基於UG的充電器模型的計算機輔助設計與製造

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基於UG的充電器模型的計算機輔助設計與製造簡介
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基於UG的充電器模型的計算機輔助設計與製造正文
內容簡介:

摘 要

CAD/CAM是計算機輔助設計/計算機輔助製造的簡稱。CAD/CAM軟體很多,如MasterCAM, Pro/Engineer, UG等。Unigraphics(簡稱UG)軟體是美國EDS公司著名的3D產品開發軟體,利用UG軟體可以更好地提高設計質量與設計效率,由於其強大的功能,已逐漸成為當今世界最為流行的CAD/CAE/CAM軟體之一。

本文詳細敘述了運用UG軟體實現充電器支座三維模型設計及虛擬製造的方法。先在UG軟體的CAD建模中,通過拉伸實體、布爾運算、實體抽殼和實體倒圓角等功能繪製出充電器支座的三維模型。然後在UG的加工模塊中,完成充電器模型的虛擬製造,生成了兩個平面輪廓銑程序,一個是粗加工程序另一個是精加工程序。後置處理中選用MILL_3_AXIS機床,生成機床可以識別的程序。在虛擬製造中,還需要考慮到刀具、切削用量等加工工藝的選擇,這些在文中也作了詳細介紹。此外,文中還介紹了數控加工中程序傳送的方法。利用CimcoEdit軟體將生成的程序傳送到西門子銑床上。要注意的是,粗加工程序較短,可以先直接傳送到機床中,然後加工。但精加工程序比較長,不能完成一次性傳送,因此文中介紹了邊傳送邊加工的DNC加工方法。關鍵字:CAD/CAM;虛擬製造;數控加工;UG;充電器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 錄第一章緒論 1.1 引言 1.2 選題背景與意義 1.3 研究現狀 1.4 本文結構4第二章 CAD/CAM的概況.5 2.1 CAD/CAM技術的發展5 2.2 常見的CAD/CAM軟體6 2.3 UG NX的介紹 7 2.3.1 UG的功能及特點7 2.3.2 UG的主要功能模塊9第三章充電器模型測繪11 3.1 測繪方法11 3.2 測繪過程11第四章基於UG的充電器CAD實體設計過程134.1 實體建模過程13 4.1.1 畫出充電器三維造型的輪廓線13 4.1.2 創建實體. 16 4.1.3 前視圖造型設計18 4.1.4 倒圓角 20 4.1.5 實體抽殼.224.1.6 孔的設計 224.1.7 平移坐標軸 24 4.2 曲面分析 25 4.3 工程製圖 26第五章基於UG的充電器CAM設計過程285.1 工藝分析285.2 CAM模擬加工過程29第六章充電器模型的數控加工44 6.1 數控機床介紹446.1.1 數控機床的選擇 44 6.1.2裝備SIEMENS 802D系統的XKN7140數控銑床的介紹. 44 6.2 機床加工的工序設計 46 6.2.1 夾緊裝置的選擇46 6.2.2 刀具的選擇 47 6.2.3 切削用量選擇 476.3 加工過程47第七章結論50 7.1 總結.50 7.2 感想 50致謝51參考文獻 52附錄:程序 53

 

第一章緒論1.1 引言CAD/CAM是計算機輔助設計/計算機輔助製造(Computer Aided Design/ Computer Aided Manufacturing)的簡稱。其核心是利用計算機快速高效地處理各種信息,進行產品的設計與製造,它徹底改變了傳統的設計、製造模式,利用現代計算機的圖形處理技術、網路技術,把各種圖形數據、工藝信息、加工數據,通過資料庫集成在一起,供大家共享。信息處理的高度一體化,支撐著各種現代製造理念,是現代工業製造的基礎。計算機輔助設計(CAD)以計算機圖形處理學為基礎,幫助設計人員完成數值計算,實驗數據處理,計算機輔助繪圖,進行圖形尺寸、面積、體積、應力、應變等分析,即高效、優化地進行產品設計。計算機輔助製造(CAM)是指使用計算機輔助製造系統模擬、優化產品加工過程,利用數控機床加工以及裝配出產品的技術。把CAD/CAM作為一個整體來考慮,從產品設計開始到產品檢驗結束,貫穿於整個過程,可以取得明顯的效果。CAD/CAM與傳統的製造模式相比有以下的優點:① 個人技能、技巧等模擬量信息的數字化,社會化共享。② 各工序信息的共享、數值基準的統一,能夠推行整個工程的標準化。③ 改變系統的順序排列作業,能夠進行并行化作業。Unigraphics(簡稱UG)軟體是美國EDS公司著名的3D產品開發軟體,利用UG軟體可以更好地提高設計質量與設計效率,由於其強大的功能,已逐漸成為當今世界最為流行的CAD/CAE/CAM軟體之一。本課題就是基於UG充電器模型的計算機輔助設計與製造。利用UG軟體的強大功能完成充電器模型三維造型設計及製造,目的是研究和掌握UG在模具設計中的應用。課題的主要任務是:① 學習UG軟體,用UG軟體繪製出充電器的三維模型。② 用UG軟體完成充電器模型的虛擬製造。③ 在加工中心機床上實現充電器模型的數控加工。1.2 選題背景與意義近年來數控機床的普及以及CAD/CAM技術的快速推廣,促進了我國製造業設備的更新換代,在製造業中使用CAD/CAM技術,提高了產品質量,降低了產品成本,縮短了生產周期,不斷提高我國產品在國際市場上的競爭能力。對於已經加入世貿組織的我國,積極推廣CAD/CAM技術,有利於我國企業加速融入全球的競爭機制。CAD/CAM系統在機械製造方面的功能用框圖可表達為圖1.1所示。 圖1.1 CAD/CAM功能框圖(1) 產品設計從產品意圖設計開始到進行三維實體造型、設計裝配圖和出詳細的零件圖以及強度校核、運動學分析、動態干涉檢查等。(2) 工藝設計(虛擬製造)根據所設計的產品類型、特徵、外形形狀,選擇不同的加工方式,根據加工條件,設計加工路線,確定工藝參數、切削用量,生成加工程序。模擬實體切削加工過程,根據模擬結果,修改切削用量重新模擬,直到達到最佳效果為止。儘管近年來許多企業都開始採用CAD/CAM技術,但由於是不同廠家的軟體,以及從三視圖到立體三維圖的重複造型工作,企業內部網路化還不普及,單一資料庫、共享還有待提高。理想化的CAD/CAM一體化模式如圖1.2所示。 圖1.2 單一資料庫系統的理想模式所有的CAD/CAM功能都與一個公共資料庫相連,應用程序使用公共資料庫里的信息,實現產品設計、工藝規程編製、生產過程式控制制、質量控制、生產管理等產品生產全過程的信息集成。Unigraphics(簡稱UG)是目前功能最為強大的CAD/CAM軟體,在汽車、航天、機械製造等行業應用十分普遍,特別是在模具行業應用更為廣泛。它具有強大的曲線設計、實體造型、曲面設計、虛擬裝配和生成工程圖等功能,可以進行模擬模擬、機構運動分析、動力學分析和有限元分析,可以用於計算機輔助製造,生成直接用於加工產品的數控代碼。UG更好地適應了現代機械設計的自動化趨勢,使用它可以實現對零件設計的全過程式控制制,提高零件設計的效率和水平。UG CAD模塊是UG的重要組成部分之一。它將基於約束的特徵建模技術和傳統的幾何建模技術相結合,具有極為強大的建模功能。本課題是基於UG充電器模型的計算機輔助設計與製造。手機是我們日常生活中必不可少的通訊工具,充電器地位不可取代。充電器的種類有很多,本課題介紹了一種最常見的充電器底座的設計與製造。UG NX操作系統所支持的CAD/CAM軟體具有強大的建模和加工功能,大大地提高了產品的設計質量與設計效率。1.3 研究現狀我國CAD/CAM技術的應用起步於20世紀60年代末,經過近40年的研究、開發與推廣應用,CAD/CAM技術已經廣泛地應用在機械、電子、航天、化工和建築等行業。應用CAD/CAM技術提高了企業的設計效率、優化了設計方案、減輕了技術人員的勞動強度、縮短了設計周期、加強了設計的標準化。目前來看,CAD/CAM技術的應用正在如火如荼地展開。但是,應該看到這樣一個現實,目前國內CAD/CAM系統的應用還停留在比較低的水平上。對於大多數中小企業來說,一旦企業在這方面進行了投資而又不能儘快地發揮其作用,就會給企業帶來不必要的損失,也為下一步CAD/CAM技術的應用發展製造了障礙。在國外,UG在航空航天、汽車、通用機械、工業設備、醫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。它也是日本著名汽車零部件製造商DENSO公司的計算機應用標準,並在全球汽車行業得到了很大的應用,如Navistar、底特律柴油機廠、Winnebago和Robert Bosch AG 等。 另外,UG軟體在航空領域也有很好的的表現:在美國的航空業,安裝了超過10,000套UG軟體;在俄羅斯航空業,UG軟體具有90%以上的市場;在北美汽輪機市場,UG軟體佔80%。UGS在噴氣發動機行業也佔有領先地位,擁有如Pratt & Whitney和GE 噴氣發動機公司這樣的知名客戶。1.4 本文的結構本文以基於CAD/CAM軟體設計實體造型作為應用背景,對應用UG軟體實現充電器模型設計及加工方法進行了研究。全文共分為七章,各章的主要內容如下:第一章 主要介紹了選擇的背景和意義;第二章 闡述了CAD/CAM在國內外的發展現狀與趨勢,介紹了幾種常用的CAD/CAM軟體,說明UG軟體在設計軟體中的優越性,並對UG軟體的功能模塊進行了介紹;第三章 對充電器實體外形進行測繪;第四章 敘述了基於UG軟體的CAD模塊的模型設計方法;第五章 敘述了基於UG軟體的CAM模塊的模型虛擬製造,並介紹參數的選擇方法;第六章 介紹了銑床的應用界面,對加工工序的設計進行說明,最後描述了實際加工過程;第七章 總結了本次設計的研究工作,指出了存在問題和解決辦法。

 

第二章 CAD/CAM概況2.1 CAD/CAM技術的發展1. CAD/CAM發展的回顧CAD/CAM的起源可以追溯到20世紀50年代美國麻省理工學院(MIT)的自動編程工具APT。1962年MIT的I.E.Sutherland開發出了用光筆與計算機進行對話,繪製圖形的軟體 (SKETCHPAD),開創了CAD的歷史。1963年,通用汽車公司(GM)和工業商務管理公司 (IBM)共同開發出可以進行圖形處理的DAC-I,它生成的模型僅為二維平面上的線框模型。1964年,MIT的S.A.Coons發明了能夠處理自由曲面的單片曲面,稱為昆式曲面。1967年, Lockheed公司開發出了用于飛機設計製造的CADAM,該系統是以主機型的IBM大型計算機為核心的終端方式系統。該系統在世界上被廣泛使用。此時,從線框模型向曲面模型發展。但由於缺少面的結構信息、面的表裡信息和與面對應的立體位置,所以當時還沒有出現面向三維自由曲面的實用化的用於模具設計、製造的CAD/CAM系統。1973年的國際會議PROLAMAT發表了現在還正在使用的實體模型表達方法,即CSG (Constructive Solid Geometry)和B-rep(Boundary representation)。其中CSG是由當時的北海道大學的沖野嘉數用TIPS系統提出的方案。B-rep是由英國劍橋大學的Braid.Lang用BUILD系統提出的方案,從而用實體模型解決了形狀的難點。至此,出現了面向三維自由曲面的實用性強的模具設計、製造CAD/CAM系統。有關圖形的基(標)准化是從20世紀70年代末期開始的。美國提出了CORE系統方案,原聯邦德國提出了GKS方案。到1980年發布了CAD/CAM三維數據轉換標準IGES。由此,規定了數據轉換的約束條件,促進了不同系統之間的數據交換標準化。到了90年代,豐田汽車公司等強烈提出了“單一資料庫化”,並倡導“CAD/CAE/CAM/CAT的一體化”。2. CAD/CAM展望當今信息革命的浪潮正在沖刷著世界的每一個角落,世界統一市場正在形成,全球經濟一體化正以超乎尋常的速度發展。因此,製造業所面臨的環境比以往任何時候都要複雜多變,競爭之激烈在時空上超越了國家、地區的界限,而延伸至全球的各個角落。製造業要有能力對其外部環境的瞬間變化作出反應,必須採用先進的製造技術、戰略理念,以求得長期的生存與發展。CAD/CAM技術是先進的製造技術之一,是集成製造、敏捷製造、智能製造等先進理念和模式的基礎製造技術。CAD/CAM技術的發展將集中在以下幾個方面。(1) 用高速寬頻網路技術,把目前在內部CAD/CAM網路的單獨場所的應用,擴展到多場所協同CAD/CAM應用,以滿足製造全球趨勢下的協同CAD/CAM的需求。CAD/CAM信息的快速網路傳遞也將成為現代集成製造系統(CIMS)的一個重要組成部分。多場所的協同 CAD/CAM通常按以下形式工作:兩個以上地理位置分散的CAD/CAM設計者,能夠協同和交互進行三維CAD幾何造型和編輯。協同設計完成之後,就可產生刀具路徑。在刀具路徑生成之後,後置處理生成的加工程序立即被發送到產品銷售區域的加工廠用於加工。這種工作形式潛在的利益在於減少了市場導入時間,在合適的地點可生產恰當的產品,並縮短了產品的裝運時間,提高了競爭力。從而消除了阻礙跨國企業運行的地理障礙。(2) 快速無圖紙設計/製造技術是指依靠數字化設計,並利用并行工作技術,即快速地進行系統安排、詳細設計、分析計算、工藝規劃。該技術預先在計算機中進行虛擬製造,設計採用單一資料庫,以三維的方式設計全部零件,並通過虛擬製造提高可靠性,使各部門可以共享所有設計模型,能儘早獲得相關技術、工藝的反饋信息,使設計更快、更合理。1994年,美國波音飛機公司製造雙發動機運輸機,採用了無圖紙設計/製造技術。2.2 常見CAD/CAM軟體常見的CAD/CAM軟體有:UnigraphicsNX,PRO/ENGINEER,Cimatron系統,MasterCAM,Solidworks。(1) Unigraphics NX是UGS公司的軟體,功能增多,性能比原先明顯提高。機械產品設計從上而下(不同於以前的從零件圖開始然後裝配的從下而上的設計),也可從裝配的約束關係開始,改變裝配圖中任一零件尺寸,所有關聯尺寸會自動作相應的修改。大大減少了設計修改中的失誤,思路更清晰,更符合機械產品的設計方法、習慣。(2) Pro/Engineer系統是美國參數技術公司(簡稱PTC)的產品。PTC公司倡導單一資料庫、參數化、基於特徵、全相關的設計概念。利用該概念開發出來的第三代機械CAD/CAE/CAM產品Pro/Engineer軟體能將設計至生產全過程集成到一起,讓所有的用戶能夠同時進行同一產品的設計製造工作,即實現所謂的并行工程。Pro/Engineer系統用戶界面簡潔,概念清晰,符合工程人員的設計思想與習慣。整個系統建立在統一的資料庫上,具有完整而統一的模型。(3) Cimatron系統是源於以色列為了設計噴氣式戰鬥機所開發出來的軟體。它集成了設計、製圖、分析與製造,是一套結合機械設計與NC加工的CAD/CAE/CAM軟體。(4) MasterCAM是由美國CNC Software公司開發的,是國內引進最早,使用最多的CAD/CAM軟體。CAM功能操作簡便、易學、實用,高校及技工學校CAD/CAM教學使用較多,作為CAD/CAM教學,是最合適的一個軟體。它包括2D繪圖、3D模型設計、NC加工等,在使用線框造型方面具有代表性。(5) Solidworks是生信國際有限公司推出的基於Windows平台的全參數化特徵造型軟體,它可以十分方便地實現複雜三維零件的實體造型、裝配和生成工程圖。圖形界面友好,用戶上手快。該軟體可以應用於以規則幾何形體為主的機械產品設計及生產準備工作中,而且價位適中。本課題採用的CAD/CAM軟體是Unigraphics NX(簡稱UG)。2.3 UG的介紹UG是美國EDS公司著名的3D產品開發軟體,由於其強大的功能,已逐漸成為當今世界最為流行的CAD/CAM/CAE軟體之一,廣泛應用與通用機械、模具、家電、汽車及航天等領域。UG軟體自從1990年進入中國以來,得到了越來越廣泛的應用,在諸多領域大展身手,現已成為我國工業界主要使用的大型CAD/CAM/CAE軟體。2.3.1UG功能及特點1. UG功能Unigraphics NX是UGS公司的軟體,功能增多,性能比原先明顯提高。機械產品設計從上而下(不同於以前的從零件圖開始然後裝配的從下而上的設計),也可從裝配的約束關係開始,改變裝配圖中任一零件尺寸,所有關聯尺寸會自動作相應的修改。大大減少了設計修改中的失誤,思路更清晰,更符合機械產品的設計方法、習慣。UG軟體除有以上的優越性能外,在以下幾個功能方面也很突出:(1) Unigraphics NX的Wave功能——自動推斷、優化設計更方便、高效,產品的概念化設計、草圖設計功能符合產品設計和零件外形設計方法:即從產品外形的美術設計開始,可以取出從不同角度設計的二維工藝造型圖的輪廓,再以這些輪廓曲線設計外形曲面,使造型更具有藝術美。(2) Unigraphics NX的CAM模塊相比其他CAM軟體,加工模式、進給方法、刀具種類、壓板的避讓等設定的選項更多、更豐富,所以功能更強。(3) Unigraphics NX的CAD數據交換功能更上了一個台階,在這之前各種CAD/CAM軟體之間雖然可以進行各種標準化格式的轉換(如DXF格式、IGES格式及STEP格式)。但轉換后特徵模型就丟失,這是因為各軟體特徵的數學模型有差異。轉換后的模型沒有特徵就難以再修改。而Unigraphics NX版本能重新恢復特徵,經過格式轉換的模型同樣可以修改。所以Unigraphics NX是CAD/CAM軟體中功能最豐富、性能最優越的軟體。UG軟體基於標準的IGES(Initial Graphic Exchange Specification)和STEP(Standard for the Transfer and Exchange of Product Model Date)產品,被公認為在數據交換方面處於世界領先地位。UG還提供了大量的直接轉換器(如CATIA、CADDS、SDRC、EMC和AUTOCAD),以確保同其他系統高效地進行數據交換。2. UG的特點利用UG,我們可以完成產品從概念設計、模型建立、模型性能分析與運動分析、加工路徑生成等整個產品的生產過程,實現真正意義上的無圖紙化生產。(1) 無縫集成的產品開發環境UG是一個集CAD、CAE、CAM與一體的集成化計算機輔助設計系統,可以完成從產品概念設計、外觀造型、詳細設計、圖紙生成、運動與受力受熱分析、零件數控加工程序的自動生成、設計與使用文檔的建立等全過程,甚至還可以對生產過程進行管理。整個系統採用統一的資料庫,使得各模塊能完全相關地共享零件和產品模型的數據,減少了同類型數據的重複,也為協同工作提供了基礎。(2) 基於裝配的產品設計技術從整體的產品概念出發開始產品的設計過程。從裝配出發,通過應用主模型方法、自頂向下的設計方法和上下文設計,可以從產品總體設計入手,漸漸詳細設計出每一個零件。小到家庭用品,大到複雜的機械,UG都可以為用戶提供產品級的解決方案。無論零件多麼複雜,UG都可以使用戶在整個產品設計環境中對零件進行設計和評估。(3) 全局的相關性同一模型文件中,各幾何對象之間保持完全的相關性。通過裝配建模和部件間的鏈接技術,可以利用各零件之間的相互參照,實現不同模型文件之間的相關性。通過應用主模型方法,可以使集成環境中各應用模塊之間保持完全的相關性。(4) 協同工作設計過程中,在Internet技術的支持下,可以多人異地協同工作,每人負責自己的設計任務。在各自的設計任務與訪問許可權下,統一產品的不同設計階段甚至加工階段可以同時進行,系統完成產品的自動更新。不同的設計人員和工程師都可以雜一同一時間對產品範圍內的不同零件、不同組件和不同子裝配進行工作。這就意味著某個設計人員在產品上的改動可以被所有的產品相關人員捕捉和獲得。(5) 基於知識的專家設計模塊為了進一步的提高設計質量與設計效率,UG利用知識驅動的方法,集合了設計專家的智慧,針對具有通用性的不同產品設計了多個智能化的模塊,並且還在逐步增加這些模塊。目前已經開發的智能模塊有:主要針對塑料模具設計的模具嚮導(Moldwizard)、主要針對齒輪傳動裝置設計的齒輪工程嚮導(Gear Engineering)、主要針對金屬衝壓模具的沖模工程嚮導(Die Engineering Wizard)等。同時,還提供了知識融合工具(Knowledge Fusion),提供知識驅動自動化的機制。利用這一工具,公司還可以快速和方便地建立一個自己產品的工程嚮導模塊。(6) 滿足客戶需要的開放式介面UG提供了方便而先進的用戶開發工具。利用Open UIStyle可以定義用戶自己的對話框;利用Open GRIP腳本設計語言,不需太多的學習,用戶就可以進行二次開發;利用Open API和Open++工具,用戶可以通過C++和Jave語言進行二次開發,而且支持面向對象程序設計的全部技術。UG還提供了豐富的數據交換手段,支持多種通用和流行的數據交換標準,使用戶可利用多種系統來設計產品。原來用其他系統設計的數據可以被UG所接受,UG的模型數據也可以方便地轉換成其他的文字格式。2.3.2UG的主要功能模塊 UG NX3 中的CAD模塊包括了實體建模、特徵建模、自由形狀建模、裝配建模和製圖等基本建模。 UG NX3 中的CAM模塊包括了CAM基礎、平面銑削、型芯型腔銑削、固定軸銑削、自動清根、變軸銑削、順序銑削、後置處理、車削加工和線切割等基本模塊。 UG NX3 除了以上模塊外,還有鈑金、UG/Open二次開發、管路、以及布線模塊。下面對UG集成環境中的幾個常用模塊及功能作一個簡單的介紹:(1) 實體建模(Solid Modeling)。實體建模模塊將基於約束的特徵建模和顯示幾何建模方式結合起來,可以建立圓柱體、立方體等實體,也可創建面、曲線等二維對象,並且能夠完成拉伸、旋轉以及布爾運算等操作。提供了草圖設計、各種曲線生成、編輯、布爾運算、掃掠實體、旋轉實體、沿導軌掃掠、尺寸驅動、定義、編輯變數及表達式、非參數化模型后參數化等工具。(2) 特徵建模(Feature Modeling)。特徵建模模塊完成基於約束的特徵建模,所建立的實體特徵可以參數化,其尺寸大小和位置可以進行編輯。UG特徵建模模塊提供了各種標準設計特徵的生成和編輯、各種孔、鍵槽、凹腔、方形、圓形、異形凸台、圓柱、方塊、圓錐、球體、管道、桿、倒圓、倒角、模型抽空產生薄壁實體、模型簡化、用於壓鑄模設計、實體線、面提取、用於砂型設計、拔錐、特徵編輯(如刪除、壓縮、複製、粘貼等)、特徵引用、陣列、特徵順序調整和特徵樹等工具。(3) 製圖(Drafting)。製圖模塊用於創建工程圖紙,提供了自動視圖布置、剖視圖、各向視圖、局部放大圖、局部剖視圖、自動、手動尺寸標註、形位公差、粗糙度符合標註、支持GB、標準漢字輸入、視圖手工編輯、裝配圖剖視、爆炸圖以及明細表自動生成等工具。圖紙可以由三維模型投影獲得,也可以直接繪製。(4) 平面銑削(Mill_planar)。平面銑削模塊包括多次走刀輪廓銑、仿行內腔銑和Z字形走刀銑削,規定避開夾具和進行內部移動的安全余量,提供型腔分層切削和凹腔低面小島加工功能,對邊界和毛料幾何形狀的定義,顯示未切削區域的邊界,提供一些操作機床輔助運動的指令,如冷卻、刀具補償和夾緊等。(5) 後置處理(Graphics postprocessor)。後置處理模塊將CAM軟體生成的刀路軌跡轉化為合適數控系統加工的NC程序。數控系統通過讀取刀位文件,根據機床運動結構及控制指令格式,進行坐標運動變化和指令格式轉換。通用後置處理程序在標準刀路軌跡以及通用CNC系統的運動配置及控制指令的基礎上進行處理。主要包括機床坐標運動變換、非線形運動誤差校驗、進給速度校驗、數控程序變換及數控程序輸出等方面的內容。結合第一章和第二章的介紹,我們可以看到所有的CAD/CAM軟體中,UG NX操作系統所支持的CAD/CAM軟體具有強大的建模和加工功能,能很好的實現各種複雜三維實體的造型構造。UG軟體所帶的後置處理程序支持多種數控機床,能夠廣泛的應用於零件加工,實用性很強。國內外已經有許多科研院所和廠家選擇了UG作為企業的CAD/CAM系統,在現代製造業中有著廣闊的發展前景。本次畢業設計所要設計和加工的是充電器模型,使用到的模塊有:實體建模、特徵建模、製圖、平面銑削、後置處理等。

 

第三章充電器模型測繪3.1 測繪方法當只有一個實物樣品或手板模型,沒有圖紙或CAD數據檔案時,我們可以通過以下兩種方法進行樣點獲取:一種是通過手工測繪,藉助簡單的測量工具對被測物進行數據採集,從而大致繪出實體外形進行加工;另一種是逆向工程技術,即由高速三維激光掃描機對已有的樣品或模型進行高速、準確地掃描,得到其三維輪廓數據,配合反求工程軟體進行曲面重構,並對重構的曲面進行在線精度分析、構造效果評價和再設計等,最終生成IGES或STL(在CAD/CAM中用於數據交換的文件格式)數據,據此就能進行數控(NC)加工或快速成型。由於條件有限,本課題採用手工測繪實體外形。3.2 測繪過程測繪中所需測量工具是直尺、三角尺、遊標卡尺。把充電器樣品分成五部分測繪:① 左視圖的樣品輪廓,圖3.1。② 俯視圖的弧邊輪廓,圖3.2。③ 俯視圖的方形孔尺寸,圖3.3④ 前視圖圖案輪廓,圖3.4。⑤ 后視圖孔的位置,圖3.5。 圖3.1 左視圖測繪圖其中各點尺寸為: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) 圖3.2 弧邊輪廓測繪圖 圖3.3 俯視圖的方形孔尺寸 圖3.4 前視圖圖案輪廓 圖3.5 后視圖孔的位置由於不是精確採集點的數據,需要運用UG軟體對充電器三維造型進行優化設計。

 

第四章基於UG的充電器CAD設計實體過程本章是按照上面一章測繪出的草圖,運用UG軟體對充電器三維造型進行優化設計。4.1實體建模過程利用拉伸實體、布爾運算、實體抽殼和實體倒圓角等功能繪製充電器支座模型,效果可參考圖4.1。 圖4.1 充電器支座模型和輪廓截麵線4.1.1畫出充電器三維造型的輪廓線1. 打開UG NX3,如圖4.2所示。新建一個文件,輸入的文件名cdq,選擇菜單命令[應用]/[建模],如圖4.3,進入建模界面,如圖4.4所示。 圖4.2 UG NX3 主界面 圖4.3 UG應用界面 圖4.4 建模界面 圖4.5 工作層設置界面2. 選擇,進入草圖YC-ZC平面,在草圖中畫出充電器模型的輪廓線。第一組曲線各點尺寸為: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) ,如圖4.6,保存在第一層,如圖4.5所示。 圖4.6 第一層輪廓曲線尺寸3. 關閉第一層,第二組曲線各點尺寸為:6(22,6.1) 7(36.6,31.3) 8(-24.2,31.3) 9(-24.2,16.24),保存在第二層,圖4.7所示。 圖4.7第二層輪廓曲線尺寸4. 關閉第二層,第三組曲線各點尺寸為: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),保存在第三層,圖4.8所示。 圖4.8第三層輪廓曲線尺寸5. 關閉第三層,在草圖XC-YC平面里繪製第四組曲線,各點尺寸為:C1(-24,-6.129) C2(24,-6.129),保存在第四層,圖4.9所示。 圖4.9第四層輪廓曲線尺寸4.1.2創建實體1. 退出草圖模式,打開1、4層,關閉第2、3層,如圖4.10所示。 圖4.10 輪廓曲線2. 選擇如圖4.11所示圓弧P1(與其連接的圖素會被選上),選擇拉伸,對稱距離為起始-30mm,結束30mm。確定后,結果如圖4.12所示。 圖4.11 “拉伸”菜單 圖4.12拉伸結果3. 同樣方法拉伸圖P2、P3,拉伸距離為起始0mm,結束30mm。確定后結果如圖4.13所示。選擇進行布爾並運算,圖4.14,把被拉伸的兩個幾何體合成一個整體。 圖4.13 拉伸實體 圖4.14布爾並運算菜單4. 打開第3層,選擇如圖4.15所示直線P4(與其連接的圖素會被選上),拉伸P4,拉伸距離為起始-50mm,結束50mm。結果如圖4.16。選擇布爾差運算,圖4.17,結果如圖4.18所示。 圖4.15 拉伸 圖4.16拉伸結果 圖4.17 布爾差運算 圖4.18布爾差運算結果5. 打開第二層,選擇如圖所示直線P5(與其連接的圖素會被選上)如圖4.19。拉伸P5,拉伸距離為起始-26mm,結束26mm。結果如圖4.20。選擇布爾差運算,結果如圖4.21所示。 圖4.19 對P5進行拉伸 圖4.20 拉伸結果 圖4.21對P5進行布爾差運算結果4.1.3前視圖造型設計1. 創建凸面。選擇基準平面,在曲面前創建一個面,圖4.22。雙擊這個面,進入草圖,在前視圖中按以下坐標繪製如圖4.23所示的曲線。C1(-29.393,-18.942) C2(29.393,-18.942 ) C3(0,-19.487) 。完成草圖,選擇凸墊,在前面的曲面上凸墊,凸墊高度為1mm,如圖4.24所示。 圖4.22 選擇基準平面 圖4.23 繪製凸墊曲線 圖4.24 完成凸墊曲面繪製2. 創建凹孔。再次雙擊創建凸面時所作的面,進入草圖,在前視圖中按以下坐標繪製如圖4.25所示的曲線。C1(-15,2.814) C2 (15,2.814)。完成草圖,選擇,以兩個圓為弧,各創建一個球體,和曲面相交,圖4.26。選擇,做布爾差運算,就可在曲面上留下兩個凹進去的圓孔,圖4.27。 圖4.25創建凹孔曲線 圖4.26凹孔實體 圖4.27凹孔布爾差運算4.1.4倒圓角 為方便機床加工,使圖形更加美觀,對充電器實體進行倒圓角。1. 選擇倒圓角,選擇如圖4.28所示實體邊P13、P14、P15、P15,在彈出的實體圓角參數設定對話框中,輸入倒圓角半徑為8。 圖4.28 選擇實體邊倒圓角半徑8mm2. 選擇如圖4.29所示實體邊P17,再選擇另外三條相對的實體邊,在彈出的實體圓角參數設定對話框中,輸入倒圓角半徑為4。選擇所示實體邊P18、P19,在彈出的實體圓角參數設定對話框中,輸入倒圓角半徑為1.5。選擇如圖4.29、4.30所示實體邊P20~P23,在彈出的實體圓角參數設定對話框中,輸入倒圓角半徑為4。 圖4.29 選擇實體邊倒圓角半徑4mm 圖4.30 垂直邊倒圓角半徑4mm3. 選擇如圖4.31所示實體邊P24、P25,在彈出的實體圓角參數設定對話框中,輸入倒圓角半徑為1。再選擇實體邊P26~P28,,在彈出的實體圓角參數設定對話框中,輸入倒圓角半徑為0.5。最後倒圓角得到圖4.32。 圖4.31 其餘部分倒園角 圖4.32 倒圓后實體4.1.5實體抽殼選擇,選擇底面這個實體面,在彈出的實體抽殼參數設定對話框中,輸入如圖4.33所示參數,單擊確定按鈕。結果如圖4.34所示。 圖4.33 實體抽殼菜單 圖4.34 實體抽殼結果4.1.6孔的設計1. 在前視圖中,從凹圓上取三點(最上面兩點,最下面一點)作一個平面,如圖4.35所示。雙擊這個平面進入草圖。在凹圓的中心畫兩個小圓,直徑為2,圖4.36。通過拉伸,布爾差,得到圖4.37。 圖4.35 設計結果1 圖4.36設計結果2 圖4.37 設計結果32. 在3D圖中繪製如下圖所示的兩個矩形。各點坐標為: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)。通過選擇P32、P33兩個矩形,再通過拉伸、布爾差,得到方形的孔,如圖4.38所示。 圖4.38 設計結果43. 尾部打孔。選擇,放置面選擇后平面,定位如圖4.39所示,孔的直徑為5,圓心水平距離為15,豎直距離為10。 圖4.39 孔設計的最終結果4.1.7平移坐標軸為了方便加工,需把坐標軸抬到實體造型上方。平移坐標軸,選擇WCS方向,沿Z軸移動27mm,如圖4.40所示。 圖4.40 Z軸平移結果4.2曲面分析三維造型設計出來后,需要對曲面質量進行分析評估,以確定曲面是否達到設計要求。對曲面進行了反射分析,即分析曲面的反射特性,可以知道曲面是否光滑過渡,如果沒有達到要求,曲面上的線條則會高低不平,沒有連續性,有時還會出現起皺現象。通過選擇菜單命令[分析]/[形狀]/[面]/[反射],如圖4.41,出現“面分析—反射”的對話框,圖4.42,選擇黑白線進行面分析,由圖4.43可以看出,線條過渡流暢,說明曲面是光順的,達到設計要求。 圖4.41 曲面分析選項卡 圖4.42 面分析窗圖4.43 分析結果由以上分析結果可以看出,曲面過渡連續光順,各點的數據可以採用。4.3 工程製圖進入UG的主界面即設計模塊,在主菜單上選擇[應用]/[製圖]菜單命令,即可進入製圖模塊。由於製圖模塊里建立的二維工程圖是投影三維實體模型得到的,所以,二維工程圖與三維視圖模型完全關聯,實體模型的尺寸、形狀或位置的任何改變都會引起二維工程圖的相應變化。製圖模塊提供了繪製工程圖、管理工程以及與技術相關的技術圖的整個過程和相關工具,因為從UG的主界面進入製圖模塊的這個過程是基於已創建的三維實體模型的。整個實體製圖過程如下:(1) 選擇菜單命令[應用]/[製圖],出現如圖4.44的對話框,選擇A4紙,第一象限角投影,其餘默認設置。按確定按鈕,出現一張空白圖紙。(2) 選擇工具欄中的“添加基本視圖”按鈕,出現圖出現的工具條,由於實體尺寸較小,所以圖的比例要選擇2:1。(3) 以主視圖為主,分別再選擇前視圖,后視圖,左視圖。(4) 選擇工具欄中的“添加基本視圖”按鈕,在圖4.45的視圖欄里選“正等測視圖”,作出充電器模型的正等測視圖,在剛才的四個視圖上注尺寸。如圖4.46所示。 圖4.44 圖紙選擇窗 圖4.45 正等測視圖選項 圖4.46 尺寸圖

 

第五章基於UG的充電器CAM設計過程第四章中我們介紹了充電器模型的三維零件圖的幾何造型,這為CAM部分提供了幾何造型,CAM就是通過該幾何造型,選擇合理的切削參數,優化刀具路徑生成加工程序。5.1工藝分析在CAM部分必須先考慮到加工方式,刀具及切削用量,切削路徑等工藝的選擇。1. 加工方式的選擇根據幾何圖形的不同、零件加工要求的不同,選用合理的加工方式。本課題加工是選用的是平面輪廓銑削。加工過程又分為粗加工、精加工。粗加工要求快速地切除零件的大部分余量,留給精加工一個比較均勻的余量,為精加工做好準備。精加工的主要目的是切削加工出符合零件圖紙要求或圖紙工序要求的輪廓形狀、尺寸精度(或留給后道工序一個合理的均勻的余量)。2. 進給路線的確定數控加工中進給路線對加工時間、加工精度和表面質量有直接的影響。對於曲面加工不論是精加工還是粗加工都有多種切削方式,針對不同的加工零件形狀,選擇一種進給路徑較短的方式。本課題採用的來回銑削,經CAM路徑模擬,這種方法路徑較短,若採用一個方向切削,則每次切削完一行都要抬刀進入下一行切削,這樣路徑肯定很長,不可取。此外還必須考慮殘餘量大小的一致性,如平行銑削方式,平行X軸方向走刀,垂直走刀路徑的曲面殘餘量小,平行走刀路徑的曲面殘餘量大,這種粗加工結果不符合精加工的要求。如改用一個角度方向走刀,雖然還有局部小地方殘餘量還比較大,但殘餘量大小的一致性就好地多。本課題採用的就是與X軸成300方向走刀,這樣充電器凹槽內壁就銑的比較好。曲面精銑時,使用平頭刀和球頭刀進給路徑相同,但使用平頭刀和球頭刀效果是不同的,凹槽內壁用球頭刀的效果比較好,而底面(平面)的銑削用平頭刀效果比較好。本課題在精銑的時候選用的就是直徑為6mm的球頭銑刀。3. 刀具和切削用量 (1) 刀具選擇選擇加工方式后,必須選擇合適切削刀具和合理切削用量,它會影響到加工時間的長短以及留給后道工序的余量合理性本課題在粗加工時選Φ8的平頭刀,精加工是選用Φ6的球頭刀。(2) 切削用量的選擇一般實際切削用量制定的通常方法是:a. 經驗估演算法憑工藝人員的實踐經驗估計切削用量。 b. 查表修正法確定切削用量時根據零件材料、刀具材料從手冊中查出切削速度和每轉進給量,以此計算出主軸轉速和進給速度,再結合實際情況進行適當修正。計算公式如下: 單位:r/min 單位:mm/min在此用查表法預算下參數。查表得鋁合金允許切削速度為180~300m/min,取=180m/min。粗加工=180m/min×70%=126m/min;Φ8平頭刀每齒切削量取=0.1mm/齒。精加工=0.1(mm/齒)/2=0.05mm/齒。考慮到機床剛性不是很好,乘以修正係數為0.6。選用Φ8平頭刀時: =(1000×126×0.6)/(3.14×8)≈3000r/min =2×0.1×3000=600mm/min選用Φ6球頭刀時: =(1000×180×0.6)/(3.14×8)≈5720r/min =2×0.05×5720=572mm/min5.2 CAM模擬加工過程1. 取出幾何模型幾何模型是進行數控編程的基礎,必須在進入加工模塊之前,先在建模環境中完成零件的幾何造型。本課題加工部分選擇的模型就是在UG中創建的充電器三維模型。在模擬刀具路徑時,需要使用毛坯來觀察零件的成形過程。因此,進入加工模塊前,應在建模環境中建立用於成形零件的毛坯。毛坯可以是圓柱體或塊體等材料,也可以通過拉伸或偏置零件的線與面來創建。本課題在充電器底部建立一個平面,作為毛坯的底面。這個平面的長寬都為90mm,如圖5.1所示。 圖5.1 充電器幾何造型2. 粗加工部分(1) 創建程序組程序組用於組織各加工操作和排列各操作在程序中的次序。合理地將個操作組成一個程序組,可在一次後置處理中按選擇程序組的順序輸出多個操作。在右邊的“操作導航器-程序次序”界面中,右擊NC_PROGRAM,在NC_PROGRAM里插入程序組, 選擇[插入]/[程序組],打開“創建程序組”對話框。系統彈出如圖5.2所示的創建程序對話框。確定后在NC_PROGRAM子目錄中出現PROGRAM程序名,如圖5.3所示。 圖5.2 創建程序對話框 圖5.3 PROGRAM 選項(2) 創建刀具組創建刀具組為銑削、車削和點位加工操作創建刀具或從刀具庫中選取刀具。在右邊的“操作導航器-程序次序”中右擊“PROGRAM”,選擇[插入]/[刀具]選項,如圖5.4所示。默認的刀具為MILL。確定后系統會彈出相應的對話框,用於刀具參數的具體定義,如圖5.5所示。考慮到所要加工的零件尺寸小,且表面形狀比較複雜。所以要選直徑較小的刀具,對於粗加工,選Φ8的平頭立銑刀。 圖5.4 刀具類型選擇 圖5.5刀具參數選擇(3) 創建幾何體創建幾何體在零件上定義要加工的幾何對象和指定零件在機床上的加工方位,包括定義加工坐標系、工件、邊界和切削區域等。重新設置加工坐標系MCS,選擇與工件坐標系重合。工件選擇所有幾何體,切削區域也選擇所有幾何體。(4) 創建方法創建方法為粗加工和精加工指定統一的加工公差、加工余量及進給量等參數。本課題粗加工創建方法中,父本組應為MILL_ROUGH,圖5.6,確定後會出現圖5.7所示的對話框,部件余量取0.5mm,其它默認。 圖5.6 創建方法選項 圖5.7 精加工參數選項(5) 創建操作創建操作是在指定程序組下用合適的刀具對已建立的幾何對象用合適的加工方法建立操作。在子類型中選擇CAVITY_MILL,並使用上面建立的程序,刀具等。使用方法選擇MILL_ROUGH,如圖5.8。 圖5.8 刀具選項卡 圖5.9 加工方法及參數選項卡確定后彈出CAVITY_MILL對話框,圖5.9。切削方式為Zig-Zag,步進恆定為2mm,每一刀的全局深度為2mm,主軸轉速3000r/min,進給速度600mm/min.(6) 生成刀路軌跡刀路軌跡是指一個或多個操作,或者包含操作的程序組,通過生成刀具路徑工具產生加工過程中刀具的運動軌跡。選擇刀路軌跡生成功能,生成出合理的刀路軌跡,如圖5.10所示。 圖5.10 刀路軌跡圖(7) 驗證刀路軌跡通過模擬、動態顯示切削過程,驗證刀具運動軌跡的合理性。選擇模擬驗證功能,會跳出一個可視化刀軌軌跡的對話框,圖5.11,干涉檢查前打鉤選中,這樣模擬完后如果有干涉存在的時候,會自動提醒。觀看3D動態效果,選擇播放,3D動態效果如圖5.12所示。播放完畢后,未發現干涉現象。 圖5.11 可視化刀軌軌跡的對話框 圖5.12 3D動態效果圖 驗證完刀路軌跡后,一定要點“確定”項 , 否則剛才設置的數據,都不會被保存了。確定后操作導航器中,PROGRAM下會出現如圖5.13所示的程序。 圖5.13 操作導航器(8) 後置處理後置處理是根據機床參數格式化刀具位置源文件並生成特定機床可以識別的NC程序的過程。1) 先點工具欄中“輸出CLSF”按鈕,出現對話框如圖5.14所示。可用格式選標準,部分程序如下:TOOL PATH/CAVITY_MILL,TOOL,MILLTLDATA/MILL,8.0000,0.0000,75.0000,0.0000,0.0000MSYS/0.0000,0.0000,27.0000,1.0000000,0.0000000,0.0000000,0.0000000,1.0000000,0.0000000$ centerline dataPAINT/PATHPAINT/SPEED,10PAINT/COLOR,186RAPIDGOTO/-48.1450,44.7040,2.0000,0.0000000,0.0000000,1.0000000……PAINT/COLOR,31GOTO/45.1494,-43.9438,-26.0000PAINT/SPEED,10PAINT/TOOL,NOMOREEND-OF-PATH2) 點“后處理”按鈕,如圖5.15所示,可用機床選擇3軸銑削,輸出單位選公制/部件,按確定,生成部分粗加工程序如下:%_N_12_MPF;$PATH=/_N_MPF_DIRN0030 T1 D1N0040 G54 G64 G0 G90 X-48.1449 Y44.7263 Z10 S3000 M03N0050 Z2.N0060 G1 Z.0769 F600……N0240 Z-24.75N0250 X-34.8118N0260 G00 Z50 M30% 圖5.14 CLSF格式選項圖5.15 后處理選項3. 精加工部分(1) 創建程序組。在右邊的“操作導航器-程序次序”界面中,右擊NC_PROGRAM,在NC_PROGRAM里插入程序組, 選擇[插入]/[程序組],打開“創建程序組”對話框。系統彈出如圖所示的創建程序對話框。確定后在NC_PROGRAM子目錄中出現PROGRAM1程序名,如圖5.16所示。 圖5.16 創建程序對話框(2) 創建刀具組。右擊“PROGRAM1”,在這個程序組下創建刀具。選擇[插入]/[刀具]選項,選擇輪廓銑削(mill_contour),插入一把刀具MILL_2。確定后,會出現一個設置刀具參數的對話框。改變(D)直徑與(R1)下半徑的參數。精加工選用的球頭銑刀的直徑為6mm,下半徑為3mm,對話框中其餘參數不變。(3) 創建幾何體。與粗加工步驟相同。(4) 創建方法。本課題精加工創建方法中,父本組應為MILL_FINISH,確定後會出現圖的對話框,預留余量取0mm,其它默認。(5) 創建操作。 圖5.17 創建操作選項卡子類型選擇COUTOUR_AREA,程序選擇PROGRAM_1,刀具選MILL_2,使用方法選擇MILL_FINISH,圖5.17。確定后,出現COUTOUR_AREA對話框,如圖5.18所示。 圖5.18 創建操作子選項卡 圖5.19 編輯參數選項卡選擇編輯參數,圖5.19,圖樣選平行線,切削類型選擇Zig_Zag,切削角選擇用戶定義,角度設為30,步進恆定且距離為0.5。(6) 生成刀路軌跡。選擇生成刀路軌跡,如圖5.20所示。確定后操作導航器中,PROGRAM1下會出現如圖5.21所示的程序。 圖5.20 刀路軌跡圖 圖5.21 操作導航器(7) 驗證刀路軌跡。步驟跟粗加工相似,選擇確定,跳出可視化刀軌軌跡的對話框,IPW干涉檢查前打鉤。選擇播放,觀看3D動態效果,如圖5.22所示。 圖5.22 3D動態效果(8) 後置處理1) 先點工具欄中“輸出CLSF”按鈕,部分程序如下:TOOL PATH/CONTOUR_AREA,TOOL,MILL_2TLDATA/MILL,6.0000,3.0000,75.0000,0.0000,0.0000MSYS/0.0000,0.0000,27.0000,1.0000000,0.0000000,0.0000000,0.0000000,1.0000000,0.0000000$ centerline dataPAINT/PATHPAINT/SPEED,10……GOTO/-45.9469,47.7926,2.0956PAINT/SPEED,10PAINT/TOOL,NOMOREEND-OF-PATH2) 再點“后處理”按鈕,部分精加工程序如下:%_N_13_MPF;$PATH=/_N_MPF_DIRN0030 T1N0040 G0 G54 G64 G90 X44.8041 Y-47.9451 Z10 S5500 M03N0050 Z2.0956N0060 G1Z-13.6797 F550N0070 G1 Z-29.4285……N9020 G1 Z-13.6797N9030 G0 Z20N9040 M30%4.平面銑削(1) CAD部分 在建模環境下作出充電器三維造型在底面上的投影。選擇底面,進入草圖,如圖5.23所示,選擇圖中最外圍的曲線。選擇,進行投影,把最外圍的曲線投影到底面上,圖5.24所示。 圖5.23 外圍曲線選擇 圖5.24 曲線投影選擇草圖完成後,隱藏充電器三維造型,底面上就會清晰的呈現出剛才投影的曲線,如圖5.25。 圖5.25 曲線投影圖(2) CAM部分1) 在加工模塊中,按同樣方法建立一個程序組PROGRAM2,類型選用mill_planar,如圖5.26所示。在NC_PROGRAM子程序中就會出現PROGRAM2,如圖5.27所示。 圖5.26 創建程序選項 圖5.27創建程序子選項2) 在PROGRAM2中插入刀具,使用精加工中選用Φ8的平頭刀。3) 插入操作,彈出創建操作的對話框,如圖5.28所示。子類型選用CLEANUP_CORNERS,使用刀具為MILL,使用方法選用MILL_FINISH。 圖5.28 創建操作對話框 圖5.29 CLEANUP_CORNERS對話框確定后出現CLEANUP_CORNERS對話框,如圖5.29。部件選擇投影線,底面選擇毛坯底面,切削方式選用輪廓,步進取刀具直徑的10%。4) 選擇生成刀具路徑,如圖5.30所示。選擇觀看3D效果圖,如圖5.31所示。確定后操作導航器中,PROGRAM2下會出現如圖5.32所示的程序。 圖5.30 刀具路徑 圖5.31 3D效果圖 圖5.32 后操作導航器5) 後置處理中,先選擇工具欄中“輸出CLSF”按鈕,部分程序如下:TOOL PATH/CLEANUP_CORNERS,TOOL,MILLTLDATA/MILL,8.0000,0.0000,75.0000,0.0000,0.0000MSYS/0.0000,0.0000,27.0000,1.0000000,0.0000000,0.0000000,0.0000000,1.0000000,0.0000000$ centerline dataPAINT/PATH……PAINT/SPEED,10PAINT/TOOL,NOMOREEND-OF-PATH再選擇“后處理”按鈕,部分加工程序如下:%_N_12_MPF;$PATH=/_N_MPF_DIRN0030 T1 D1N0035 M3 S5500N0040 G1 G90 G54 X-2.9896 Y48.58 F550……N0410 G1 X-29.9694 Y45.4607N0420 G2 X-29. Y45.58 I.9694 J-3.8807N0430 G1 X2.0104N0440 G0 Z50N0460 M30%

 

第六章充電器模型的數控加工 前幾章敘述了運用UG軟體的CAD/CAM功能對充電器模型進行設計和虛擬製造的過程,本章主要介紹了使用數控機床加工的操作方法。6.1 數控機床介紹6.1.1數控機床的選擇數控機床的種類很多,常用的有:加工中心、車削中心、數控銑床、數控車床、高速銑、數控磨床、線切割、電火花等。根據加工內容的不同要選擇不同的數控機床進行加工。選擇數控機床主要取決於零件加工的內容、零件的尺寸大小、精度的高低。具體要求為:① 數控機床的主要規格尺寸應與加工零件的外廓尺寸相適應,即小零件應選小機床,大零件應選大機床,做到設備合理選用。② 數控機床精度與工序要求的加工精度相適應。③ 數控機床的生產率與加工零件的生產類型相適應。單件小批生產選擇通用設備,大批大量生產選擇高效的專用設備。④ 數控機床選擇還應結合現場的實際情況。例如設備的類型、規格及精度狀況、設備負荷的平衡狀況及設備的分佈排列情況等。⑤ 就零件形狀和精度而言,一般精度的迴轉體選擇普通數控車床;精度要求高的、或迴轉體端面需銑槽(或鑽孔、局部非圓形狀)的迴轉體零件可選擇中、高檔的數控車床或車削中心;箱體類零件通常選擇卧式加工中心;一般零件的銑削加工選擇數控銑床;模具類零件或帶有曲面輪廓的零件通常選擇加工中心(使用CAD/CAM軟體產生加工程序);淬火模具或要求加工時間很短的零件可選擇高速銑;零件上孔特別多的可選擇數控鑽床進行加工。6.1.2裝備SIEMENS 802D系統的XKN7140數控銑床的介紹本課題是一般零件的銑削加工,選用的是裝備SIEMENS 802D系統的XKN7140數控銑床。下面介紹數控面板:(1) 機床控制面板介紹,圖6.1圖6.1機床外型及控制面板:增量選擇 :點動 :參考點:自動方式 : 單段 :手動數據輸入:主軸正轉 :主軸停 :主軸反轉:快速運行疊加 :複位 :數控停止:數控啟動 主軸速度修調 進給速度修調(2) 數控控制面板,如圖6.2圖6.2 控制面板鍵盤:加工操作區域鍵 :程序操作區域鍵 :參數操作區域鍵:程序管理操作區域鍵 :報警/系統操作區域 :未使用6.2 數控加工的工序設計工序設計時,所用機床不同,工序設計的要求也不一樣。對普通機床加工工序,有些細節問題可不必考慮,由操作者在加工過程中處理。對數控機床加工工序,針對數控機床高度自動化、自適應性差的特點,要充分考慮到加工過程中的每一個細節,工序設計必須十分嚴密。 工序設計的主要任務是為每一道工序選擇機床、夾具、刀具及量具,確定定位夾緊方案、刀具的進給路線、加工余量及其公差、切削用量等。6.2.1夾緊裝置的選擇加工過程中,為保證工件定位時確定的正確位置,防止工件在切削力、離心力、慣性力、重力等作用下產生位移和振動,須將工件夾緊。這種保證加工精度和安全生產的裝置,稱為夾緊裝置。對夾緊裝置的基本要求① 夾緊過程中,不改變工件定位后所佔據的正確位置。② 夾緊力的大小適當。既要保證工件在加工過程中其位置穩定不變、震動小,又要使工件不產生較大的夾緊變形。可用實驗室準備的套筒扳手作為夾緊裝置對工件的裝夾。③ 操作方便、省力、安全。本課題使用的毛坯為90×90×50長方體鋁合金,加工過程中使用的夾緊裝置是平口鉗。6.2.2刀具的選擇刀具材料的種類目前最常用的刀具材料有高速鋼和硬質合金。陶瓷材料和超硬刀具材料(金剛石和立方氮化硼)應用也越來越多,它們的硬度很高,具有優良的抗磨損性能,刀具耐用度高,能保證高的加工精度。對刀具性能的要求在刀具性能上,數控機床加工所用刀具應高於普通機床加工所用刀具。所以選擇數控機床加工刀具時,還應考慮以下幾個方面:① 切削性能好為適應刀具在粗加工,或加工難加工材料的工件時,能採用大的背吃刀量和高速進給,刀具必須具有能夠承受高速切削和強力切削的性能。② 精度高為適應數控加工的高精度和自動換刀等要求,刀具必須具有較高的精度。如有的整體式立銑刀的徑向尺寸精度高達0.005mm等。③ 耐用度高數控加工的刀具,不論在粗加工或精加工中,都應具有比普通機床加工所用刀具更高的耐用度,以盡量減少更換或修磨刀具及對刀的次數,從而提高數控機床的加工效率及保證加工質量。④ 斷屑及排屑性能好數控加工中,斷屑和排屑不像普通機床加工那樣,能及時由人工處理,切屑易纏繞在刀具和工件上,會損壞刀具和划傷工件已加工表面,甚至會發生傷人和設備事故,影響加工質量和機床的順利、安全運行,所以要求刀具應具有較好的斷屑和排屑性能。 本課題在加工中選用的是高速鋼材料立銑刀。粗加工時選用的是直徑8mm的平頭銑刀,精加工時選用的是直徑為6mm的球頭銑刀。6.2.3切削用量的選擇在選用粗加工切削用量時,應優先採用大的切削深度,其次考慮採用大的進給量,最後才選擇合理的切削速度。精加工時,實際切削用量制定的通常方法有兩種:①經驗估演算法;②查表修正法。本課題的切削用量選擇在虛擬製造中已討論。粗加工切削深度為2mm,主軸轉速為3000r/min,進給速度為600mm/min。精加工切削深度為0.5mm,主軸轉速為5500r/min,進給速度為550mm/min。6.3加工過程1. 開機回參考點SIEMENS 802D系統的機床通電以後,必須回參考點,建立機床坐標系。系統啟動以後進入“加工”操作區JOG運行方式。屏幕出現“回參考點”窗口。點下機床控制面板上的“回參考點”功能鍵,:表示坐標軸未回參考點,:表示坐標軸已經到達參考點。回零時為安全起見,一般先回Z方向,以防止刀具干涉或撞到機床尾座。回完參考點的界面如圖6.3。圖6.3 回完參考點界面2. 在JOG方式下對工件原點在毛坯上確定與CAM中設置的加工原點坐標一致的方向,並且要計算好,使得切削範圍在毛坯內。對完原點后,點下數控控制面板上的“參數操作區域鍵”,在G54中輸入界面上顯示的三軸坐標值(基本值一欄里值均為0)。3. DNC加工在計算機中用CAM生成出加工零件的刀具軌跡和數控加工程序,但要加工出零件必須把數控程序送到控制器中或用DNC功能直接由計算機控制機床進行加工。由於程序非常長,系統的內存有限,無法裝載程序用CNC來加工。這樣的一個外部程序可由RS232介面輸入控制系統,當按下“NC啟動”鍵后,立即執行該程序,且一邊傳送一邊執行加工程序,這種方法稱為DNC直接數控加工。 當緩衝存儲器中的內容被處理后,程序被自動再裝入。程序可以由外部計算機,如一台裝有PCIN數據傳送軟體的計算機執行該任務。 (1) 操作順序 前提:控制系統處於複位狀態。 有關RS232介面的參數設定要正確,而且此時該介面不可用於其他工作(如:數據輸入、數據輸出)。 外部程序開頭必須改成系統能接受的如下格式(輸入以下兩行內容不允許有空格): %_N_程序名_MPF ;$ PATH=/_N_MPF_DIR (2) DNC自動加工按“外部程序”鍵。 在外部計算機上使用PCIN,並在數據輸出欄接通程序輸出。此時程序被傳送到緩衝存儲器,並被自動選擇且顯示在程序選擇欄中。為有助於程序執行,最好等到緩衝存儲器裝滿為止。 用"NC啟動”鍵開始執行該程序,該程序被一段一段裝入系統進行加工,直至全部結束。 在DNC運行方式下,無論是程序運行結束還是按“複位”鍵,程序都自動從控制系統退出。 4. 最後加工出實體。第七章結論7.1總結Unigraphics軟體是美國EDS公司推出的集CAD/CAE/CAM為一體的三維設計平台,廣泛應用於航空、航天、汽車、造船、通用機械和電子等工業領域。本設計是採用CAD/CAM技術,運用UG軟體進行充電器模型外形設計及數控加工的研究。經過三個月的努力工作,完成了設計任務。相關工作總結如下:1. 主要工作及結論(1) 對充電器的模型測繪,我學到了測繪的方法,一種是逆向工程技術,另一種是通過手工測繪。本課題採用的是手工測繪。(2) 利用UG軟體,繪製出了充電器的三維造型、工程圖,能夠熟練運用CAD模塊進行造型設計。(3) 對充電器模型進行加工工藝分析,確定了工藝參數。(4) 用UG軟體完成充電器模型的虛擬製造,通過反覆選擇,確定了最佳刀具路徑,並生成數控加工程序。(5) 在數控銑床上實現充電器模型的數控加工,熟悉了數控機床的操作方法,如回參考點、對刀等,結果滿足設計要求。2. 存在的問題(1) 由於時間原因,對充電器模型的造型設計還不完善,設計出的充電器比較笨拙。如果設計得能像汽車車身的流線型一樣,效果會更好。(2) 由於採用的手工測繪,取樣點的誤差較大,影響了設計精度。條件允許的話,選用逆向工程技術,這樣精度會大大提高。(3) 為了縮短加工時間,選擇了較大的步距,加工出來的模型表面加工條紋看得很清楚,顯得很粗糙,影響了整體美觀。如果時間允許的話,應盡量調小步距,這樣加工出來的模型表面就很光滑。7.2感想參加這個項目拓寬了我的知識面,拓展了視野和思維。在設計過程中,首先由理論知識開始,在經過多番努力之後,進而把理論知識應用到實際操作中,即在實踐中檢驗理論。這既增強了我的學習能力,亦鍛煉了動手能力。總言之,受益匪淺。致 謝本設計是在==的精心指導和悉心關懷下完成的,在我的學業和設計工作中無不傾注著導師辛勤的汗水和心血。導師的嚴謹治學態度、淵博的知識、無私的奉獻精神使我深受的啟迪。從尊敬的導師身上,我不僅學到了紮實、寬廣的專業知識,也學到了做人的道理。在此我要向我的導師致以最衷心的感謝和深深的敬意。我也要感謝我的父母和親人,他們在我的學業中給了我莫大的鼓勵、關愛和支持。最後,向所有關心和幫助過我的領導、老師、同學和朋友表示由衷的謝意!衷心地感謝在百忙之中評閱我的論文和參加答辯的各位老師!參考文獻1. 潘春榮,羅慶生.基於UG軟體CAD/CAD功能的應用研究[J].機械設計與製造,2002年第6期,2002.10.2. 張雲傑等著 . UGNX3機械設計[M] .中國林業出版社,2006.10.3. 黃榮編譯 . Unigraphics NX新增功能[M] .清華大學出版社,2006.4. 袁鋒著 . UG機械設計工程範例[M] . 2005.8.5. 繆德建主編 . CAD/CAM實用教程[M] .東南大學出版社,2002.6. 李艷聰著 . 螺旋槳三維設計技術研究[M] .1997.7. 黃陽,代明.基於UG的機械零件三維參數化設計技術研究[J].機電產品開發與創新,2006年第5期,2006.5.8. 張榮清編 . 模具設計與製造 [M]. 1999.9. 李雲程編 . 模具製造工藝學[M] .機械工業出版社,2003.4.10. 徐嘉元編 . 機械加工工藝基礎 [M].機械工業出版社,1996.10.11. 華茂發編 . 數控機床加工工藝[M].機械工業出版社,2004.12. Lee R S ,Chuang L C ,丫u T T ,Wu M T. Development of an as2 sessment system for sheet metal forming[ C] . Proceedings of the International Confierence on Precision Engineering , Singapore , 1995 :515-518.附錄A:程序1. 部分精加工程序:%_N_12_MPF;$PATH=/_N_MPF_DIRN0030 T1 D1N0040 G54 G64 G0 G90 X-48.1449 Y44.7263 Z10 S3000 M03N0050 Z2.N0060 G1 Z.0769 F600N0070 G1 Z-2.9231N0080 X-45.1448N0090 X45.1448N0100 G1 X45.1499 Y43.8648N0110 Y43.8639N0120 Y42.7608N0130 X31.1609N0140 G2 X33.6234 Y40.7953 I-2.0433 J-5.0853……N0160 Y39.6045N0170 X-35.0351N0180 X-35.0346 Y40.7857N0190 G2 X-34.9387 Y41.588 I6.036 J-.3151N0200 G1 X-45.1463N0210 X-45.1397 Y43.0937N0220 X-45.146 Y43.5715N0230 X-34.1868N0240 Z-24.75N0250 X-34.8118N0260 G00 Z50 M30%2. 部分精加工程序:%_N_13_MPF;$PATH=/_N_MPF_DIRN0030 T1N0040 G0 G54 G64 G90 X44.8041 Y-47.9451 Z10 S5500 M03N0050 Z2.0956N0060 G1Z-13.6797 F550N0070 G1 Z-29.4285N0080 X44.9818 Y-47.8425 Z-29.0406N0140 X46.9368 Y-46.7138 Z-28.4795N0150 X47.2922 Y-46.5086 Z-28.7876N0160 X47.4699 Y-46.406 Z-29.0394N0170 X47.6477 Y-46.3033 Z-29.4604N0180 X47.8866 Y-45.5888 Z-29.4334N0190 X47.6305 Y-45.7366 Z-28.7599N0200 X47.3744 Y-45.8844 Z-28.3938……N8930 X-47.2922 Y46.5086 Z-28.7876N8940 X-46.9368 Y46.7138 Z-28.4795N8950 X-46.5813 Y46.919 Z-28.3217N8960 X-46.2259 Y47.1242 Z-28.2723N8970 X-45.8705 Y47.3294 Z-28.3219N8980 X-45.515 Y47.5346 Z-28.48N8990 X-45.1596 Y47.7399 Z-28.7885N9000 X-44.9818 Y47.8425 Z-29.0406N9010 X-44.8041 Y47.9451 Z-29.4285N9020 G1 Z-13.6797N9030 G0 Z20N9040 M30%3. 部分平面銑程序:%_N_12_MPF;$PATH=/_N_MPF_DIRN0030 T1 D1N0035 M3 S5500N0040 G1 G90 G54 X-2.9896 Y48.58 F550N0050 Z30N0060 G1 Z0N0070 Y45.58N0080 X-.4896N0090 X29.N0100 G2 X29.9694 Y45.4607 I0.0 J-4.……N0330 G1 Y-21.1586N0340 G2 Y8.7746 I10. J14.9666N0350 G1 Y40.5747N0360 G2 X-33.8828 Y41.5359 I4. J0.0N0370 G1 X-33.7765 Y41.9651N0380 G2 X-33.0953 Y43.4018 I3.8828 J-.9613N0390 G1 X-32.7701 Y43.836N0400 G2 X-30.538 Y45.3187 I3.2015 J-2.398N0410 G1 X-29.9694 Y45.4607N0420 G2 X-29. Y45.58 I.9694 J-3.8807N0430 G1 X2.0104N0440 G0 Z50N0460 M30%

 


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