基于UG NX軟件的CADCAM-典型零件的造型與數(shù)控模擬加工【說明書+CAD+UG】
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蘇州市職業(yè)大學
畢 業(yè) 設 計 說 明 書
畢業(yè)設計題目 基于UG NX軟件的CAD/CAM
——典型零件的造型與數(shù)控模擬加工
系 機電工程系
專業(yè)班級 數(shù)控
姓 名
學 號
指導教師
2012 年 12 月 5 日
摘 要
數(shù)控技術是技術性極強的工作,尤其在模具領域應用最為廣泛,所以這要求從業(yè)人員具有很高的機械加工工藝知識,數(shù)控編程知識和數(shù)控操作技能。本文主要通過對復雜零件的數(shù)控工藝分析與加工,綜合所學的專業(yè)知識,全面考慮可能影響銑削的因素,設計其加工工藝和編輯程序,完成要求。
關鍵詞: 銑削、CAD/CAM、UG、數(shù)控加工
目 錄
摘 要 II
目 錄 III
第1章 緒論 1
1.1選題背景 1
1.2選題意義 2
1.3 論文結構 2
第2章 零件的三維造型 3
2.1 UG軟件介紹 3
2.2 結構形狀分析與造型思路 4
2.2.1零件結構形狀分析 4
2.2.2 造型思路 5
2.3 三維造型設計 5
第3章 數(shù)控模擬加工準備工藝編制 11
3.1 CAM編程的一般步驟 11
3.2工藝方案分析 11
3.3 工藝文件編制 12
3.3.1 工序卡片 12
3.3.2 刀具卡片 12
第4章 零件的UG數(shù)控加工編程 13
4.1 初始參數(shù)設定 13
4.2 創(chuàng)建刀具 13
4.3 創(chuàng)建粗加工操作 14
4.4 創(chuàng)建半精加工操作 16
4.5 創(chuàng)建清根加工操作 18
結論 33
參考文獻 34
致 謝 35
第1章 緒論
1.1選題背景
數(shù)控(Numerical Control 簡稱:NC)技術是指用數(shù)字、文字和符號組成的數(shù)字指令來實現(xiàn)一臺或多臺機械設備動作控制的技術。
數(shù)控技術是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術,數(shù)控裝備是以數(shù)控技術為代表的新技術對傳統(tǒng)制造產業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產品,即所謂的數(shù)字化裝備,其技術范圍覆蓋很多領域:(1)機械制造技術;(2)信息處理、加工、傳輸技術;(3)自動控制技術;(4)伺服驅動技術;(5)傳感器技術;(6)軟件技術等
數(shù)控技術的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化,使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征,而且隨著數(shù)控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大,對國計民生的一些重要行業(yè)國防、汽車等的發(fā)展起著越來越重要的作用,這些行業(yè)裝備數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢,如:橋式三、五坐標高速數(shù)控龍門銑床、龍門移動式五座標AC擺角數(shù)控龍門銑床、龍門移動式三座標數(shù)控龍門銑床等。
1.高速化發(fā)展新趨勢
隨著數(shù)控系統(tǒng)核心處理器性能的進步,目前高速加工中心進給速度最高可達80m/min,空運行速度可達100m/min左右。目前世界上許多汽車廠,包括我國的上海通用汽車公司,已經采用以高速加工中心組成的生產線部分替代組合機床。美國CINCINNATI公司的HyperMach機床進給速度最大達60m/min,快速為100m/min,加速度達2g,主軸轉速已達60000r/min。加工一薄壁飛機零件,只用30min,而同樣的零件在一般高速銑床加工需3小時,在普通銑床加工需8小時。
由于機構各組件分工的專業(yè)化,在專業(yè)主軸廠的開發(fā)下,主軸高速化日益普及。過去只用于汽車工業(yè)高速化的機種(每分鐘1.5萬轉以上的機種),現(xiàn)在已成為必備的機械產品要件。
2、精密化加工發(fā)展新趨勢
隨著伺服控制技術和傳感器技術的進步,在數(shù)控系統(tǒng)的控制下,機床可以執(zhí)行亞微米級的精確運動。在加工精度方面,近10年來,普通級數(shù)控機床的加工精度已由10μm提高到5μm,精密級加工中心則從3~5μm,提高到1~1.5μm,并且超精密加工精度已開始進入納米級(0.01μm)。
3.開放化發(fā)展新趨勢
由于計算機硬件的標準化和模塊化,以及軟件模塊化,開放化技術的日益成熟,數(shù)控技術開始進入開放化的階段。開放式數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應性、擴展性。美國、歐共體和日本等國紛紛實施戰(zhàn)略發(fā)展計劃,并進行開放式體系結構數(shù)控系統(tǒng)規(guī)范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定,世界3個最大的經濟體在短期內進行了幾乎相同的科學計劃和技術規(guī)范的制定,預示了數(shù)控技術的一個新的變革時期的來臨。我國在2000年也開始進行中國的ONC數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)范框架的研究和制定。
4.復合化發(fā)展新趨勢
隨著產品外觀曲線的復雜化致使模具加工技術必須不斷升級,對數(shù)控系統(tǒng)提出了新的需求。機床五軸加工、六軸加工已日益普及,機床加工的復合化已是不可避免的發(fā)展趨勢。新日本工機的5面加工機床采用復合主軸頭,可實現(xiàn)4個垂直平面的加工和任意角度的加工,使得5面加工和5軸加工可在同一臺機床上實現(xiàn),還可實現(xiàn)傾斜面和倒錐孔的加工。德國DMG公司展出DMUVoution系列加工中心,可在一次裝夾下5面加工和5軸聯(lián)動加工,可由CNC系統(tǒng)控制或CAD/CAM直接或間接控制。
1.2選題意義
在學習了《數(shù)控加工工藝與裝備》《機械制造基礎》《UG數(shù)控編程》《CAD/CAM應用技術》《數(shù)控機床及編程》等課程后,為了將所學的知識應用于實際中,加深對知識的掌握程度,提升自身的實際工作能力,故選取《基于UG的撥叉凹模的數(shù)控銑削加工》的課題,綜合所學知識,解決出現(xiàn)的問題,完成設計。
本課題主要內容是數(shù)控銑削加工,包括了零件圖的審查、工藝的設計、刀具和機床夾具的選擇、切削用量的選擇、UG的建模與編程、后處理等,通過一系列的作業(yè)操作,完成對零件的加工任務。通過此次課題,可以學習到很多加工和工藝方面的知識,為以后工作打下基礎。
1.3 論文結構
第1章為緒論,介紹選題背景及意義。
第2章為零件的三維造型,利于UG建立零件模型。
第3章為零件的數(shù)控加工編程,利于UG對零件編程、加工以及后處理。
35
第2章 零件的三維造型
2.1 UG軟件介紹
UG(Unigraphics NX)是EDS公司出品的一個產品工程解決方案,它為用戶的產品設計及加工過程提供了數(shù)字化造型和驗證手段。Unigraphics NX針對用戶的虛擬產品設計和工藝設計的需求,提供了經過實踐驗證的解決方案。
來自UGS PLM的NX使企業(yè)能夠通過新一代數(shù)字化產品開放系統(tǒng)實現(xiàn)向產品全生命周期管理轉型的目標。NX包含了企業(yè)中應用最廣泛的集成應用套件,用于產品設計、工程和制造全范圍的開發(fā)過程。
如今制造業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)是,通過產品開發(fā)的技術創(chuàng)新,在持續(xù)的成本縮減以及收入和利潤的逐漸增加的要求之間取得平衡。為了真正地支持革新,必須評審更多的可選設計方案,而且在開發(fā)過程中必須根據(jù)以往經驗中所獲得的知識更早地做出關鍵性的決策。
NX是UGS PLM新一代數(shù)字化產品開發(fā)系統(tǒng),它可以通過過程變更來驅動產品革新。NX獨特之處是其知識管理基礎,它使得工程專業(yè)人員能夠推動革新以創(chuàng)造出更大的利潤。NX可以管理生產和系統(tǒng)性能知識,根據(jù)已知準則來確認每一設計決策。
NX建立在為客戶提供無與倫比的解決方案的成功經驗基礎之上,這些解決方案可以全面地改善設計過程的效率,削減成本,并縮短進入市場的時間。通過再一次將注意力集中于跨越整個產品生命周期的技術創(chuàng)新,NX的成功已經得到了充分的證實。這些目標使得NX通過無可匹敵的全范圍產品檢驗應用和過程自動化工具,把產品制造早期的從概念到生產的過程都集成到一個實現(xiàn)數(shù)字化管理和協(xié)同的框架中。
工業(yè)設計和風格造型
NX為那些培養(yǎng)創(chuàng)造性的產品技術革新的工業(yè)設計和風格提供了強有力的解決方案。利用NX建模,工業(yè)設計師能夠迅速地建立和改進復雜的產品形狀,并且使用先進的渲染和可視化工具來最大限度地滿足設計概念的審美要求。
產品設計
NX包括了世界上最強大、最廣泛的產品設計應用模塊。NX具有高性能的機械設計和制圖功能,為制造設計提供了高性能和靈活性,以滿足客戶設計任何復雜產品的需要。NX優(yōu)于通用的設計工具,具有專業(yè)的管路和線路設計系統(tǒng)、鈑金模塊、專用塑料設計模塊和其他行業(yè)設計所需的專業(yè)應用程序。
仿真、確認和優(yōu)化
NX允許制造商以數(shù)字化的方式仿真、確認和優(yōu)化產品及其開發(fā)過程。通過在開發(fā)周期中較早地運用數(shù)字化仿真性能,制造商可以改善產品質量,同時減少或消除對于物理樣機的昂貴耗時的設計、構建,以及對變更周期的依賴。
開發(fā)環(huán)境
NX產品開發(fā)解決方案完全支持制造商所需的各種工具,可用于管理過程并與擴展的企業(yè)共享產品信息。NX與UGS PLM的其他解決方案的完整套件無縫結合。這些對于CAD、CAM和CAE在可控環(huán)境下的協(xié)同,產品數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)轉換、數(shù)字化實體模型和可視化都是一個補充。
2.2 結構形狀分析與造型思路
2.2.1零件結構形狀分析
圖2-2所示為零件圖,該零件有腔體,臺階,沉頭孔,凸臺。
圖2-2零件的結構圖
2.2.2 造型思路
首先創(chuàng)建
(1)畫一個130 X 80 X 12的長方體;
(2)以長方體的面為參照草繪,形成70X45X13凸臺;
(3)三角凸臺的構建畫出草圖并進行拉伸
(4)繪制草圖拉伸中間凸起部分,然后進行求差切除;
(5)鉆各個凸臺上的孔;
(6)倒圓角
2.3 三維造型設計
一 以model1.prt為名新建文件
打開軟件Unigraphics NX ,點擊新建圖標,在文件名空白中輸入model1,單位選擇毫米,點擊OK鍵即可建立以model1.prt 為名的新文件,如圖2-1。
圖2-3
點擊圖標,出現(xiàn)下拉菜單后點擊圖標,
接下來就可以開始三維造型過程了
1、繪制130 X 80 X 12的長方體
點擊圖標,出現(xiàn)下拉菜單后點擊,再點擊圖標
,按圖紙要求繪制如圖2-4所示。
圖2-4
2 以長方體的面為參照草繪,形成70X45X13凸臺
繪制時需進行坐標系的移動。點擊圖標,出現(xiàn)下拉菜單后點擊,再點擊圖標。點擊出現(xiàn)點的構造器,修改坐標后,按圖紙要求繪制。如圖2-5所示。
圖2-5
3.三角凸臺的構建畫出草圖并進行拉伸
4.繪制草圖拉伸中間凸起部分,然后進行求差切除;
5、鉆各個凸臺上的孔;
圖2-8
6、按圖要求倒圓角
圖2-10
第3章 數(shù)控模擬加工準備工藝編制
3.1 CAM編程的一般步驟
零件模型
↓
加工模塊
↓
指定加工環(huán)境
↓
分析/生成輔助幾何
↓
生成/修改“父”組
↓ ↓ ↓ ↓
程序次序 加工刀具 幾何體 加工方法
↓
生成/修改操作
↓
產生刀具路徑
↓
校核
↓
后處理
表3-1 CAM編程的一般步驟
3.2工藝方案分析
此工件從圖樣中可以看出零件的粗糙度值要求比較高零件的裝夾采用平口鉗裝夾。在工件安裝時,要注意工件安裝,要放在鉗口中間部位。安裝臺虎鉗時要對它的固定鉗口找正,工件被加工部分要高出鉗口,避免刀具與鉗口發(fā)生干涉。安裝工件時,要注意工件上浮。
3.3 工藝文件編制
3.3.1 工序卡片
單位
產品名稱或代號
零件名稱
零件圖號
名稱
/
1
工序號
程序編號
夾具名稱
使用設備
車間
/
/
平口虎鉗
KVC650加工中心
/
工步號
工步內容
刀具號
刀具規(guī)格
主軸轉速
進給速度
背吃刀量
備注
mm
r/min
mm/min
mm
1
2側銑開粗
T01
D20
800
200
3
/
2
型腔銑半精銑
T02
D10
1590
300
1
/
3
等高銑半精銑
T04
D10R0.5
1590
300
0.5
/
5
清根加工
T03
D10R5
2230
400
0.1
/
編制
審核
批準
共1頁
第1頁
3.3.2 刀具卡片
產品名稱或代號
/
零件名稱
零件圖號
1
序號
刀具號
刀具規(guī)格名稱
直徑
長度
刀具材料
加工部位
備注
1
T01
D20端面銑刀
20
166
硬質合金
/
/
2
T02
D10端面銑刀
10
150
硬質合金
/
/
3
T04
D10R0.5圓鼻刀
10
125
硬質合金
/
/
4
T03
D10R5球頭銑刀
10
130
硬質合金
/
/
編制
審核
批準
共1頁
第1頁
第4章 零件的UG數(shù)控加工編程
4.1 初始參數(shù)設定
1.準備毛坯:通過普通銑床機加工,將毛坯加工為方塊。
2.CNC加工:按照“粗→半精→精-清根加工”的一般順序進行加工。
3.進入加工模塊,初始化加工環(huán)境,選擇“mill_contour”進入加工環(huán)境。
4.選擇“加工導航器”中的“幾何視圖”在左側“操作導航器”欄選擇坐標系設置“MCS_MILL”,指定坐標系原點為工件正中央,在間隙設置里指定安全平面,選擇工件上表面,設定偏置為15。如圖所示:
4.選擇“WORKPIECE”打開,指定部件為加工幾何體,指定毛坯為毛坯幾何體,指定材料為CARBON STEEL,單擊顯示圖標。如圖所示:
4.2 創(chuàng)建刀具
1.在插入工具條中點創(chuàng)建刀具按鈕,在刀具類型中選擇第一個立銑刀圖標,輸入刀具名稱“D20”,在銑刀參數(shù)中選擇“5-參數(shù)”,直徑設置為20mm,長度設置為166mm,刀刃長度設置為100mm,刀刃數(shù)為2,刀具號設置為1。如圖所示:
同理,創(chuàng)建其余刀具:分別是D10、D10R0.5、D10R5。
D10刀具參數(shù):直徑10mm,長度150mm,刀刃長度100mm,刀刃數(shù)3,刀具號為2
D10R0.5刀具參數(shù):直徑10mm,長度125mm,刀刃長度55mm,刀刃數(shù)2,刀具號為3
D10R5刀具參數(shù):直徑10mm,長度130mm,刀刃長度11mm,刀刃數(shù)2,刀具號為4
4.3 創(chuàng)建粗加工操作
在加工導航器中切換到“加工方法視圖”,在操作導航器中選擇MILL_ROUGH,右鍵彈出菜單,選擇插入→操作,在類型中選擇mill_contour,在操作子類型中選擇第一個型腔銑CAVITY_MILL,程序設置PROGRAM,刀具設置D20,幾何體設置WORKPIECE,方法MILL_ROUGH,確定進入型腔銑對話框。
在刀軌設置里切削模式選擇“跟隨周邊”,步距恒定,距離為5mm,全局每刀深度3mm。如圖所示:
編程基本參數(shù)表
參 數(shù)
參 數(shù) 值
參 數(shù)
參 數(shù) 值
刀具材料
硬質合金
進給速度
200
刀具類型
端面銑刀
主軸轉速
800
刀具刃數(shù)
2
公 差
0.03
刀具直徑
20
切削步距
5
刀具半徑
10
切削深度
3
圓角半徑
/
加工余量
側壁
1
快進速度
5000
底面
0
打開“切削參數(shù)”按鈕,在“策略”選項卡里選擇“切削方向”為順銑,“切削順序”為深度優(yōu)先,“圖樣方向”向內;在“余量”選項卡里設置部件側面余量1mm,部件底部面余量0,內外公差為0.03mm;在“連接”選項卡中設置區(qū)域排序為優(yōu)化,勾選區(qū)域連接;其余參數(shù)默認設置。如圖所示:
打開“非切削移動”按鈕,在進刀選項卡封閉區(qū)域中設置進刀類型為螺旋,直徑為刀具直徑的90%,傾斜角度15°;在開放區(qū)域中設置進刀類型為線性,長度為50%。
在傳遞/快速選項卡中設置安全設置為平面,指定平面為工件上表面偏置15mm傳遞類型為間隙。其余設置為默認設置,如圖所示:
在進給和速度選項里,設置主軸轉速為800,切削為200,其余參數(shù)如圖:
點擊生成按鈕,生成刀軌,如圖所示:
4.4 創(chuàng)建半精加工操作
在加工導航器中切換到“加工方法視圖”,在操作導航器中選擇MILL_SEMI_FINISH,右鍵彈出菜單,選擇插入→操作,在類型中選擇mill_contour,在操作子類型中選擇第一個型腔銑CAVITY_MILL,程序設置PROGRAM,刀具設置D10,幾何體設置WORKPIECE,方法MILL_SEMI_FINISH,確定進入型腔銑對話框。
在刀軌設置里切削模式選擇“配置文件”,步距為刀具直徑的50%,全局每刀深度1mm。
編程基本參數(shù)表
參 數(shù)
參 數(shù) 值
參 數(shù)
參 數(shù) 值
刀具材料
硬質合金
進給速度
300
刀具類型
端面銑刀
主軸轉速
1590
刀具刃數(shù)
2
公 差
0.03
刀具直徑
10
切削步距
刀具直徑50%
刀具半徑
5
切削深度
3
圓角半徑
/
加工余量
側壁
0.25
快進速度
5000
底面
0.25
打開“切削參數(shù)”按鈕,在“策略”選項卡里選擇“切削方向”為順銑,“切削順序”為層優(yōu)先;在“余量”選項卡里設置部件側面余量0.25mm,部件底部面余量0.25,內外公差為0.03mm;在“連接”選項卡中設置區(qū)域排序為優(yōu)化,勾選區(qū)域連接,“開放刀路”為保持切削方向;其余參數(shù)默認設置。
打開“非切削移動”按鈕,在進刀選項卡封閉區(qū)域中設置進刀類型為螺旋,直徑為刀具直徑的90%,傾斜角度15°;在開放區(qū)域中設置進刀類型為線性,長度為50%。
在傳遞/快速選項卡中設置安全設置為平面,指定平面為工件上表面偏置15mm傳遞類型為間隙。其余設置為默認設置
在進給和速度選項里,設置主軸轉速為1590,切削為300。
點擊生成按鈕,生成刀軌,如圖所示:
4.5 創(chuàng)建清根加工操作
在加工導航器中切換到“加工方法視圖”,在操作導航器中選擇MILL _FINISH,右鍵彈出菜單,選擇插入→操作,在類型中選擇mill_contour,在操作子類型中選擇FLOWCUT_SINGLE,程序設置PROGRAM,刀具設置D10R5和D10,方法MILL _FINISH,確定進入清根對話框。
編程基本參數(shù)表
參 數(shù)
參 數(shù) 值
參 數(shù)
參 數(shù) 值
刀具材料
硬質合金
進給速度
400
刀具類型
端面銑刀
主軸轉速
2230
刀具刃數(shù)
2
公 差
0.01
刀具直徑
10
步距
/
刀具半徑
5
切削深度
0.1
圓角半徑
/
加工余量
側壁
0
快進速度
5000
底面
0
在“驅動設置”里切削模式為“往復”
打開“切削參數(shù)”按鈕,在“余量”選項卡里設置部件側面余量0,部件底部面余量0,內外公差為0.01mm;在“安全設置”選項卡中設置過切時退刀,檢查安全距離3mm,在“更多”選項卡中設置最大步長為30%刀具直徑,其余參數(shù)默認設置。
打開“非切削移動”按鈕,在“進刀”選項卡開放區(qū)域中設置進刀類型為“圓弧-與刀軸平行,半徑為刀具直徑的50%,圓弧角度90°;在”根據(jù)部件/檢查”中設置進刀類型為線性,長度為刀具直徑80%,旋轉角度180°,傾斜角度為45°。
在傳遞/快速選項卡中設置區(qū)域距離為刀具直徑200%,安全設置為平面,指定平面為工件上表面偏置15mm傳遞類型為間隙。其余設置為默認設置
在進給和速度選項里,設置主軸轉速為2230,切削為400。
點擊生成按鈕,生成刀軌,如圖所示:
最后在PROGRAM上右鍵彈出菜單,選擇“后處理”選項,彈出后處理器,在其中選擇后處理文件。
這里選擇已經編輯設置好的FANUC 0I MC系統(tǒng)后處理文件,如下圖所示的“FANUC_0M”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:
%
N0010 G40 G17 G90 G70
N0020 G91 G28 Z0.0
:0030 T00 M06
N0040 G0 G90 X2.5285 Y1.5882 S0 M03
N0050 G43 Z1.9685 H00
N0060 Z1.6929
N0070 G3 X2.5285 Y1.5882 Z1.4543 I-.1411 J-.0134 K.038 F9.8
N0080 X2.2457 Y1.5748 Z1.3386 I-.1411 J-.0134 K.038
N0090 G1 X2.8407 Y1.5747 M08
N0100 Y1.5748
N0110 X2.2457 Y1.5749
N0120 G0 X2.167
N0130 Z1.4567
N0140 Z1.9685
N0150 X2.3638 Y1.5748
N0160 Z1.4567
N0170 G1 Z1.3386
N0180 X2.2457
N0190 Y1.4173
N0200 X2.8407
N0210 G0 X2.9981 Y1.4172
N0220 Z1.4567
N0230 Z1.9685
N0240 X2.3638 Y1.4173
N0250 Z1.4567
N0260 G1 Z1.3386
N0270 X2.2457
N0280 Y1.2598
N0290 X2.8407
N0300 G0 X2.9981
N0310 Z1.4567
N0320 Z1.9685
N0330 X2.3638
N0340 Z1.4567
N0350 G1 Z1.3386
N0360 X2.2457
N0370 Y1.1023
N0380 X2.8407
N0390 G0 X2.9981
N0400 Z1.4567
N0410 Z1.9685
N0420 X2.3638
N0430 Z1.4567
N0440 G1 Z1.3386
N0450 X2.2457
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N2%
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N3000 Z1.4567
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N3110 G0 X2.2503
N3120 Z1.4567
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NX軟件的CADCAM-典型零件的造型與數(shù)控模擬加工【說明書+CAD+UG】
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