面的数控加工 各种通用 专用数据接口以及集成化的产品数据管理 3 相对独立的 CAM 软件 相对独立的 CAM 系统有 Mastercam Surfcam 等 这类软件主要通 过中性文件从其它 CAD 系统获取产品几何模型 系统主要有交互工艺参 数输入模块 刀具轨迹生成模块 刀具轨迹编辑模块 三维加工动态仿真 模块和后置处理模块 主
8、要应用在中小企业的模具行业 4 国内 CAD CAM 软件 国内 CAD CAM 软件的代表有 CAXA ME 金银花系统等 这类软件 是面向机械制造业自主开发的中文界面 三维复杂形面 CAD CAM 软件 具备机械产品设计 工艺规划设计和数控加工程序自动生成等功能 这些 软件价格便宜 主要面向中小企业 符合我国国情和标准 所以受到了广 泛的欢迎 赢得了越来越大的市场份额 本论文使用高端 CAD CAM 软件 UG 完成一摩擦圆盘压铸模腔的造型设 计与数控模拟加工 UG 是美国 Mc Donnell 公司开发的集 CAD CAM CAE 于一体的计算机辅 助设计与制造软件 其特点是模具设计和数
9、控加工能力强 具有良好的二 次开发接口 UG 适用于机械 汽车 造船 航空和模具行业的设计和制 造 UG CAD 计算机辅助设计模块能实现实体造型 高级装配 逼真的动态装 配仿真 标准零件库调用 几何公差分析与检查等 学 海 无 涯 UG CAM 计算机辅助制造模块能实现图形化刀具路径编辑 动态地观察 刀具切削路径 更改刀具切削路径 如延伸 修剪及边界的设定 修改 切削速度和方向 校验刀具路径 后置处理模块能适应各类数控机床 如 2 5 轴铣床 2 4 轴车床 线切割和电火化机床等 1 3 CAD CAM 系统的功能使用方法及应用过程 一 熟悉系统的功能与使用方法 在使用一个 CAD CAM
10、数控编程系统编制零件数控加工程序之前 应对 该系统的功能及使用方法有一个比较全面的了解 1 了解系统的功能框架 对于 CAD CAM 数控系统首先应了解其总体功 能框架 包括造型设计 二维工程绘图 装配 模具设计 制造 等能模 块 以及每一个功能模块所包含的内容 特别应关注造型设计中的草图设 计 曲面设计 实体造型以及特征造型的功能 因为这些是数控加工编程 的基础 2 了解系统的编程能力 对于一个数控编程系统 应了解其编程能力的 编程能力主要体现在以下几方面 1 适用范围 车削 铣削 钻孔 线切割 EDM 等 2 可编程的坐标数 点位 二坐标 三坐标 四坐标以及五坐标 3 可编程的对象 多坐标
11、点位加工编程 表面区域加工编程 是否具备 多曲面区域的加工编程 轮廓加工编程 曲面交线及过渡区域加工编程 腔槽加工编程 曲面通道加工编程等 4 是否具备刀具轨迹的编辑功能 有哪些编辑手段 如刀具轨迹变换 裁剪 修正 删除 转置 匀化 刀位点加密 浓缩和筛选 分割及连接 等 5 是否具备刀位验证的能力 有哪些验证手段 如刀具轨迹仿真 刀 具运动过程仿真 加工过程模拟 截面法验证等 6 熟悉系统的用户界面及输入方式 系统是在图形交互方式下工作 还是在命令交互方式下工作 系统是否具备批处理能力等 7 了解系统的文件管理方式 对于一个零件的编程 最终要得到的是 能在指定的数控机床上完成该零件加工的正确
12、的数控程序 该程序是以 文件形式存在的 在实际编程时 往往还要构造一些中间文件 如零件模 型 或加工单元 文件 工作过程文件 日志文件 几何元素 曲线 曲面 文 件 刀具文件 刀位文件 数控机床数据文件等 应该熟悉系统对这些文 件的管理方式它及它们之间的关系 学 海 无 涯 二 分析加工零件 当拿到持加工零件的零件图纸或工艺图纸 特别是复杂的曲面零件和模 具图纸 时 首先应当对零件图纸进行仔细的分析 内容包括 1 分析待加工表面 一般来说 在一次加工中 只需对加工零件的部分 表面进行加工 这一步骤的内容是 确定待加工表面及其约束面 并对其 几何定义进行分析 必要的时候需对原始数据进行一定的预处
13、理 要求所 有几何元素的定义具有唯一性 2 确定加工方法 根据零件毛坯形状以及待加工表面及其约束面的几何 形态 并根据现有机床设备条件 确定零件的加工方法及所需的机床设备 和工夹量具 3 确定编程原点及编程坐标系 一般根据零件的基准面 或孔 的位置以 及待加工表面及毛坯上选择一个合适的编程原点及编程坐标系 也称为工 件坐标系 三 对待加工表面及其约束面进行几何造型 这是上机编程的第一步 对于 CAD CAM 数控编程系统来说 一般可根 据几何元素的定义方式 在前面零件分析的基础上 对加工表面及其约束 面进行几何造型 四 选择合理的刀具 一般来说 可根据加工方法和加工表面及其约束面的几何形态选择
14、合适 的刀具类型及刀具尺寸 但对于有的复杂曲面零件 则需要对加工表面及 其约束面的几何形态进行数值计算 根据计算结果才能确定刀具类型和 刀具尺寸 这是因为 对于一些复杂曲面零件的加工 希望所选择的刀具 加工效率高 同时又希望所选择的刀具符合加工表面的要求 且不与非加 工表面发生干涉或碰撞 由于在某些情况下 加工表面及其约束面的几何 形态数值计算很困难 只能根据经验和直觉选择刀具 这时 便不能保证 所选择的刀具一定是合理的 在刀具轨迹生成之后 需要进行一定的刀位 验证 五 刀具轨迹生成及刀具轨迹编辑 对于 CAD CAM 数控编程系统来说 一般可在所定义加工表面及其约束 面 或加工单元 上确定其
15、外法向矢量方向 并选择一种走刀方式 根据所 选择的刀具 或定义的刀具 和加工参数 系统将自动生成所需的刀具轨迹 所要求的加工参数包括 安全平面 主轴转速 进给速度 线性逼近误差 刀具轨迹间的残留高度 切削深度 加工余量 进刀段长度及迟刀段长度 等 当然 对于某一加工方式来说 只要求其个的部分加工参数 一般来 说 数控编程系统对所要求的加工参数都有一个缺省值 刀具轨迹生成以后 如果系统具备刀具轨迹显示及交互编辑功能 则可以 学 海 无 涯 将刀具轨迹显示出来加果有不太合适的地方 可以在人工交互方式下对 刀具轨迹进行适当的编辑与修改 六 刀位验证 如果系统具有刀位验证的能力 对可能过切 干涉与碰撞
16、的刀位点 采 用系统提供的刀位验证手段进行检验 值得说明的是 刀位验证大量用到曲面求交算法 计算时间比较长 最好 是在批处理方式下进行 检验结果存放在刀位验证文件之中 供分析和图 形显示用 七 后置处理 根据所选用的数控系统 调用其数控系统特性文件 运行数控编程系统 提供的后置处理系统 将刀位文件转换成数控加工程序 学 海 无 涯 1 4 本论文研究问题的提出与主要研究内容 随着计算机辅助设计和辅助制造技术的飞速发展 工程设计业和制造业 的内涵及其相关技术已经发生了深刻变化 这一点在机械工程领域里的 结构设计和功能设计方面表现尤为显著 虚拟现实技术 三维造型技术 参数设计技术等新概念已渗透到传统的结构设计中来 相应的计算机程 控刀具轨迹设定和计算机自择加工工艺参数等新方法正发挥着前所未有 的作用 推动着工程设计技术和制造技术的发展 目前 机械工程领域使用的 CAD CAM 软件比较多 而 UG 软件能够在其 中脱颖而出主要是因为它具有卓越的CAD CAM 功能 在造型功能方面 除却其他软件所具有的通用功能外 它还拥有灵活的复合建模 齐备的仿 真照相 细腻的动画渲染和快速的原型工具 仅复
