基于UG自动编程型腔类零件加工的设计

摘要本次毕业设计论文主要是基于UG软件自动编程，并针对模具零件的数控铣削加工设计。本毕业设计运用UG软件根据图纸的尺寸要求制出零件的实体三维造型，并对零件进行图形分析及工艺分析，确定加工方法及所需的加工刀具等，确定好工序，然后运用UG软件对零件进行编程处理，并模拟出刀轨，进行对比发现需要改进的地方，并及时优化。最后通过后处理生成零件的加工程序，并在机床上进行实际加工。结果通过在机床上进行实际加工操作表明，所加工出的零件完全满足图纸的要求并利于实际生产。关键词：UG；自动编程；轨迹仿真；刀轨；后处理；加工

目录摘要 I第一章绪论 11.1课题的提出 11.1.1UG的现状及发展 11.2论文的主要内容 2第二章型腔零件的实体造型 32.1分析零件 32.2零件的实体三维造型 42.2.1建模 4第三章基于UG自动编程的型腔零件加工 73.1加工工艺分析 83.2零件加工的刀具及各参数分析 83.3创建UG加工工序 93.3.1设置加工环境 93.3.2设置加工方法 103.3.3定义加工坐标系和安全平面 113.3.4定义几何体 123.3.5创建刀具 143.3.6创建工序FM 153.3.7创建工序CM 183.3.8创建工序FC 213.3.9创建精加工工序CMC 243.3.10创建精加工工序FCC 26第四章后处理生成程序 264.1后处理 284.2生成程序 29第五章模拟仿真加工 29第六章总结 30参考文献 31致谢 32第一章绪论1.1课题的提出UG是Unigraphics的缩写，是一个交互CAD/CAM(计算机辅助设计与计算机辅助制造)系统，UGCAM被广泛的应用在航空航天、汽车制造、家用电器等各个领域。它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。它在诞生之初主要基于工作站，但随着PC硬件的发展和个人用户的迅速增长，在PC上的应用取得了迅猛的增长，已经成为模具行业三维设计的一个主流应用。本次所选课题是以模具零件为原形，进行设计、加工和编程。通过实例来加强对UG软件的掌握。可以更加形象的体现UG软件在设计、编程方面的强大功能。1.1.1UG的现状及发展自从UG出现以后，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。多年来，UGS一直在支持美国通用汽车公司实施目前全球最大的虚拟产品开发项目，同时Unigraphics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。航空业的其它客户还有：B/E航空公司、波音公司、

以色列飞机公司、英国航空公司、Northrop

Grumman、伊尔飞机和Antonov。

同时，UGS公司的产品同时还遍布通用机械、医疗器械、电子、高技术以及日用消费品等行业，如：3M、Will-Pemco、Biomet、Zimmer、飞利浦公司、吉列公司、Timex、

Eureka

和Arctic

Cat等。进入中国以后，其在中国的业务有了很大的发展，中国已成为其远东区业务增长最快的国家。1.2论文的主要内容1、对零件图形进行分析2、零件图形的三维实体造型3、加工工艺分析4、零件加工的刀具及各参数分析5、用UG进行自动编程模拟仿真加工论文应用了三维建模、加工工艺分析、UG自动编程及仿真加工等内容。

第二章型腔零件的实体造型2.1分析零件通过图形分析可知：零件涉及曲面、钻孔等造型方法零件可通过建立草图、拉伸、镜像、阵列、布尔运算等常用命令进行造型2.2零件的实体三维造型2.2.1建模（1）打开UG8.5，新建建模文件“_model1.prt”（2）点击新建草图1，绘制105*105的正方形（如图2-1）图2-1将草图1拉伸高度为13的立方体（如图2-2）图2-2在立方体表面建立草图2，绘制图形（如图2-3）图2-3（5）拉伸草图2，距离为6（如图2-4）图2-4

（6）使用孔命令在中间创建孔（如图2-5）图2-5（7）在XZ平面创建草图3，绘制图形（如图2-6）图2-6

（8）使用回转命令，选择草图3、选择布尔运算中的求差（如图2-7）图2-7

第三章基于UG自动编程的型腔零件加工3.1加工工艺分析（1）为了保证加工精度，所以在三轴数控铣床上一次装夹完成，采用四边分中进行对刀。（2）该零件包括曲面、孔、型腔等结构，形状比较复杂，但是工序相对容易，表面质量和精度要求不高，所以综合考虑，工序安排比较关键。（3）为了保证加工精度和表面质量，分析采用一次装夹加工完成，按照先主后次、先近后远、先里后外、先粗加工后精加工的原则依次划分工序加工（4）选择105mm*105mm*20mm的方型毛坯料，材质为45#钢。（5）在加工时先加工外轮廓和孔，最后加工曲面。3.2零件加工的刀具及各参数分析合理选择切削用量的原则是：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。具体要考虑以下几个因素：切削深度ap。在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，ap就等于加工余量，这是提高生产率的一个有效措施。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般应留一定的余量进行精加工。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。切削宽度L。一般L与刀具直径d成正比，与切削深度成反比。经济型数控机床的加工过程中，一般L的取值范围为：L=(0.6～0.9)d。

切削速度V。提高V也是提高生产率的一个措施，但v与刀具耐用度的关系比较密切。随着v的增大，刀具耐用度急剧下降，故v的选择主要取决于刀具耐用度。主轴转速n(r/min)。主轴转速一般根据切削速度v来选定。计算公式为：V=pnd/1000。数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调(倍率)开关，可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。主要根据允许的切削速度Vc(m/min)选取：n=其中Vc-切削速度，D-工件或刀具的直径（mm）根据切削原理可知，切削速度的高低主要取决于被加工零件的精度、材料、刀具的材料和刀具耐用度等因素。综合以上的分析，确定了零件的加工顺序、刀具规格和必要的参数，如表表3.1加工操作顺序和刀具规格工序名称加工名称加工类型刀具名称刀具直径转角半径主轴速度进给速度步长深度FM平面平面铣D1616—5002001CM开粗型腔铣D88—5002001FC曲面粗铣固定轮廓铣R5555002001CMC侧壁精铣型腔铣D8808005002FCC曲面精铣固定轮廓铣R5558005000.33.3创建UG加工工序3.3.1设置加工环境打开零件图，单击开始图标，选择“加工”选项，如图3-1设置加工环境。 图3-13.3.2设置加工方法进入加工方法视图（如图3-2），将MILL_ROUGH设置为0.5其余都设置为0。（如图3-3）图3-2图3-3

3.3.3定义加工坐标系和安全平面（1）单击几何视图图标，进入几何视图（如图3-4）图3-4（2）双击MCS_MILL然后将坐标系移动至工件表面。（如图3-5）图3-5（3）点击自动平面，切换成平面，选择工件顶面，输入30。（如图3-6）图3-63.3.4定义几何体（1）双击WORKPIECE，弹出工件对话框（如图3-7）图3-7（2）点击，选择三维图形点击确认。（如图3-8）图3-8（3）点击，选择包容块，然后在ZM+内输入1，点击确定。（如图3-9）图3-9

3.3.5创建刀具单击创建刀具，弹出刀具选项框，选择刀具点击确认，之后弹出刀具参数框，设置后点击确定。（如图3-10、3-11）重复上述步骤，分别创建D16、D8的平铣刀和D5R5的球头刀。图3-10图3-11

3.3.6创建工序FM点击创建工序图标，弹出对话框选择mill_planar点击第三个面铣图标，设置（如图3-12）所示，点击确定弹出对话框。（如图3-13）图3-12图3-13

点击选择工件表面，方法选择METHOD，切削模式选择往复，每刀深度设置为1。点击设置切削参数（如图3-14）点击确定。 图3-14设置好以上参数后点击设置移动切削（如图3-15）之后点击确定。点击设置主轴转速和切削用量（如图3-16）点击确定。图3-15图3-16点击图3-13中的生成刀具轨迹（如图3-17），点击图3-13中的可以进入加工仿真界面（如图3-18）点击确定完成工序的创建。 图3-17图3-18

3.3.7创建工序CM点击创建工序图标选择millc_cintour然后点第一个型腔铣图标刀具选择D8，方法选择MILL_ROUGH（如图3-19点击确定。之后设置切削模式和每刀深度（如图3-20）。图3-19图3-20

点击设置切削参数里的空间范围:处理中的工件选择使用3D(如图3-21)图3-21

点击设置非移动切削(如图3-22)图3-22点击设置主轴转速和切削用量（如图3-23）点击确定，最后点击生成刀具轨迹点击确定完成工序的创建。图3-23 3.3.8创建工序FC点击创建工序图标选择固定轮廓铣图标，刀具选择R5方法选择MILL_ROUGH(如图3-24)点击确定进入对话框如图（3-25）图3-24图3-25

点击选择曲面（如图3-26）点击确定。驱动方法选择区域铣削，点击设置驱动方法参数（如图3-27）图3-26图3-27

点击设置切削参数里的空间范围:处理中的工件选择使用3D(如图3-27)点击确定，点击设置主轴转速和切削用量（如图3-28）点击确定，最后点击图3-25中的生成刀具轨迹点击确定完成工序的创建。图3-27图3-28

3.3.9创建精加工工序CMC点击几何视图里的工序CAVITY_MILL进行复制在他下面粘贴（如图3-29）图3-29然再点击粘贴的CAVITY_MILL_COPY弹出对话框(如图3-30)刀轨设置里的方法改成MILL_FINISH，切削模式改成轮廓加工，每刀最大深度为2(如图3-30)图3-30

点击修改主轴转速和切削用量（如图3-31）点击确定，最后点击图3-30中的生成刀具轨迹点击确定完成工图3-31

3.3.10创建精加工工序FCC点击几何视图里的工序FIXED_CONTOUR进行复制在他下面粘贴（如图3-33）图3-33然后再点击粘贴的FIXED_CONTOUR_COPY弹出对话框(如图3-34)，刀轨设置里的方法改成MILL_FINISH 图3-34

然后点击修改驱动方法参数（如图3-35）点击修改主轴转速和切削用量（如图3-36）点击确定，最后点击图3-34中的生成刀具轨迹点击确定完成工序的创建。图3-35图3-36

第四章后处理生成程序4.1后处理依次在工序上右键，选择后处理（如图4-1）弹出对话框，在其中选择后处理文件，（如图4-2）。这里选择已经编辑设置好的WIRE_EDM_4_AXIS系统后处理文件，指定存放位置，确认输出，生成G代码，至此，加工完成。（如图4-2）。图4-1图4-2

4.2生成程序由于程序太多在此只截取部分程序（如图4-3）图4-3第五章模拟仿真加工图5-1为模拟仿真加工出的工件图5-1第六章总结通过对型腔类零件的设计与加工研究，我对大学中所学习的专业课有了一个框架式的回忆，尤其对数控加工与工艺设计方面有了一定的掌握。同时对于UG软件的加工与建模模块有了一定的熟悉，认识到当前的数控加工编程更加倾向于计算机辅助制造的方向发展，正是通过该课题的研究，体会到了CAM技术的灵活性与效率性。使用UG软件进行数控编程时，首先要记住UG数控编程的操作流程；对于型腔铣削加工难点是操作参数中几何体和切削层的设定操作几何体时，要根据零件的几何形状选择必需设定的几何体进行切削区域的定义；设定切削层时，要与操作几何体相结合，根据零