儿童玩具模型设计及数控加工-基于ug【三维UG】[CAD高清图纸和文档]
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XX大学毕 业 设 计 说 明 书毕业设计题目 儿童玩具模型设计及数控加工系 专业班级 姓 名 学 号 指导教师 2014 年 月 日摘 要数控技术是技术性极强的工作,尤其在模具领域应用最为广泛,所以这要求从业人员具有很高的机械加工工艺知识,数控编程知识和数控操作技能。本文主要通过对复杂零件的数控工艺分析与加工,综合所学的专业知识,全面考虑可能影响铣削的因素,设计其加工工艺和编辑程序,完成要求。关键词: 铣削、CAD/CAM、UG、数控加工目 录摘 要II目 录III第1章 绪论11.1选题背景11.2选题意义21.3 论文结构2第2章 零件的三维造型32.1 UG软件介绍32.2 结构形状分析与造型思路42.2.1零件结构形状分析42.2.2 造型思路42.3 三维造型设计52.4 UG装配12第3章 数控模拟加工准备工艺编制123.1 CAM编程的一般步骤123.2工艺方案分析133.3 工艺文件编制133.3.1 工序卡片133.3.2 刀具卡片14第4章 零件的UG数控加工编程144.1 初始参数设定144.2 创建刀具154.3 创建粗加工操作164.4 创建半精加工操作184.5 创建清根加工操作19结论34参考文献35致 谢36第1章 绪论1.1选题背景数控(Numerical Control 简称:NC)技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术,数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品,即所谓的数字化装备,其技术范围覆盖很多领域:(1)机械制造技术;(2)信息处理、加工、传输技术;(3)自动控制技术;(4)伺服驱动技术;(5)传感器技术;(6)软件技术等数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化,使制造业成为工业化的象征,而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,对国计民生的一些重要行业国防、汽车等的发展起着越来越重要的作用,这些行业装备数字化已是现代发展的大趋势,如:桥式三、五坐标高速数控龙门铣床、龙门移动式五座标AC摆角数控龙门铣床、龙门移动式三座标数控龙门铣床等。 1.高速化发展新趋势随着数控系统核心处理器性能的进步,目前高速加工中心进给速度最高可达80m/min,空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽车厂,包括我国的上海通用汽车公司,已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达60m/min,快速为100m/min,加速度达2g,主轴转速已达60000r/min。加工一薄壁飞机零件,只用30min,而同样的零件在一般高速铣床加工需3小时,在普通铣床加工需8小时。 由于机构各组件分工的专业化,在专业主轴厂的开发下,主轴高速化日益普及。过去只用于汽车工业高速化的机种(每分钟万转以上的机种),现在已成为必备的机械产品要件。 2、精密化加工发展新趋势随着伺服控制技术和传感器技术的进步,在数控系统的控制下,机床可以执行亚微米级的精确运动。在加工精度方面,近10年来,普通级数控机床的加工精度已由10m提高到5m,精密级加工中心则从35m,提高到11.5m,并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01m)。 3.开放化发展新趋势由于计算机硬件的标准化和模块化,以及软件模块化,开放化技术的日益成熟,数控技术开始进入开放化的阶段。开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性。美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划,并进行开放式体系结构数控系统规范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定,世界3个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和技术规范的制定,预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在2000年也开始进行中国的ONC数控系统的规范框架的研究和制定。 4.复合化发展新趋势随着产品外观曲线的复杂化致使模具加工技术必须不断升级,对数控系统提出了新的需求。机床五轴加工、六轴加工已日益普及,机床加工的复合化已是不可避免的发展趋势。新日本工机的5面加工机床采用复合主轴头,可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工,使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现,还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国DMG公司展出DMUVoution系列加工中心,可在一次装夹下5面加工和5轴联动加工,可由CNC系统控制或CAD/CAM直接或间接控制。1.2选题意义在学习了数控加工工艺与装备机械制造基础UG数控编程CAD/CAM应用技术数控机床及编程等课程后,为了将所学的知识应用于实际中,加深对知识的掌握程度,提升自身的实际工作能力,故选取基于UG的拨叉凹模的数控铣削加工的课题,综合所学知识,解决出现的问题,完成设计。本课题主要内容是数控铣削加工,包括了零件图的审查、工艺的设计、刀具和机床夹具的选择、切削用量的选择、UG的建模与编程、后处理等,通过一系列的作业操作,完成对零件的加工任务。通过此次课题,可以学习到很多加工和工艺方面的知识,为以后工作打下基础。1.3 论文结构第1章为绪论,介绍选题背景及意义。第2章为零件的三维造型,利于UG建立零件模型。第3章为零件的数控加工编程,利于UG对零件编程、加工以及后处理。36第2章 零件的三维造型2.1 UG软件介绍UG(Unigraphics NX)是EDS公司出品的一个产品工程解决方案,它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。Unigraphics NX针对用户的虚拟产品设计和工艺设计的需求,提供了经过实践验证的解决方案。来自UGS PLM的NX使企业能够通过新一代数字化产品开放系统实现向产品全生命周期管理转型的目标。NX包含了企业中应用最广泛的集成应用套件,用于产品设计、工程和制造全范围的开发过程。如今制造业所面临的挑战是,通过产品开发的技术创新,在持续的成本缩减以及收入和利润的逐渐增加的要求之间取得平衡。为了真正地支持革新,必须评审更多的可选设计方案,而且在开发过程中必须根据以往经验中所获得的知识更早地做出关键性的决策。NX是UGS PLM新一代数字化产品开发系统,它可以通过过程变更来驱动产品革新。NX独特之处是其知识管理基础,它使得工程专业人员能够推动革新以创造出更大的利润。NX可以管理生产和系统性能知识,根据已知准则来确认每一设计决策。NX建立在为客户提供无与伦比的解决方案的成功经验基础之上,这些解决方案可以全面地改善设计过程的效率,削减成本,并缩短进入市场的时间。通过再一次将注意力集中于跨越整个产品生命周期的技术创新,NX的成功已经得到了充分的证实。这些目标使得NX通过无可匹敌的全范围产品检验应用和过程自动化工具,把产品制造早期的从概念到生产的过程都集成到一个实现数字化管理和协同的框架中。工业设计和风格造型NX为那些培养创造性的产品技术革新的工业设计和风格提供了强有力的解决方案。利用NX建模,工业设计师能够迅速地建立和改进复杂的产品形状,并且使用先进的渲染和可视化工具来最大限度地满足设计概念的审美要求。产品设计NX包括了世界上最强大、最广泛的产品设计应用模块。NX具有高性能的机械设计和制图功能,为制造设计提供了高性能和灵活性,以满足客户设计任何复杂产品的需要。NX优于通用的设计工具,具有专业的管路和线路设计系统、钣金模块、专用塑料设计模块和其他行业设计所需的专业应用程序。仿真、确认和优化NX允许制造商以数字化的方式仿真、确认和优化产品及其开发过程。通过在开发周期中较早地运用数字化仿真性能,制造商可以改善产品质量,同时减少或消除对于物理样机的昂贵耗时的设计、构建,以及对变更周期的依赖。开发环境NX产品开发解决方案完全支持制造商所需的各种工具,可用于管理过程并与扩展的企业共享产品信息。NX与UGS PLM的其他解决方案的完整套件无缝结合。这些对于CAD、CAM和CAE在可控环境下的协同,产品数据管理、数据转换、数字化实体模型和可视化都是一个补充。2.2 结构形状分析与造型思路2.2.1零件结构形状分析图2-2所示为零件图,该零件有腔体,台阶,沉头孔,凸台。 图2-2零件的结构图2.2.2 造型思路首先创建(1)画一个长方体;(2)以长方体的面为参照草绘,形成凸台;(3)三角凸台的构建画出草图并进行拉伸(4)绘制草图拉伸中间凸起部分,然后进行求差切除;(5)钻各个凸台上的孔;(6)倒圆角2.3 三维造型设计 一 以model1.prt为名新建文件打开软件Unigraphics NX ,点击新建图标,在文件名空白中输入model1,单位选择毫米,点击OK键即可建立以model1.prt 为名的新文件,如图2-1。图2-3点击图标,出现下拉菜单后点击图标,接下来就可以开始三维造型过程了1、绘制长方体 点击图标,出现下拉菜单后点击,再点击图标,按图纸要求绘制如图2-4所示。图2-42 以长方体的面为参照草绘,形成7凸台绘制时需进行坐标系的移动。点击图标,出现下拉菜单后点击,再点击图标。点击出现点的构造器,修改坐标后,按图纸要求绘制。如图2-5所示。图2-53三角凸台的构建画出草图并进行拉伸4绘制草图拉伸中间凸起部分,然后进行求差切除;5、拉伸图上的凹槽;图2-86、按图要求倒圆角图2-10其他零件按照类似的方法操作,具体如下:2.4 UG装配在菜单区选择“装配(A)”-“组件(C)”-“添加组件(A).”或单击“装配”工具栏中的图标,打开如图所示的“添加组件”对话框。(1)选择部件:在屏幕中选择要装配的部件文件。(2)“已加载的部件”列表框:在该列表框中显示已打开的部件文件,若要添加的部件文件已存在于该列表框中,可以直接选择该部件文件。(3)打开:单击该按钮,打开如图所示的“部件名”对话框,在该对话框中选择第3章 数控模拟加工准备工艺编制3.1 CAM编程的一般步骤零件模型加工模块指定加工环境分析/生成辅助几何生成/修改“父”组程序次序 加工刀具 几何体 加工方法生成/修改操作产生刀具路径校核后处理表3-1 CAM编程的一般步骤3.2工艺方案分析此工件从图样中可以看出零件的粗糙度值要求比较高零件的装夹采用平口钳装夹。在工件安装时,要注意工件安装,要放在钳口中间部位。安装台虎钳时要对它的固定钳口找正,工件被加工部分要高出钳口,避免刀具与钳口发生干涉。安装工件时,要注意工件上浮。3.3 工艺文件编制3.3.1 工序卡片单位产品名称或代号零件名称零件图号名称/1工序号程序编号夹具名称使用设备车间/平口虎钳KVC650加工中心/工步号工步内容刀具号刀具规格主轴转速进给速度背吃刀量备注mmr/minmm/minmm12侧铣开粗T01D208002003/2型腔铣半精铣T02D1015903001/3等高铣半精铣T04D10R0.515903000.5/5清根加工T03D10R522304000.1/编制审核批准共1页第1页3.3.2 刀具卡片产品名称或代号/零件名称零件图号1序号刀具号刀具规格名称直径长度刀具材料加工部位备注1T01D20端面铣刀20166硬质合金/2T02D10端面铣刀10150硬质合金/3T04D10R0.5圆鼻刀10125硬质合金/4T03D10R5球头铣刀10130硬质合金/编制审核批准共1页第1页第4章 零件的UG数控加工编程4.1 初始参数设定1.准备毛坯:通过普通铣床机加工,将毛坯加工为方块。2.CNC加工:按照“粗半精精-清根加工”的一般顺序进行加工。3.进入加工模块,初始化加工环境,选择“mill_contour”进入加工环境。4.选择“加工导航器”中的“几何视图”在左侧“操作导航器”栏选择坐标系设置“MCS_MILL”,指定坐标系原点为工件正中央,在间隙设置里指定安全平面,选择工件上表面,设定偏置为15。如图所示:4.选择“WORKPIECE”打开,指定部件为加工几何体,指定毛坯为毛坯几何体,指定材料为CARBON STEEL,单击显示图标。如图所示: 4.2 创建刀具1.在插入工具条中点创建刀具按钮,在刀具类型中选择第一个立铣刀图标,输入刀具名称“D20”,在铣刀参数中选择“5-参数”,直径设置为20mm,长度设置为166mm,刀刃长度设置为100mm,刀刃数为2,刀具号设置为1。如图所示: 同理,创建其余刀具:分别是D10、D10R0.5、D10R5。D10刀具参数:直径10mm,长度150mm,刀刃长度100mm,刀刃数3,刀具号为2D10R0.5刀具参数:直径10mm,长度125mm,刀刃长度55mm,刀刃数2,刀具号为3D10R5刀具参数:直径10mm,长度130mm,刀刃长度11mm,刀刃数2,刀具号为44.3 创建粗加工操作在加工导航器中切换到“加工方法视图”,在操作导航器中选择MILL_ROUGH,右键弹出菜单,选择插入操作,在类型中选择mill_contour,在操作子类型中选择第一个型腔铣CAVITY_MILL,程序设置PROGRAM,刀具设置D20,几何体设置WORKPIECE,方法MILL_ROUGH,确定进入型腔铣对话框。在刀轨设置里切削模式选择“跟随周边”,步距恒定,距离为5mm,全局每刀深度3mm。如图所示: 编程基本参数表参 数参 数 值参 数参 数 值刀具材料硬质合金进给速度200刀具类型端面铣刀主轴转速800刀具刃数2公 差0.03刀具直径20切削步距5刀具半径10切削深度3圆角半径/加工余量侧壁1快进速度5000底面0打开“切削参数”按钮,在“策略”选项卡里选择“切削方向”为顺铣,“切削顺序”为深度优先,“图样方向”向内;在“余量”选项卡里设置部件侧面余量1mm,部件底部面余量0,内外公差为0.03mm;在“连接”选项卡中设置区域排序为优化,勾选区域连接;其余参数默认设置。如图所示: 打开“非切削移动”按钮,在进刀选项卡封闭区域中设置进刀类型为螺旋,直径为刀具直径的90%,倾斜角度15;在开放区域中设置进刀类型为线性,长度为50%。在传递/快速选项卡中设置安全设置为平面,指定平面为工件上表面偏置15mm传递类型为间隙。其余设置为默认设置,如图所示: 在进给和速度选项里,设置主轴转速为800,切削为200,其余参数如图:点击生成按钮,生成刀轨,如图所示: 4.4 创建半精加工操作在加工导航器中切换到“加工方法视图”,在操作导航器中选择MILL_SEMI_FINISH,右键弹出菜单,选择插入操作,在类型中选择mill_contour,在操作子类型中选择第一个型腔铣CAVITY_MILL,程序设置PROGRAM,刀具设置D10,几何体设置WORKPIECE,方法MILL_SEMI_FINISH,确定进入型腔铣对话框。在刀轨设置里切削模式选择“配置文件”,步距为刀具直径的50%,全局每刀深度1mm。 编程基本参数表参 数参 数 值参 数参 数 值刀具材料硬质合金进给速度300刀具类型端面铣刀主轴转速1590刀具刃数2公 差0.03刀具直径10切削步距刀具直径50%刀具半径5切削深度3圆角半径/加工余量侧壁0.25快进速度5000底面0.25打开“切削参数”按钮,在“策略”选项卡里选择“切削方向”为顺铣,“切削顺序”为层优先;在“余量”选项卡里设置部件侧面余量0.25mm,部件底部面余量0.25,内外公差为0.03mm;在“连接”选项卡中设置区域排序为优化,勾选区域连接,“开放刀路”为保持切削方向;其余参数默认设置。打开“非切削移动”按钮,在进刀选项卡封闭区域中设置进刀类型为螺旋,直径为刀具直径的90%,倾斜角度15;在开放区域中设置进刀类型为线性,长度为50%。在传递/快速选项卡中设置安全设置为平面,指定平面为工件上表面偏置15mm传递类型为间隙。其余设置为默认设置在进给和速度选项里,设置主轴转速为1590,切削为300。点击生成按钮,生成刀轨,如图所示: 4.5 创建清根加工操作在加工导航器中切换到“加工方法视图”,在操作导航器中选择MILL _FINISH,右键弹出菜单,选择插入操作,在类型中选择mill_contour,在操作子类型中选择FLOWCUT_SINGLE,程序设置PROGRAM,刀具设置D10R5和D10,方法MILL _FINISH,确定进入清根对话框。编程基本参数表参 数参 数 值参 数参 数 值刀具材料硬质合金进给速度400刀具类型端面铣刀主轴转速2230刀具刃数2公 差0.01刀具直径10步距/刀具半径5切削深度0.1圆角半径/加工余量侧壁0快进速度5000底面0在“驱动设置”里切削模式为“往复”打开“切削参数”按钮,在“余量”选项卡里设置部件侧面余量0,部件底部面余量0,内外公差为0.01mm;在“安全设置”选项卡中设置过切时退刀,检查安全距离3mm,在“更多”选项卡中设置最大步长为30%刀具直径,其余参数默认设置。打开“非切削移动”按钮,在“进刀”选项卡开放区域中设置进刀类型为“圆弧-与刀轴平行,半径为刀具直径的50%,圆弧角度90;在”根据部件/检查”中设置进刀类型为线性,长度为刀具直径80%,旋转角度180,倾斜角度为45。在传递/快速选项卡中设置区域距离为刀具直径200%,安全设置为平面,指定平面为工件上表面偏置15mm传递类型为间隙。其余设置为默认设置在进给和速度选项里,设置主轴转速为2230,切削为400。点击生成按钮,生成刀轨,如图所示:最后在PROGRAM上右键弹出菜单,选择“后处理”选项,弹出后处理器,在其中选择后处理文件。这里选择已经编辑设置好的FANUC 0I MC系统后处理文件,如下图所示的“FANUC_0M”文件,指定存放位置,确认输出,生成G代码,至此,加工完成。如图:%N0010 G40 G17 G90 G70N0020 G91 G28 Z0.0:0030 T00 M06N0040 G0 G90 X2.5285 Y1.5882 S0 M03N0050 G43 Z1.9685 H00N0060 Z1.6929N0070 G3 X2.5285 Y1.5882 Z1.4543 I-.1411 J-.0134 K.038 F9.8N0080 X2.2457 Y1.5748 Z1.3386 I-.1411 J-.0134 K.038N0090 G1 X2.8407 Y1.5747 M08N0100 Y1.5748N0110 X2.2457 Y1.5749N0120 G0 X2.167N0130 Z1.4567N0140 Z1.9685N0150 X2.3638 Y1.5748N0160 Z1.4567N0170 G1 Z1.3386N0180 X2.2457N0190 Y1.4173N0200 X2.8407N0210 G0 X2.9981 Y1.4172N0220 Z1.4567N0230 Z1.9685N0240 X2.3638 Y1.4173N0250 Z1.4567N0260 G1 Z1.3386N0270 X2.2457N0280 Y1.2598N0290 X2.8407N0300 G0 X2.9981N0310 Z1.4567N0320 Z1.9685N0330 X2.3638N0340 Z1.4567N0350 G1 Z1.3386N0360 X2.2457N0370 Y1.1023N0380 X2.8407N0390 G0 X2.9981N0400 Z1.4567N0410 Z1.9685N0420 X2.3638N0430 Z1.4567N0440 G1 Z1.3386N0450 X2.2457N0460 Y.9449N0470 X2.248N0480 X2.8386N0490 X2.8407N0500 G0 X2.9981 Y.9438N0510 Z1.4567N0520 Z1.9685N0530 X2.3638 Y.9449N0540 Z1.4567N0550 G1 Z1.3386N0560 X2.248N0570 X2.2457N0580 Y.7886N0590 G3 X2.246 Y.7874 I.0023 J0.0N0600 G1 X2.248N0610 X2.8386N0620 X2.8407N0630 G0 X2.9982 Y.7853N0640 X3.0643 Y.8496N0650 Z1.4567N0660 Z1.9685N0670 X2.9981 Y1.7323N0680 Z1.4567N0690 G1 Z1.3386N0700 X2.8407N0710 X2.2457 Y1.7324N0720 G0 X2.167N0730 Z1.4567N0740 Z1.9685N0750 X2.9981 Y1.8898N0760 Z1.4567N0770 G1 Z1.3386N0780 X2.8407N0790 X2.2457N0800 G0 X2.167N0810 Z1.4567N0820 Z1.9685N0830 X2.9981 Y2.0473N0840 Z1.4567N0850 G1 Z1.3386N0860 X2.8407N0870 X2.2457N0880 G0 X2.167N0890 Z1.4567N0900 Z1.9685N0910 X2.9981 Y2.2057N0920 Z1.4567N0930 G1 Z1.3386N0940 X2.8407 Y2.2047N0950 X2.8386N0960 X2.248N0970 X2.2457N0980 G0 X2.167 Y2.2053N0990 Z1.4567N1000 Z1.9685N1010 X3.0641 Y2.2998N1020 Z1.4567N1030 G1 Z1.3386N1040 X2.9981 Y2.3642N1050 X2.8406 Y2.3622N1060 X2.8386N1070 X2.248N1080 X2.2458N1090 G0 X2.0883 Y2.3644N1100 Z1.4567N1110 Z1.9685N1120 X.0434 Y-.1598N1130 Z1.4567N1140 G1 Z1.3386N1150 Y-.0023N1160 X.0433 Y.0415N1170 G0 Y.1202N1180 X-.1389 Y.118N1190 Z1.4567N1200 Z1.9685N1210 X.2008 Y-.1599N1220 Z1.4567N1230 G1 Z1.3386N1240 Y-.0024N1250 Y.0415N1260 G0 Y.1202N1270 Y-.1599N1280 Z1.4567N1290 Z1.9685N1300 X.3583N1310 Z1.4567N1320 G1 Z1.3386N1330 Y-.0024N1340 Y.0415N1350 G0 Y.1202N1360 Y-.1599N1370 Z1.4567N1380 Z1.9685N1390 X.5158N1400 Z1.4567N1410 G1 Z1.3386N1420 Y-.0024N1430 Y.0415N1440 G0 Y.1202N1450 Y-.1599N1460 Z1.4567N1470 Z1.9685N1480 X.6733N1490 Z1.4567N1500 G1 Z1.3386N1510 Y-.0024N1520 Y.0415N1530 G0 Y.1202N1540 Y-.1599N1550 Z1.4567N1560 Z1.9685N1570 X.8308N1580 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