轮廓类零件的设计与加工研究

1、 第 36 页 共 37 页 轮廓类零件的设计与加工研究本设计是独立自主完成并顺利通过答辩，只可用于学习交流，不可用于商业活动。另外：有需要电子档的同学可以加我3103064563，我存有该设计的全部电子档，旨在互相帮助，共同进步，共同探讨新的研究方案，维护社会主义文明，建设社会主义和谐社会。轮廓类零件的设计与加工研究作者：00000 指导老师：0000( 工学院 机械设计制造及其自动化 )摘要：基于UG NX 8.0 软件的轮廓类零件的三维设计与仿真加工研究，此篇论文探讨了在UG NX 8.0软件的加工模块和建模模块下的轮廓类零件的三维辅助设计与三维辅助加工制造。主要是在UG NX 8.0软

2、件的建模模块下进行轮廓类零件的三维设计，加工模块下进行轮廓类零件的数控仿真加工。 数控仿真加工与后处理后得到该轮廓类零件的数控加工编码，在经过修改后可以直接输入数控机床进行该轮廓类零件的数控加工。节约编码时间，提高效率。而且，软件的数控仿真加工可以提前发现在实际数控加工过程中可能出现的问题，并且可以及时解决。关键字： 轮廓 UG NX 8.0 建模与数控加工 刀路轨迹 后处理1 引言 在数控加工技术尚未普及应用之前，复杂的轮廓类零件，需要通过各种复杂的工序加工获得，就需要花费大量的时间，而且零件的各项要求很难达到我们的预期效果。因此，当数控技术普及应用后，复杂的零件的加工的方法是数控机床上的数

3、控编程仿真加工。因此此篇文章是利用UG NX 8.0软件的建模模块与加工模块仿真轮廓类零件数控加工的全过程，并将经过后处理得到的数控加工编码，在经过修改后可以直接输入数控机床进行该轮廓类零件的数控加工。1.2 本文研究的主要内容 本文主要应用UG NX 8.0三维软件下对轮廓类零件的三维设计与仿真加工研究，重点应用了建模模块与加工模块的研究。通过UG NX 8.0软件中加工模块加工方法的不同对轮廓类零件的每个部分进行仿真加工，然后将该轮廓类零件的数控代码通过后处理然后直接输出，即可完成自动编程代码的全过程。具体的步骤分为：1.轮廓类零件的三维设计和建模 2.轮廓类零件工艺分析和工艺规划 3.轮

4、廓类零件的仿真模拟加工 4.仿真加工的后处理。2 轮廓零件的三维建模 2.1 零件的设计 由于需要满足这次研究的部分特点，选择其中的面板凸模模型为对象。图2-1所示。经过布尔求和与求差运算后得到该面板凸模的轮廓模型（本次仿真加工的加工对象）。 图2-1 轮廓模型2.2 基于UG NX 8.0的建模 该零件主要是拉伸体、曲面体、槽等构成。在UG NX 8.0的建模模块下进行该轮廓类零件的三维模型设计，如图2-1中所示。本文的要点是讲述数控仿真加工的仿真过程，所以本文不对三维辅助建模做太复杂的的介绍与研究。 1. 如图2-2所示。 打开UG NX 8.0软件，单击其中的 新建模型确定等 命令按钮，

5、进入其中的三维辅助建模模块。 2. 该轮廓类零件的主要外形主要是由其中的布尔运算命令和拉伸命令完成。如图2-3 所示。 3. 对于曲面可以利用修剪体与布尔运算等命令完成。 4. 需要对一些边倒圆角。 5. 该轮廓类零件的模型历史记录可在图2-4 中查看。图 2-2 UG NX 8.0建模模块视图 图2-3 草图和拉伸命令图2-4 零件草图模型历史记录 图2-5 轮廓建模过程图2-6轮廓零件三维图3 零件的工艺分析 在UG NX 8.0 的 加工模块中，需要完成以下7个步骤来进行对该轮廓类零件的仿真加工：1. 选择零件需要的加工方式；2.选择零件需要的加工刀具；3.选择零件需要的切削模式：4.

6、选择零件需要的切削参数：5. 选择零件需要的非切削参数： 6. 选择零件需要的进给用量和进给速率；7.选择零件需要的其他辅助参数如安全平面等。 在UG NX 8.0软件的加工模块中，可以参考下表3-1选择该轮廓类零件需要的加工刀具和方式。其中有跟随周边、跟随部件、与配置文件三种方式的切削方式可以选择应用，具体的切削方式选择可根据零件的具体加工方式选择。可以根据我查阅的部分资料内容选择其他参数，如切屑参数和非切削参数与进给用量以及进给速率等。如果出现异常情况可以根据零件的具体情况进行选择。 表3-1可用到的UG NX 8.0加工方式序号加工方式适用类型图标常用刀具备注1型腔铣加工整个零件轮廓的粗

7、加工圆角刀粗加工2表面铣加工阶梯平面轮廓的精加工平底刀平面的精加工3面铣加工平面区域的粗加工、精加工平底刀平面的加工4固定轴面铣平缓区域的精加工圆角刀曲面的精加工5等高轮廓铣加工陡峭区域的精加工圆角刀曲面的精加工6多轴曲面铣曲面的精加工球头刀曲面的精加工7清根清根圆角刀清根图3-1 零件图 如图3-1零件图所示 该轮廓模型尺寸为400*200*70mm。在零件的左右两侧分别具有两个槽，在零件的顶部具有直径不一的曲面。该轮廓类零件的表面质量都可以在数控机床的仿真加工模式下得到满足。 经分析，由于零件的原因，零件需要多次走刀。因此，根该据零件的相关尺寸设定了具体的工序步骤与加工刀具、加工方式、进给

8、用量以及进给速率参数、切削参数等。 图3-2 轮廓零件三维图3.1 轮廓整体的粗加工 由表3-1得知，该零件表面的大量毛坯需要采用型腔铣操作来清除。采用D18R2的圆角刀进行型腔的加工其余量为1.0mm。由于该零件的特征要求，以及刀具直径的太大的限制，零件的毛坯没有被完全清除，所以要采用D10R1的圆角刀对该零件进行型腔铣削二次粗加工。而且其余量为0.25mm.图3-3所示为二次粗加工后的零件。 图3-3 粗加工后的零件图 3.2 零件各个部分的半精加工零件经过粗加工后，并不能保证该轮廓类零件在接下来的精加工进程中达到所需要期望的质量，因此需要该轮廓类对零件进行半精加工。经对零件的分析得到，可

9、以用D4R1的圆角刀对槽进行半精加工，设定余量为0.10mm。用B6的球头刀对零件轮廓进行半精加工，其余量和上述相同设定为0.10mm。 图3-4 所示为半精加工后的零件图。 3.3 零件各个部分的精加工 在精加工过程中，由于半精加工进程的余量把握，因此精加工过程完全可以保证该轮廓类的质量要求。可以用B4的球头刀对零件的曲面进行精加工，对于零件的侧面也可以用B4的球头刀进行曲面区域驱动多轴曲面轮廓精加工。 图3-4 半精加工后的零件图 图3-5所示为精加工后的零件3.4 零件的清根 在零件的铣削加工之后，需要对零件进行请根操作，以便满足零件的质量要求。可以采用D4R1的圆角刀对零件进行请跟操作

10、。图3-6位请跟操作后的零件图。 图3-6 清根后的零件图4 工艺规划 1. 毛坯要求 尺寸： 400*200*70mm 材料：T8A(模具钢) 2. 工件安装要求 使用平口虎钳将毛坯夹紧。 3. 仿真加工时的坐标原点 毛坯上表面的右上角，满足右手坐标系。 4. 工步安排 由于零件的质量要求，所以对零件进行了粗加工、半精加工与精加工。具体的工步如下表 表4-1工步列表 加工步骤刀具切削参数类型加工方式进给方式主轴转速（r/min）进给速度（mm/min）切削深度（ap/mm）刀具1型腔粗工型腔铣8001252.0D18R22型腔二次粗加工型腔铣12504000.75D10R13表面区域铣半精加

11、工平面铣10003000.9D4R14表面区域铣精加工平面铣10003000.1D4R15等高线轮廓铣轮廓铣12002500.2B66固定轴曲面轮廓铣轮廓铣160012500.2B47表面区域铣平面铣10003000.15D4R08多轴曲面轮廓铣轮廓铣160012500.05B49清根清根16001250D4R1 5 仿真加工5.1 加工准备阶段5.1.1 加工准备 1）打开模型文件并进入加工模块 如图5-1 所示，在电脑桌面启动UG NX 8.0软件，单击打开需要的三维设计模型文件，在如图所示的窗口打开Graduation project.prt 文件（即本文要加工的轮廓类零件）。 在“开始

12、”菜单命令的处理的选择下，系统会弹出“工作环境”，如图所示在图5-2中选择一个选项，单击“确定”进入UG加工模块。 a b c 图5-2 加工环境的选择 2） 单击创建程序按钮，按图5-2 所示新建名为MIANBANTUMO 的程序父节点组，并且可在导航器中查看。 3) 机床坐标系的创建 需要将工序导航器转变成几何视图，并双击其中的“MCS_MILL” 按钮，弹出“Mill Orient”，将对话框CSYS类型下选择“动态”选项。单击对话框CSYS操控器按钮，在点对话框内输入如图5-3a的数据，点击确定按钮，完成机床坐标系的设定。 a b c图5-3 4) 安全平面的创建 点击对话框中的按钮区

13、平面如图5-3b显示，并且选择如图5-3c所示的参数和平面完成安全的创建。 5) 选择需要加工的部件和毛坯，如图5-4a所示。选择整个零件为部件几何体，并且选择指定毛坯，检查无误后单击确定，即是完成指定部件和指定毛坯的选择。如图5-4bc. a bc 图5-45.1.2 创建刀具 1） 创建圆角刀 选择快捷菜单兰中刀具命令，系统会弹出如图5-5所示的创建刀具对话框。要求选择如图5-5所示的刀具图标，如图5-5在名称栏下输入D18R2，并确定。在如图5-6中设置我们需要的相关参数，并确定。同样步骤，创建D10R1、D4R1的圆角刀。 表5-5创建刀具 图5-6 刀具具体参数 2） 创建平底刀 同

14、上，将圆角半径改为0即可，创建D18R0 平底刀。刀具直径为18mm刀具号为4，其他为默认值。 3） 创建球头刀 选择刀具命令，系统弹出“创建刀具”对话框。选择如图5-7所示的刀具图标，如图5-7在名称栏下输入B6，在如图5-8中设置我们需要的相关参数，并确定。同样步骤，创建B4的圆角刀。 图 5-7 创建刀具 图5-8 刀具具体参数创建完成后的刀具见表5-1：表5-1刀具列表序号刀具图标命名刀具类型刀具直径mm有效长度mm1D18R2圆角刀18752D10R1圆角刀10753D4R1圆角刀4754D18R0平底刀18755B6球头刀6756B4球头刀4755.2 创建轮廓铣操作（一） 有上可

15、得首先对毛坯进行粗加工 1） 单击快捷菜单栏上的创建工序命令，弹出如图5-9所示的窗口，设置加工时需要的相关参数。系统会弹出窗口如图5-10所示，设置相关参数。 图5-9 创建型腔铣 图5-10创建型腔铣参数 图5-11 型腔铣具体参数 2) 型腔铣的中的参数如图5-10所示进行设置。 3) 需要设置切削参数如图5-11显示在对话框中，有拐角，策略，余量的参数设置。 4) 非切削参数设置为如图5-11所示。 5) 如图5-12所示的设置为进给率和速度。 6) 生成的刀具路径，如图5-13所示。作为后处理图5-14模型的2D仿真显示。 图5-12设置进给率和速度 图5-13刀路轨迹图 5-14

16、2D仿真结果5.3 创建轮廓铣操作（二） 由于D18R2 刀具的限制，一次轮廓加工未能得到理想的毛坯余量，因此更换D10R1的刀具进行零件的二次轮廓加工。 1) 工序的创建为，单击菜单栏上的创建工序命令，操作步骤与创建轮廓铣操作类似，将刀具更换为D10R1。其他参数如图5-15所示。 2） 型腔铣对话框的参数如图5-15所示。 3） 其中的切削参数对话框的策略、余量、拐角设定参数如图5-15所示。 4） 非切削参对话框的参数如图5-15所示。 5） 其中进给率和速度的参数如图5-15所示。 6） 生成的刀具路径，如图5-15所示。作为后处理的图5-15轮廓类零件的二维仿真结果。 图5-16加工

17、参数设计及刀具轨迹与仿真加工结果5.4 创建表面区域铣操作对于槽的加工可采用平面铣削方式进行加工。由于零件的粗精加工的要求需要两次走刀来完成加工。5.4.1 创建表面区域铣操作（一） 1） 工序的创建可为，单击菜单栏上的创建工序命令，弹出如图5-17所示的窗口，设置加工时的相关参数，单击确定。弹出如图5-18所示的窗口，设置相关参数。 图5-17创建表面铣 图5-18创建表面铣参数 图5-19平面铣具体参数 图5-20平面铣刀路轨迹 2） 一般参数如图5-17所示进行设置。 3） 其中的切削参数中的策略、余量等参数设定为如图5-18所示。 4） 非切削参设置为如图5-19所示。 5） 进给率和

18、速度参数设置为如图5-19所示。 6） 生成的刀具路径，如图5-20所示。作为后处理图5-21为轮廓类零件的二维仿真结果。 图5-21 2D仿真结果5.4.2 创建表面区域铣操作（二）对于第二次走刀的精加工过程与第一次走刀类似，具体操作如下： 1） 创建工序步骤为，在如图所示的工序导航器的程序顺序视图中右击FACE_MILLING_AREA节点，选择复制命令，然后右击NC_PROGRAM节点，选择内部粘贴命令，此时工序导航器界面（二）如图所示。 图5-22 工序导航器界面（一） 图5-23工序导航器界面（二） 2） 一般参数的设置如图5-24所示。 3） 其中的切削参数对话框设定参数如图5-2

19、4所示。 4） 非切削参如图5-24所示进行设置。 5） 进给率和速度的参数如图5-24所示。 6） 生成的刀具路径，如图5-25所示。作为后处理图5-26模型的二维仿真结果。 图5-24平面铣具体参数 图5-25刀路轨迹 图5-26 2D仿真结果5.5 创建等高线轮廓铣操作 1） 工序的创建，在快捷菜单栏下单击创建工序按钮，系统弹出创建工序对话框。选择如图5-27所示的相关参数，在工序子类型区域中选择ZLEVEL_PPROFILE按钮，在程序下选择NC_PROGRAM选项。选择B6球头刀为刀具，在方法下选择MILL_FINISH选项，单击确定，系统弹出深度加工轮廓对话框。 图5-27 创建轮

20、廓铣工序 图5-28 设置一般参数 2） 单击“深度加工轮廓”对话框的“指定切削区域”右侧的图标按钮，系统弹出“切削区域”对话框。在绘图区选择如图5-29所示的切削区域（共46个平面），并单击确定。 3） 在“深度轮廓加工”对话框的“刀具路径设置”区域的“陡峭的空间范围”下拉列表中的刀具路径参数设置，选择“仅陡峭的”选项。其他参数如图5-28所示参数。 4） 切削参数的相关参数如图5-30所示。 5） 非切削参数可以采用系统默认的参数设置值。 6） 进给率与速度其中相关参数设置如图5-31所示。 7） 生成刀路轨迹与仿真结果如图5-32 5-33所示。图5-29 选择切削区域图5-30 设置切

21、削参数 图5-31 设置进给率与速度 图5-32 2D仿真加工结果图5-33 刀路轨迹 5.6 创建固定轴曲面轮廓铣削操作 1） 工序创建为单击“创建工序”，弹出话框。相关参数选择如图5-34所示的进行设置，在工序子类型区域中选择FIXED_CONTOUR按钮，在程序下选择NC_PROGRAM选项。选择B4球头刀头的工具和方法选择光面的选项，点击确定，弹出系统“固定轮廓铣”对话框如图5-36所示。 2） 单击“固定轮廓铣”对话框的“切削区域”，选择绘图区如图5-38所示的切削区域（共46个平面），并确定。 3） 设置驱动几何体 在弹出“区域铣削驱动方法”对话框后，其中设定参数如图5-35所示。

22、 4） 使用默认的参数设置系统的切削参数。 5） 进给率与速度其相关参数如图5-37所示。 6） 刀具轨迹生成及仿真结果图5-39 5-40所示。 图5-34 创建工序 图5-35 设置驱动几何体 图5-36 设置固定轮廓铣参数 图5-37 设置进给率与速度 图5-38 指定切削区域图5-39 刀路轨迹图5-40 仿真加工 5.7 创建曲面区域驱动多轴曲面轮廓操作1） 工序的创建为在菜单栏下，单击其中的创建工序按钮，系统会弹出“创建工序”对话框。在“创建工序”对话框中选择“mill_multi-axis”项，可以在“工序子类型”区域中单击其中的“VC_SURF_AREA_ZZ_LEAD_LAG

23、”按钮，选择B4球头刀为刀具，在“方法”中选择“METHOD”选择，如图5-41所示。系统弹出会“VC_SURF_AREA_ZZ_LEAD_LAG”这样的对话框。2） 切削区域的选择为，在“VC_SURF_AREA_ZZ_LEAD_LAG”对话框中的切削区域中，可以采用系统默认的设定参数值，如图5-42所示。并选择如图5-45所示的切削区域（共5个面），并单击确定。3） 驱动方式的设置 在“VC_SURF_AREA_ZZ_LEAD_LAG”对话框“驱动方法”区域中单击其中的“编辑”按钮，系统会弹出“曲面区域驱动方法”对话框，需要选择如图5-46所示的面。单击确定。4） 投影矢量的设定，在“VC

24、_SURF_AREA_ZZ_LEAD_LAG”对话框其中的“投影矢量”区域中的“矢量”下拉列表中选择“垂直于驱动体”。5）非切削参数采用系统默认的参数设置值。6） 进给率与速度的设定为，其中相关参数如图5-44所示。7） 生成刀路轨迹与仿真结果 如图5-45 与 5-46所示。 图5-41 创建工序 图5-42 VC_SURF_AREA_ZZ_LEAD_LAG对话框 图5-43 设置驱动方式 图5-44 设置进给率与速度图 5-45 指定切削区域图5-46 设置驱动几何体图5-47 刀路轨迹图5-48 2D仿真结果 5.8 创建表面区域铣操作 1） 工序的设置为，在菜单栏下单击其中的“创建工序

25、”按钮，系统会弹出“创建工序”对话框。选择D4R0圆角刀为刀具，其余的参数设定为如图5-49所示。2） 切削区域选择其中的如图5-51所示的面。3） 刀具路径参数中的切削模式与步进方式如图5-50所示。4） 其中切削参数的相关参数如图5-52所示。5） 进给率与速度其相关参数如图5-52所示进行设定。 6） 生成刀路轨迹与仿真结果 如图5-53 与 5-54所示。 图5-49 创建工序 图5-50 面铣削区域对话框图5-51 指定切削区域 图5-52 设置参数图5-53 刀路轨迹图5-54 2D仿真加工5.9 创建清根操作 1） 工序的创建，在菜单栏下单击其中的“创建工序”按钮，系统会弹出“创

26、建工序”这样的对话框。在“工序子类型”区域中单击“FLOWCUT_MULTIPLE”按钮，选择D4R1圆角刀为刀具，在“方法”下拉列表中需要选择其中的“MILL_FIHISH”选择，如图5-55所示。系统弹出“多刀路清根”对话框，如图5-55所示。 2） 设置驱动的选择。在“多刀路清根”对话框驱动区域设置从0.5个文本框输入，其他参数使用默认设置。 3） 进给率与速度其相关参数如图5-55所示。 4） 生成刀路轨迹和仿真结果 如图5-56 和 5-57所示。 图5-55 相关参数 图5-56 刀路轨迹 图5-57 2D仿真结果6 后处理6.1 后处理 经过上述步骤后， 需要后处理将UG NX

27、8.0 生成的数控仿真加工代码输出。 单击工序导航器视图中的MIANBANTUMO后，再点击快捷菜单栏上的后处理图标，选择其中的MILL_3_AXIS 选项,确定后，系统将会自动形成我们需要的后处理文档，需要以TXT 的格式输出方式，如图6-1所示将其保存，即可以得到该轮廓类零件仿真加工的数控仿真加工代码。 因为数控仿真加工代码比较多，所以我只能截取其中的部分。如图6-2 所示。 图6-1 数控代码6.2 车间文档 单击快捷菜单栏其中的车间文档按钮，选中其中的OPERATION LIST选项， 系统就会自动生成我们要求的工步列表，如图6-2工步列表 所示。图6-2 工步列表毕业论文总结 本篇论

28、文重点讲述了我对于UG NX 8.0软件的三维建模与仿真加工两个模块的应用，通过轮廓类零件的设计建模与仿真加工，经后处理后生成数控加工代码。通过这次毕业设计，让我进一步认识到计算机辅助三维设计与计算机辅助加工制造（CAD/CAM）技术对机械设计制造及其自动化领域的重要性。通过计算机软件的辅助可以将复杂的操作变得更加简单和可操作化。该论文课题考查了我对数控加工技术的掌握和灵活应用，它同时也涉及到我对切削刀具以及加工过程中相关参数选择的应用。该论文要求我掌握UG NX 8.0软件的应用与基础操作，同时也要求掌握UG NX 8.0软件的加工模块中的切削方法与加工方式的应用，以便可以对零件进行设计于加

29、工。然后需要考虑该轮廓类零件的加工过程的分析与工艺的规划。其中也需要我们掌握该零件的整个仿真加工过程的相关参数的掌握。以及仿真加工过程后的后处理等的掌握通过对轮廓类零件的三维设计与仿真加工研究，对计算机软件的辅助作用以及对数控仿真加工的掌握，重点是对UG软件的建模模块与加工模块的掌握，认识到计算机辅助下的数控加工编程的重要性。 致 谢 在此特别感谢杨义老师在毕业设计期间的热心指导。在整个毕业设计期间，杨老师对我的设计方案进行了指导和修改指点，所以毕业设计能够如此顺利的 完成，得益于杨老师对我的大力帮助。最后，诚挚的感谢杨义老师对我的指导。参考文献 1 展迪优， UG NX 8.0 快速入门教程

30、（修订版)， 北京：机械工业出版社 2012.12 2 展迪优， UG NX 8.0数控加工教程（修订版)， 北京：机械工业出版社 2012.12 3 杨宁宁 钟新安 李乃文， UG NX6.0 数控加工中文版数控加工案例解析.北京：清华大学出版社，2010. 4 杨叔子.机械加工工艺师手册.北京：机械工业出版社，2010. 5 张兴华.UG NX5.0 数控加工范例教程.北京：机械工业出版社，2010. 6 Wen-ti wu;Xiao-ting liu Determine the feed speed in CNC milling machine contour milling metho

31、d 2008-01-15 7 Wang Xiaofeng Zhao Chunliang, wang liang. Mold parts based on UG NX 3d modeling and NC machining J.Mechanical engineering and automation. 2005 (12). 8 PuYanMin. Mold parts CNC processing J. J tools technology. 2010, 44 (5) : 87-90.Out.line of the parts design and processing research Author: Ma Anzhi Guide teacher: Yang yi(Anhui Agricultural University Institute of technology grade 11 machinery design and manufacture and it