基于UG充电器模型的计算机辅助设计与制造

南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文） 自动化学院 本科毕业设计（论文）题目： 基于UG充电器模型的计算机辅助 设计与制造 专 业： 数控技术与应用 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师: 起迄日期： 设计地点： 55摘 要CAD/CAM是计算机辅助设计/计算机辅助制造的简称。CAD/CAM软件很多，如MasterCAM, Pro/Engineer, UG等。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。关键字：CAD/CAM；虚拟制造；数控加工；UG；充电器 ABSTRACTCAD/CAM is an abbreviation of Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing. There are many CAD/CAM software，such as MasterCAM, Pro/Engineer, UG and so on. Unigraphics(called UG)produced by American EDS Corporation is famous 3D software. The design quality and the rated capacity can be improved well by using UG software. As a result of its formidable function, UG has gradually becoming one of the most world popular CAD/CAE/CAM software.This paper elaborates on 3D model design and virtual manufacturing of chargers by UG Software. First in CAD modeling, draw the 3D model of chargers through tensile entities, Boolean operation, shell entities and entities rounding function. Then in UG processing module, complete the Chargers virtual manufacturing model. It produces two plane contour milling procedures. One is a rough machining procedure another is a precision machining procedure. In post processing, the topic selects the MILL_3_AXIS machine. It can produce procedure which can be identified by machine. In the virtual manufacturing, processing craft must be considered which contains the cutting tool, cutting specifications choice and so on. The article also gives a detailed briefing. In addition, this paper introduces a program transmission method. By CimcoEdit input software generated procedures into Siemens milling machine. It should be noted that the rough machining procedure is short, may directly transmitted into machine. But the precision work procedure is very long and it cannot be transmitted into the machine. It needs to be transmitted while processing. This is called CNC.Key words： CAD/CAM；the virtual manufacturing；NC；UG；charger目 录第一章 绪论1 1.1 引言1 1.2 选题背景与意义1 1.3 研究现状3 1.4 本文结构4第二章 CAD/CAM的概况5 2.1 CAD/CAM技术的发展5 2.2 常见的CAD/CAM软件6 2.3 UG NX的介绍7 2.3.1 UG的功能及特点7 2.3.2 UG的主要功能模块9第三章 充电器模型测绘11 3.1 测绘方法11 3.2 测绘过程11第四章 基于UG的充电器CAD实体设计过程134.1 实体建模过程13 4.1.1 画出充电器三维造型的轮廓线13 4.1.2 创建实体16 4.1.3 前视图造型设计18 4.1.4 倒圆角20 4.1.5 实体抽壳224.1.6 孔的设计224.1.7 平移坐标轴24 4.2 曲面分析25 4.3 工程制图26第五章 基于UG的充电器CAM设计过程285.1 工艺分析285.2 CAM模拟加工过程29第六章 充电器模型的数控加工44 6.1 数控机床介绍446.1.1 数控机床的选择44 6.1.2 装备SIEMENS 802D系统的XKN7140数控铣床的介绍44 6.2 机床加工的工序设计46 6.2.1 夹紧装置的选择46 6.2.2 刀具的选择47 6.2.3 切削用量选择476.3 加工过程47第七章 结论50 7.1 总结50 7.2 感想50致谢51参考文献52附录：程序53第一章 绪 论1.1 引言CAD/CAM是计算机辅助设计/计算机辅助制造(Computer Aided Design/ Computer Aided Manufacturing)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： 个人技能、技巧等模拟量信息的数字化，社会化共享。 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。 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： 学习UG软件，用UG软件绘制出充电器的三维模型。 用UG软件完成充电器模型的虚拟制造。 在加工中心机床上实现充电器模型的数控加工。1.2 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。CAD/CAM系统在机械制造方面的功能用框图可表达为图1.1所示。 图1.1 CAD/CAM功能框图(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。尽管近年来许多企业都开始采用CAD/CAM技术，但由于是不同厂家的软件，以及从三视图到立体三维图的重复造型工作，企业内部网络化还不普及，单一数据库、共享还有待提高。理想化的CAD/CAM一体化模式如图1.2所示。 图1.2 单一数据库系统的理想模式所有的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。Unigraphics(简称UG)是目前功能最为强大的CAD/CAM软件，在汽车、航天、机械制造等行业应用十分普遍，特别是在模具行业应用更为广泛。它具有强大的曲线设计、实体造型、曲面设计、虚拟装配和生成工程图等功能，可以进行仿真模拟、机构运动分析、动力学分析和有限元分析，可以用于计算机辅助制造，生成直接用于加工产品的数控代码。UG更好地适应了现代机械设计的自动化趋势，使用它可以实现对零件设计的全过程控制，提高零件设计的效率和水平。UG CAD模块是UG的重要组成部分之一。它将基于约束的特征建模技术和传统的几何建模技术相结合，具有极为强大的建模功能。本课题是基于UG充电器模型的计算机辅助设计与制造。手机是我们日常生活中必不可少的通讯工具，充电器地位不可取代。充电器的种类有很多，本课题介绍了一种最常见的充电器底座的设计与制造。UG NX操作系统所支持的CAD/CAM软件具有强大的建模和加工功能，大大地提高了产品的设计质量与设计效率。1.3 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。在国外，UG在航空航天、汽车、通用机械、工业设备、医疗器械以及其它高科技应用领域的机械设计和模具加工自动化的市场上得到了广泛的应用。它也是日本著名汽车零部件制造商DENSO公司的计算机应用标准，并在全球汽车行业得到了很大的应用，如Navistar、底特律柴油机厂、Winnebago和Robert Bosch AG 等。 另外，UG软件在航空领域也有很好的的表现：在美国的航空业，安装了超过10,000套UG软件；在俄罗斯航空业，UG软件具有90%以上的市场；在北美汽轮机市场，UG软件占80%。UGS在喷气发动机行业也占有领先地位，拥有如Pratt & Whitney和GE 喷气发动机公司这样的知名客户。1.4 本文的结构本文以基于CAD/CAM软件设计实体造型作为应用背景，对应用UG软件实现充电器模型设计及加工方法进行了研究。全文共分为七章，各章的主要内容如下：第一章 主要介绍了选择的背景和意义；第二章 阐述了CAD/CAM在国内外的发展现状与趋势，介绍了几种常用的CAD/CAM软件，说明UG软件在设计软件中的优越性，并对UG软件的功能模块进行了介绍；第三章 对充电器实体外形进行测绘；第四章 叙述了基于UG软件的CAD模块的模型设计方法；第五章 叙述了基于UG软件的CAM模块的模型虚拟制造，并介绍参数的选择方法；第六章 介绍了铣床的应用界面，对加工工序的设计进行说明，最后描述了实际加工过程；第七章 总结了本次设计的研究工作，指出了存在问题和解决办法。第二章 CAD/CAM概况2.1 CAD/CAM技术的发展 1. CAD/CAM发展的回顾 CAD/CAM的起源可以追溯到20世纪50年代美国麻省理工学院(MIT)的自动编程工具APT。1962年MIT的I.E.Sutherland开发出了用光笔与计算机进行对话，绘制图形的软件 (SKETCHPAD)，开创了CAD的历史。1963年，通用汽车公司(GM)和工业商务管理公司 (IBM)共同开发出可以进行图形处理的DAC-I，它生成的模型仅为二维平面上的线框模型。1964年，MIT的S.A.Coons发明了能够处理自由曲面的单片曲面，称为昆式曲面。1967年， Lockheed公司开发出了用于飞机设计制造的CADAM，该系统是以主机型的IBM大型计算机为核心的终端方式系统。该系统在世界上被广泛使用。此时，从线框模型向曲面模型发展。但由于缺少面的结构信息、面的表里信息和与面对应的立体位置，所以当时还没有出现面向三维自由曲面的实用化的用于模具设计、制造的CAD/CAM系统。1973年的国际会议PROLAMAT发表了现在还正在使用的实体模型表达方法，即CSG (Constructive Solid Geometry)和B-rep(Boundary representation)。其中CSG是由当时的北海道大学的冲野嘉数用TIPS系统提出的方案。B-rep是由英国剑桥大学的BraidLang用BUILD系统提出的方案，从而用实体模型解决了形状的难点。至此，出现了面向三维自由曲面的实用性强的模具设计、制造CAD/CAM系统。有关图形的基(标)准化是从20世纪70年代末期开始的。美国提出了CORE系统方案，原联邦德国提出了GKS方案。到1980年发布了CAD/CAM三维数据转换标准IGES。由此，规定了数据转换的约束条件，促进了不同系统之间的数据交换标准化。到了90年代，丰田汽车公司等强烈提出了“单一数据库化”，并倡导“CAD/CAE/CAM/CAT的一体化”。2. CAD/CAM展望当今信息革命的浪潮正在冲刷着世界的每一个角落，世界统一市场正在形成，全球经济一体化正以超乎寻常的速度发展。因此，制造业所面临的环境比以往任何时候都要复杂多变，竞争之激烈在时空上超越了国家、地区的界限，而延伸至全球的各个角落。制造业要有能力对其外部环境的瞬间变化作出反应，必须采用先进的制造技术、战略理念，以求得长期的生存与发展。CAD/CAM技术是先进的制造技术之一，是集成制造、敏捷制造、智能制造等先进理念和模式的基础制造技术。CAD/CAM技术的发展将集中在以下几个方面。(1) 用高速宽带网络技术，把目前在内部CAD/CAM网络的单独场所的应用，扩展到多场所协同CAD/CAM应用，以满足制造全球趋势下的协同CAD/CAM的需求。CAD/CAM信息的快速网络传递也将成为现代集成制造系统(CIMS)的一个重要组成部分。多场所的协同 CAD/CAM通常按以下形式工作：两个以上地理位置分散的CAD/CAM设计者，能够协同和交互进行三维CAD几何造型和编辑。协同设计完成之后，就可产生刀具路径。在刀具路径生成之后，后置处理生成的加工程序立即被发送到产品销售区域的加工厂用于加工。这种工作形式潜在的利益在于减少了市场导入时间，在合适的地点可生产恰当的产品，并缩短了产品的装运时间，提高了竞争力。从而消除了阻碍跨国企业运行的地理障碍。(2) 快速无图纸设计/制造技术是指依靠数字化设计，并利用并行工作技术，即快速地进行系统安排、详细设计、分析计算、工艺规划。该技术预先在计算机中进行虚拟制造，设计采用单一数据库，以三维的方式设计全部零件，并通过虚拟制造提高可靠性，使各部门可以共享所有设计模型，能尽早获得相关技术、工艺的反馈信息，使设计更快、更合理。1994年，美国波音飞机公司制造双发动机运输机，采用了无图纸设计/制造技术。2.2 常见CAD/CAM软件常见的CAD/CAM软件有：UnigraphicsNX，PRO/ENGINEER，Cimatron系统，MasterCAM，Solidworks。(1) Unigraphics NX是UGS公司的软件，功能增多，性能比原先明显提高。机械产品设计从上而下(不同于以前的从零件图开始然后装配的从下而上的设计)，也可从装配的约束关系开始，改变装配图中任一零件尺寸，所有关联尺寸会自动作相应的修改。大大减少了设计修改中的失误，思路更清晰，更符合机械产品的设计方法、习惯。(2) Pro/Engineer系统是美国参数技术公司(简称PTC)的产品。PTC公司倡导单一数据库、参数化、基于特征、全相关的设计概念。利用该概念开发出来的第三代机械CAD/CAE/CAM产品Pro/Engineer软件能将设计至生产全过程集成到一起，让所有的用户能够同时进行同一产品的设计制造工作，即实现所谓的并行工程。Pro/Engineer系统用户界面简洁，概念清晰，符合工程人员的设计思想与习惯。整个系统建立在统一的数据库上，具有完整而统一的模型。(3) Cimatron系统是源于以色列为了设计喷气式战斗机所开发出来的软件。它集成了设计、制图、分析与制造，是一套结合机械设计与NC加工的CAD/CAE/CAM软件。(4) MasterCAM是由美国CNC Software公司开发的，是国内引进最早，使用最多的CAD/CAM软件。CAM功能操作简便、易学、实用，高校及技工学校CAD/CAM教学使用较多，作为CAD/CAM教学，是最合适的一个软件。它包括2D绘图、3D模型设计、NC加工等，在使用线框造型方面具有代表性。(5) Solidworks是生信国际有限公司推出的基于Windows平台的全参数化特征造型软件，它可以十分方便地实现复杂三维零件的实体造型、装配和生成工程图。图形界面友好，用户上手快。该软件可以应用于以规则几何形体为主的机械产品设计及生产准备工作中，而且价位适中。本课题采用的CAD/CAM软件是Unigraphics NX(简称UG)。2.3 UG的介绍UG是美国EDS公司著名的3D产品开发软件，由于其强大的功能，已逐渐成为当今世界最为流行的CAD/CAM/CAE软件之一，广泛应用与通用机械、模具、家电、汽车及航天等领域。UG软件自从1990年进入中国以来，得到了越来越广泛的应用，在诸多领域大展身手，现已成为我国工业界主要使用的大型CAD/CAM/CAE软件。2.3.1 UG功能及特点1. UG功能Unigraphics NX是UGS公司的软件，功能增多，性能比原先明显提高。机械产品设计从上而下(不同于以前的从零件图开始然后装配的从下而上的设计)，也可从装配的约束关系开始，改变装配图中任一零件尺寸，所有关联尺寸会自动作相应的修改。大大减少了设计修改中的失误，思路更清晰，更符合机械产品的设计方法、习惯。UG软件除有以上的优越性能外，在以下几个功能方面也很突出：(1) Unigraphics NX的Wave功能自动推断、优化设计更方便、高效，产品的概念化设计、草图设计功能符合产品设计和零件外形设计方法：即从产品外形的美术设计开始，可以取出从不同角度设计的二维工艺造型图的轮廓，再以这些轮廓曲线设计外形曲面，使造型更具有艺术美。(2) Unigraphics NX的CAM模块相比其他CAM软件，加工模式、进给方法、刀具种类、压板的避让等设定的选项更多、更丰富，所以功能更强。(3) Unigraphics NX的CAD数据交换功能更上了一个台阶，在这之前各种CAD/CAM软件之间虽然可以进行各种标准化格式的转换(如DXF格式、IGES格式及STEP格式)。但转换后特征模型就丢失，这是因为各软件特征的数学模型有差异。转换后的模型没有特征就难以再修改。而Unigraphics NX版本能重新恢复特征，经过格式转换的模型同样可以修改。所以Unigraphics NX是CAD/CAM软件中功能最丰富、性能最优越的软件。UG软件基于标准的IGES(Initial Graphic Exchange Specification)和STEP(Standard for the Transfer and Exchange of Product Model Date)产品，被公认为在数据交换方面处于世界领先地位。UG还提供了大量的直接转换器(如CATIA、CADDS、SDRC、EMC和AUTOCAD)，以确保同其他系统高效地进行数据交换。2. UG的特点利用UG，我们可以完成产品从概念设计、模型建立、模型性能分析与运动分析、加工路径生成等整个产品的生产过程，实现真正意义上的无图纸化生产。(1) 无缝集成的产品开发环境UG是一个集CAD、CAE、CAM与一体的集成化计算机辅助设计系统，可以完成从产品概念设计、外观造型、详细设计、图纸生成、运动与受力受热分析、零件数控加工程序的自动生成、设计与使用文档的建立等全过程，甚至还可以对生产过程进行管理。 整个系统采用统一的数据库，使得各模块能完全相关地共享零件和产品模型的数据，减少了同类型数据的重复，也为协同工作提供了基础。(2) 基于装配的产品设计技术从整体的产品概念出发开始产品的设计过程。从装配出发，通过应用主模型方法、自顶向下的设计方法和上下文设计，可以从产品总体设计入手，渐渐详细设计出每一个零件。小到家庭用品，大到复杂的机械，UG都可以为用户提供产品级的解决方案。无论零件多么复杂，UG都可以使用户在整个产品设计环境中对零件进行设计和评估。(3) 全局的相关性同一模型文件中，各几何对象之间保持完全的相关性。通过装配建模和部件间的链接技术，可以利用各零件之间的相互参照，实现不同模型文件之间的相关性。通过应用主模型方法，可以使集成环境中各应用模块之间保持完全的相关性。(4) 协同工作设计过程中，在Internet技术的支持下，可以多人异地协同工作，每人负责自己的设计任务。在各自的设计任务与访问权限下，统一产品的不同设计阶段甚至加工阶段可以同时进行，系统完成产品的自动更新。不同的设计人员和工程师都可以杂一同一时间对产品范围内的不同零件、不同组件和不同子装配进行工作。这就意味着某个设计人员在产品上的改动可以被所有的产品相关人员捕捉和获得。(5) 基于知识的专家设计模块为了进一步的提高设计质量与设计效率，UG利用知识驱动的方法，集合了设计专家的智慧，针对具有通用性的不同产品设计了多个智能化的模块，并且还在逐步增加这些模块。目前已经开发的智能模块有：主要针对塑料模具设计的模具向导(Moldwizard)、主要针对齿轮传动装置设计的齿轮工程向导(Gear Engineering)、主要针对金属冲压模具的冲模工程向导(Die Engineering Wizard)等。同时，还提供了知识融合工具(Knowledge Fusion),提供知识驱动自动化的机制。利用这一工具，公司还可以快速和方便地建立一个自己产品的工程向导模块。(6) 满足客户需要的开放式接口UG提供了方便而先进的用户开发工具。利用Open UIStyle可以定义用户自己的对话框；利用Open GRIP脚本设计语言，不需太多的学习，用户就可以进行二次开发；利用Open API和Open+工具，用户可以通过C+和Jave语言进行二次开发，而且支持面向对象程序设计的全部技术。UG还提供了丰富的数据交换手段，支持多种通用和流行的数据交换标准，使用户可利用多种系统来设计产品。原来用其他系统设计的数据可以被UG所接受，UG的模型数据也可以方便地转换成其他的文字格式。2.3.2 UG的主要功能模块 UG NX3 中的CAD模块包括了实体建模、特征建模、自由形状建模、装配建模和制图等基本建模。 UG NX3 中的CAM模块包括了CAM基础、平面铣削、型芯型腔铣削、固定轴铣削、自动清根、变轴铣削、顺序铣削、后置处理、车削加工和线切割等基本模块。 UG NX3 除了以上模块外，还有钣金、UG/Open二次开发、管路、以及布线模块。下面对UG集成环境中的几个常用模块及功能作一个简单的介绍:(1) 实体建模(Solid Modeling)。实体建模模块将基于约束的特征建模和显示几何建模方式结合起来，可以建立圆柱体、立方体等实体，也可创建面、曲线等二维对象，并且能够完成拉伸、旋转以及布尔运算等操作。提供了草图设计、各种曲线生成、编辑、布尔运算、扫掠实体、旋转实体、沿导轨扫掠、尺寸驱动、定义、编辑变量及表达式、非参数化模型后参数化等工具。(2) 特征建模(Feature Modeling)。特征建模模块完成基于约束的特征建模，所建立的实体特征可以参数化，其尺寸大小和位置可以进行编辑。UG特征建模模块提供了各种标准设计特征的生成和编辑、各种孔、键槽、凹腔、方形、圆形、异形凸台、圆柱、方块、圆锥、球体、管道、杆、倒圆、倒角、模型抽空产生薄壁实体、模型简化、用于压铸模设计、实体线、面提取、用于砂型设计、拔锥、特征编辑（如删除、压缩、复制、粘贴等）、特征引用、阵列、特征顺序调整和特征树等工具。(3) 制图(Drafting)。制图模块用于创建工程图纸，提供了自动视图布置、剖视图、各向视图、局部放大图、局部剖视图、自动、手动尺寸标注、形位公差、粗糙度符合标注、支持GB、标准汉字输入、视图手工编辑、装配图剖视、爆炸图以及明细表自动生成等工具。图纸可以由三维模型投影获得，也可以直接绘制。(4) 平面铣削(Mill_planar)。平面铣削模块包括多次走刀轮廓铣、仿行内腔铣和Z字形走刀铣削，规定避开夹具和进行内部移动的安全余量，提供型腔分层切削和凹腔低面小岛加工功能，对边界和毛料几何形状的定义，显示未切削区域的边界，提供一些操作机床辅助运动的指令，如冷却、刀具补偿和夹紧等。(5) 后置处理(Graphics postprocessor)。后置处理模块将CAM软件生成的刀路轨迹转化为合适数控系统加工的NC程序。数控系统通过读取刀位文件，根据机床运动结构及控制指令格式，进行坐标运动变化和指令格式转换。通用后置处理程序在标准刀路轨迹以及通用CNC系统的运动配置及控制指令的基础上进行处理。主要包括机床坐标运动变换、非线形运动误差校验、进给速度校验、数控程序变换及数控程序输出等方面的内容。结合第一章和第二章的介绍，我们可以看到所有的CAD/CAM软件中，UG NX操作系统所支持的CAD/CAM软件具有强大的建模和加工功能，能很好的实现各种复杂三维实体的造型构造。UG软件所带的后置处理程序支持多种数控机床,能够广泛的应用于零件加工，实用性很强。国内外已经有许多科研院所和厂家选择了UG作为企业的CAD/CAM系统，在现代制造业中有着广阔的发展前景。本次毕业设计所要设计和加工的是充电器模型，使用到的模块有：实体建模、特征建模、制图、平面铣削、后置处理等。第三章 充电器模型测绘3.1 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。3.2 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： 左视图的样品轮廓，图3.1。 俯视图的弧边轮廓，图3.2。 俯视图的方形孔尺寸，图3.3 前视图图案轮廓，图3.4。 后视图孔的位置，图3.5。 图3.1 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3.2 弧边轮廓测绘图 图3.3 俯视图的方形孔尺寸 图3.4 前视图图案轮廓 图3.5 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。第四章 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。4.1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4.1。 图4.1 充电器支座模型和轮廓截面线4.1.1 画出充电器三维造型的轮廓线1. 打开UG NX3，如图4.2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4.3，进入建模界面，如图4.4所示。 图4.2 UG NX3 主界面 图4.3 UG应用界面 图4.4 建模界面 图4.5 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4.5所示。 图4.6 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4.7所示。 图4.7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4.8所示。 图4.8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4.9所示。 图4.9第四层轮廓曲线尺寸4.1.2 创建实体1. 退出草图模式，打开1、4层，关闭第2、3层，如图4.10所示。 图4.10 轮廓曲线2. 选择如图4.11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4.12所示。 图4.11 “拉伸”菜单 图4.12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4.13所示。选择进行布尔并运算，图4.14，把被拉伸的两个几何体合成一个整体。 图4.13 拉伸实体 图4.14布尔并运算菜单4. 打开第3层，选择如图4.15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4.16。选择布尔差运算，图4.17，结果如图4.18所示。 图4.15 拉伸 图4.16拉伸结果 图4.17 布尔差运算 图4.18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4.19。拉伸P5，拉伸距离为起始-26mm，结束26mm。结果如图4.20。选择布尔差运算，结果如图4.21所示。 图4.19 对P5进行拉伸 图4.20 拉伸结果 图4.21对P5进行布尔差运算结果4.1.3 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4.22。双击这个面，进入草图，在前视图中按以下坐标绘制如图4.23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4.24所示。 图4.22 选择基准平面 图4.23 绘制凸垫曲线 图4.24 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4.25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4.26。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4.27。 图4.25创建凹孔曲线 图4.26凹孔实体 图4.27凹孔布尔差运算4.1.4 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4.28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4.28 选择实体边倒圆角半径8mm2. 选择如图4.29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4.29、4.30所示实体边P20P23，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4.29 选择实体边倒圆角半径4mm 图4.30 垂直边倒圆角半径4mm3. 选择如图4.31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P26P28，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4.32。 图4.31 其余部分倒园角 图4.32 倒圆后实体4.1.5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4.33所示参数，单击确定按钮。结果如图4.34所示。 图4.33 实体抽壳菜单 图4.34 实体抽壳结果4.1.6 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4.35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4.36。通过拉伸，布尔差，得到图4.37。 图4.35 设计结果1 图4.36设计结果2 图4.37 设计结果32. 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4.38所示。 图4.38 设计结果43. 尾部打孔。选择，放置面选择后平面，定位如图4.39所示，孔的直径为5，圆心水平距离为15，竖直距离为10。 图4.39 孔设计的最终结果4.1.7 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4.40所示。 图4.40 Z轴平移结果4.2 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4.41，出现“面分析反射”的对话框，图4.42，选择黑白线进行面分析，由图4.43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4.41 曲面分析选项卡 图4.42 面分析窗 图4.43 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。4.3 工程制图进入UG的主界面即设计模块，在主菜单上选择应用/制图菜单命令，即可进入制图模块。由于制图模块里建立的二维工程图是投影三维实体模型得到的，所以，二维工程图与三维视图模型完全关联，实体模型的尺寸、形状或位置的任何改变都会引起二维工程图的相应变化。制图模块提供了绘制工程图、管理工程以及与技术相关的技术图的整个过程和相关工具，因为从UG的主界面进入制图模块的这个过程是基于已创建的三维实体模型的。整个实体制图过程如下：(1) 选择菜单命令应用/制图，出现如图4.44的对话框，选择A4纸，第一象限角投影，其余默认设置。按确定按钮，出现一张空白图纸。(2) 选择工具栏中的“添加基本视图”按钮，出现图出现的工具条，由于实体尺寸较小，所以图的比例要选择2：1。(3) 以主视图为主，分别再选择前视图，后视图，左视图。(4) 选择工具栏中的“添加基本视图”按钮，在图4.45的视图栏里选“正等测视图”，作出充电器模型的正等测视图，在刚才的四个视图上注尺寸。如图4.46所示。 图4.44 图纸选择窗 图4.45 正等测视图选项 图4.46 尺寸图第五章 基于UG的充电器CAM设计过程第四章中我们介绍了充电器模型的三维零件图的几何造型，这为CAM部分提供了几何造型，CAM就是通过该几何造型,选择合理的切削参数，优化刀具路径生成加工程序。5.1 工艺分析在CAM部分必须先考虑到加工方式，刀具及切削用量，切削路径等工艺的选择。1. 加工方式的选择根据几何图形的不同、零件加工要求的不同，选用合理的加工方式。本课题加工是选用的是平面轮廓铣削。加工过程又分为粗加工、精加工。粗加工要求快速地切除零件的大部分余量，留给精加工一个比较均匀的余量，为精加工做好准备。精加工的主要目的是切削加工出符合零件图纸要求或图纸工序要求的轮廓形状、尺寸精度（或留给后道工序一个合理的均匀的余量）。2. 进给路线的确定数控加工中进给路线对加工时间、加工精度和表面质量有直接的影响。对于曲面加工不论是精加工还是粗加工都有多种切削方式，针对不同的加工零件形状，选择一种进给路径较短的方式。本课题采用的来回铣削，经CAM路径模拟，这种方法路径较短，若采用一个方向切削，则每次切削完一行都要抬刀进入下一行切削，这样路径肯定很长，不可取。此外还必须考虑残余量大小的一致性，如平行铣削方式，平行X轴方向走刀，垂直走刀路径的曲面残余量小，平行走刀路径的曲面残余量大,这种粗加工结果不符合精加工的要求。如改用一个角度方向走刀，虽然还有局部小地方残余量还比较大，但残余量大小的一致性就好地多。本课题采用的就是与X轴成300方向走刀，这样充电器凹槽内壁就铣的比较好。曲面精铣时，使用平头刀和球头刀进给路径相同，但使用平头刀和球头刀效果是不同的，凹槽内壁用球头刀的效果比较好，而底面(平面)的铣削用平头刀效果比较好。本课题在精铣的时候选用的就是直径为6mm的球头铣刀。3. 刀具和切削用量 (1) 刀具选择选择加工方式后，必须选择合适切削刀具和合理切削用量，它会影响到加工时间的长短以及留给后道工序的余量合理性本课题在粗加工时选8的平头刀，精加工是选用6的球头刀。(2) 切削用量的选择一般实际切削用量制定的通常方法是：a. 经验估算法 凭工艺人员的实践经验估计切削用量。 b. 查表修正法 确定切削用量时根据零件材料、刀具材料从手册中查出切削速度和每转进给量，以此计算出主轴转速和进给速度，再结合实际情况进行适当修正。计算公式如下： 单位：r/min 单位：mm/min在此用查表法预算下参数。查表得铝合金允许切削速度为180300m/min，取=180m/min。粗加工=180m/min70%=126m/min；8平头刀每齿切削量取=0.1mm/齿。精加工=0.1(mm/齿)/2=0.05mm/齿。考虑到机床刚性不是很好，乘以修正系数为0.6。选用8平头刀时: =（10001260.6）/（3.148）3000r/min =20.13000=600mm/min选用6球头刀时: =（10001800.6）/（3.148）5720r/min =20.055720=572mm/min5.2 CAM模拟加工过程1. 取出几何模型几何模型是进行数控编程的基础，必须在进入加工模块之前，先在建模环境中完成零件的几何造型。本课题加工部分选择的模型就是在UG中创建的充电器三维模型。在模拟刀具路径时，需要使用毛坯来观察零件的成形过程。因此，进入加工模块前，应在建模环境中建立用于成形零件的毛坯。毛坯可以是圆柱体或块体等材料，也可以通过拉伸或偏置零件的线与面来创建。本课题在充电器底部建立一个平面，作为毛坯的底面。这个平面的长宽都为90mm，如图5.1所示。 图5.1 充电器几何造型2. 粗加工部分(1) 创建程序组程序组用于组织各加工操作和排列各操作在程序中的次序。合理地将个操作组成一个程序组，可在一次后置处理中按选择程序组的顺序输出多个操作。在右边的“操作导航器-程序次序”界面中，右击NC_PROGRAM，在NC_PROGRAM里插入程序组, 选择插入/程序组，打开“创建程序组”对话框。系统弹出如图5.2所示的创建程序对话框。确定后在NC_PROGRAM子目录中出现PROGRAM程序名，如图5.3所示。 图5.2 创建程序对话框 图5.3 PROGRAM 选项(2) 创