圆弧轴零件的数控加工工艺与编程设计 毕业论文

圆弧轴零件的数控加工工艺与编程设计 毕业 毕业设计(论文) 题目:圆弧轴零件的数控加 工工艺与编程设计 学 院 机电工程学院 年 级 09级数控1班 专 业 数控技术 学 号 学生姓名 指导教师 2012 年 2 月 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第II页 毕业设计(论文)任务 发题日期: 2011年 10月 5日 完成日期:2012年3月 25 日 题 目 圆弧轴零件的数控加工工艺与编程设计 1、本论文的目的、意义 1)了解数控加工的编程技术和发展 2)了解及应用UG技术 3)掌握零件加工数控技术及工艺分析 4)掌握UG在加工中的应用 5)掌握论文资料调研、写作的拟定、撰写方法 2、学生应完成的任务 1)资料调研 确定写作方案 2)查阅相关资料 3)应用UG绘制相关图形 4)对零件加工工艺分析、确定加工方案 5)应用UG对图形加工编程 6)应用UG对图形进行实体切削仿真验证 7)编制零件加工程序 8)完成论文撰写、答辩 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第III页 3、论文各部分内容及时间分配:(共 20 周) 第一部分 查阅与UG相关资料 ( 2 周) 第二部分 对零件进行工艺分析 ( 2 周) 第三部分 使用UG对图形绘制和编制加工程序 ( 7 周) 第四部分 根据设计资料编写设计说明书 ( 4 周) 第五部分 交到老师处由老师指导修改论文 ( 4周) 评阅及答辩 ( 1 周) 备 注 指导教师: 年 月 日 审 批 人: 年 月 日 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第IV页 摘 要 数控技术，简称数控(Numerical Control )即采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。随着科技的不断发展，数控技术在企业中发挥越来越重要的作用，数控加工制造技术正逐渐得到广泛的应用。在零件进行编程加工之前，对零件进行工艺分析具有非常重要的作用。 UG是当今较为流行的一种模具设计软件，主要是因为其功能强大。不仅包括了世界上最强大、最广泛的产品设计应用模块，而且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。UG 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、专用塑料件设计模块和其他行业设计所需的专业应用程序。UG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。 本设计通过对典型的数控车床轴类零件工艺特点、数控加工工艺的分析，给出了对于一般零件数控加工工艺分析的方法，设计合理的加工工艺过程，充分发挥数控加工的优质、高效、低成本的特点。设计说明书以典型的数控车床轴类零件为例，在UG强大的设计应用模块和高性能的机械设计和制图功能下，根据被加工工件的材料、轮廓形状、加工精度等选用合适的机床，制定加工方案，确定零件的加工顺序，各工序所用刀具，夹具和切削用量等，编写加工零件的程序。按照说明书要求利用UG的仿真、确认和优化功能进行实体切削验证仿真操作，并对零件自检数据进行分析，对于提高制造质量、实际生产具有一定的指导意义。 关键词 :工艺设计;工艺分析;UG;CAM/CAD;加工注意事项 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第V页 目 录 第1章 绪论 ............................................ 2 1.1 数控技术.............................. 错误:未定义书签。 1.2 数控加工概念.............................................. 5 1.3 UG简介 ................................................... 8 第2章 图形绘制与工艺分析 .............. 错误:未定义书签。1 2.1 图形绘制................................................. 11 2.2 UGNX5.0的基本设置 ....................................... 11 2.3 绘制草图................................................. 15 零件实体建模............................................. 2.4 16 第3章 零件加工 ....................... 错误:未定义书签。1 3.1 零件的工艺分析........................................... 21 3.2 编制零件刀具路径..................... 错误:未定义书签。3 3.3 粗加工左端轮廓....................... 错误:未定义书签。7 3.4 精加工左端轮廓........................................... 34 3.5 粗加工右端轮廓........................................... 38 3.6 精加工右端轮廓........................................... 42 3.7 加工退刀槽............................................... 46 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第VI页 3.8 车螺纹................................................... 50 3.9 实体切削验证............................................. 54 3.10 后置处理生成数控程序..................................... 56 结论 .................................................. 58 致谢 .................................................. 59 参考文献 .............................................. 60 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第2页 第一章 绪 论 1.1 数控技术 数控技术是用数字信息对机械加工和运动过程进行控制的技术。它是集传统的机械制造技术、计算机技术、传感检测技术、网络通信技术、光机电技术于一体的现代制造业基础技术，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点。目前它是采用计算机控制，预先编程然后利用控制程序实现对设备的控制功能。由于计算机软件的辅助功能替代了早期使用纯硬件电路组成的数控装置，使得输入数据的存储、处理、判断、运算等功能均由现场可编辑的软件来完成，这样极大的增强了机械制造的灵活性，提高设备的工作效率。 数控系统发展概况随着计算机技术的高速发展, 传统的制造业开始了根本性变革, 各工业发达国家投入巨资, 对现代制造技术进行研究开发, 提出了全新的制造模式。 1.1.1 数控技术发展史 1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制直升飞机螺旋桨叶片轮廓检验用样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出采用数字脉冲控制机床的设想。 1949年，该公司与美国麻省理工学院(MIT)开始共同研究，并于1952年试制成功第一台三坐标数控铣床，当时的数控装置采用电子管元件。 1959年，数控装置采用了晶体管元件和印刷电路板，出现带自动换刀装置的数控机床，称为加工中心( MC Machining Center)，使数控装置进入了第二代。 1965年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。 60年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统(简称 DNC)，又称群控系统;采用小型计算机控制的计算机数控系统(简称 CNC)，使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。 1974年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置(简称 MNC)，这是第五代数控系统。 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第3页 20世纪80年代初，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置;数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上;数控机床的自动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。 20世纪90年代后期，出现了PC+CNC智能数控系统，即以PC机为控制系统的硬件部分，在PC机上安装NC软件系统，此种方式系统维护方便，易于实现网络化制造。 现在，数控技术也叫计算机数控技术(Computerized Numerical Control 简称:CNC)，目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可以通过计算机软件来完成。数控技术是制造业信息化的重要组成部分。 1.1.2 数控技术在未来的发展趋势 1. 数控系统向开放式体系结构发展 为适应数控系统向通用性、柔性、适应性、可扩展性发展并可以较容易的实现智能化、网络化，要求数控系统的体系结构具有开放性，设计开放式的数控系统。目前，日本、美国、欧盟等国家正在开放式的PC(微机)平台上进行“开放式数控系统”的研究。开放式体系结构可以大量采用通用微机技术，使编程、操作以及技术升级和更新变得更加简单快捷。开放式体系结构的新一代数控系统，其硬件、软件和总线都是对外开放的，数控系统制造商和用户可以根据这些开放的资源进行的系统集成，同时它也为用户根据实际需要灵活配置数控系统带来极大方便，促进了数控系统多档次、多品种的开发和广泛应用，开发生产周期大大缩短。同时，这种数控系统可随CPU升级而升级，而结构可以保持不变。 2.数控系统向高速度、高精度方向发展 随着数控机床向高速度、高精度方向发展的需要，数控装置要能高速处理输入的指令数据并计算出伺服机构的位移量，而且要求伺服电机能高速度地做出反应。目前高速主轴单元(电主轴)转速已达15000~100000r/min 以上;进给运动部件不但要求高速度、 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第4页 且具有高的加、减速功能，其快速移动速度达60~120m/min 以上，工作进给速度已高达60m/min 以上。微处理器芯片的迅速发展，为数控系统采用高速处理技术提供了保障。CPU 已由80 年代的16(如FANUC-6M 等)位发展为现今的32位(如FANUC-15等)以及64 位CPU 的数控系统，90 年代还出现了精简指令集(RISC)芯片的数控系统(如FANUC-16等)。CPU 的频率由原来的5MHz、10MHz，提高到几百兆MHz、上千兆MHz，甚至更高，进一步提高了系统的运算速度。由于运算速度的极大提高，当分辨率为0.1μm，0.01μm 状况下仍能获得很高的进给速度和快速进给速度(100m~240m/min)。 3.数控系统控制性能向智能化方向发展 智能化是21世纪制造技术发展的一个大方向。随着人工智能在计算机领域的渗透和发展，数控系统引入了自适应控制、模糊系统和神经网络的控制机理，不但具有自动编程、前馈控制、模糊控制、学习控制、自适应控制、工艺参数自动生成、三维刀具补偿、运动参数动态补偿等功能，而且人机界面极为友好，并具有故障诊断专家系统使自诊断和故障监控功能更趋完善。伺服系统智能化的主轴交流驱动和智能化进给伺服装置，能自动识别负载并自动优化调整参数。 4.数控系统向网络化方向发展 数控系统的网络化，主要指数控系统与外部的其它控制系统或上位计算机进行网络连接和网络控制。数控系统一般首先面向生产现场和企业内部的局域网，然后再经由因特网通向企业外部，这就是所谓Internet/Intranet技术。 随着网络技术的成熟和发展，最近业界又提出了数字制造的概念。数字制造，又称“e-制造”，是机械制造企业现代化的标志之一，也是国际先进机床制造商当今配置的供货方式。随着信息化技术的大量采用，越来越多的国内用户在进口数控机床时要求具有远程通讯服务等功能。 5.数控系统向高可靠性方向发展 随着数控机床网络化应用的日趋广泛，数控系统的高可靠性已经成为数控系统制造商追求的目标。对于每天工作两班的无人工厂而言，如果要求在16小时内连续正常工作，无故障率在P(t),99%以上，则数控机床的平均无故障运行时间MTBF就必须大于 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第5页 3000小时。我们只对某一台数控机床而言，如主机与数控系统的失效率之比为10:1(数控的可靠比主机高一个数量级)。此时数控系统的MTBF就要大于33333.3小时，而其中的数控装置、主轴及驱动等的MTBF就必须大于10万小时。如果对整条生产线而言，可靠性要求还要更高。 6.数控系统向工艺的复合性和多轴化方向发展 以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工, 正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后,通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施, 完成多工序、多表面的复合加工。数控技术轴, 西门子880系统控制轴数可达24轴。 1.2 数控加工概念 1.2.1 数控加工定义 数控加工(numerical control machining)，是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法，数控机床加工与传统机床加工的工艺规程从总体上说是一致的，但也发生了明显的变化。用数字信息控制零件和刀具位移的机械加工方法。它是解决零件品种多变、批量小、形状复杂、精度高等问题和实现高效化和自动化加工的有效途径。 1.2.2 发展背景 数控技术起源于航空工业的需要，20世纪40年代后期，美国一家直升机公司提出了数控机床的初始设想，1952年美国麻省理工学院研制出三坐标数控铣床。50年代中期这种数控铣床已用于加工飞机零件。60年代，数控系统和程序编制工作日益成熟和完善，数控机床已被用于各个工业部门，但航空航天工业始终是数控机床的最大用户。一些大的航空工厂配有数百台数控机床，其中以切削机床为主。数控加工的零件有飞机和火箭的整体壁板、大梁、蒙皮、隔框、螺旋桨以及航空发动机的机匣、轴、盘、叶片的模具型腔和液体火箭发动机燃烧室的特型腔面等。数控机床发展的初期是以连续轨迹的数控机床为主，连续轨迹控制又称轮廓控制，要求刀具相对于零件按规定轨迹运动。 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第6页 以后又大力发展点位控制数控机床。点位控制是指刀具从某一点向另一点移动，只要最后能准确地到达目标而不管移动路线如何。 1.2.3 基本过程 数控加工，就是泛指在数控机床上进行零件加工的工艺过程。数控机床是一种用计算机来控制的机床，用来控制机床的计算机，不管是专用计算机、还是通用计算机都统称为数控系统。数控机床的运动和辅助动作均受控于数控系统发出的指令。而数控系统的指令是由程序员根据工件的材质、加工要求、机床的特性和系统所规定的指令格式(数控语言或符号)编制的。数控系统根据程序指令向伺服装置和其它功能部件发出运行或终断信息来控制机床的各种运动。当零件的加工程序结束时，机床便会自动停止。任何一种数控机床，在其数控系统中若没有输入程序指令，数控机床就不能工作。机床的受控动作大致包括机床的起动、停止;主轴的启停、旋转方向和转速的变换;进给运动的方向、速度、方式;刀具的选择、长度和半径的补偿;刀具的更换，冷却液的开起、关闭等。 1.2.4 加工工艺 数控加工程序编制方法有手工(人工)编程和自动编程之分。手工编程，程序的全部内容是由人工按数控系统所规定的指令格式编写的。自动编程即计算机编程，可分为以语言和绘画为基础的自动编程方法。但是，无论是采用何种自动编程方法，都需要有相应配套的硬件和软件。 可见，实现数控加工编程是关键。但光有编程是不行的，数控加工还包括编程前必须要做的一系列准备工作及编程后的善后处理工作。一般来说数控加工工艺主要包括的内容如下: (1) 选择并确定进行数控加工的零件及内容; (2) 对零件图纸进行数控加工的工艺分析; (3) 数控加工的工艺设计; (4) 对零件图纸的数学处理; (5) 编写加工程序单; 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第7页 (6) 按程序单制作控制介质; (7) 程序的校验与修改; (8) 首件试加工与现场问题处理; (9) 数控加工工艺文件的定型与归档。 1.2.5 工艺分析 被加工零件的数控加工工艺性问题涉及面很广，下面结合编程的可能性和方便性提出一些必须分析和审查的主要内容。 1(尺寸标注应符合数控加工的特点 在数控编程中，所有点、线、面的尺寸和位置都是以编程原点为基准的。因此零件图上最好直接给出坐标尺寸，或尽量以同一基准引注尺寸。 2(几何要素的条件应完整、准确 在程序编制中，编程人员必须充分掌握构成零件轮廓的几何要素参数及各几何要素间的关系。因为在自动编程时要对零件轮廓的所有几何元素进行定义，手工编程时要计算出每个节点的坐标，无论哪一点不明确或不确定，编程都无法进行。但由于零件设计人员在设计过程中考虑不周或被忽略，常常出现参数不全或不清楚，如圆弧与直线、圆弧与圆弧是相切还是相交或相离。所以在审查与分析图纸时，一定要仔细，发现问题及时与设计人员联系。 3(定位基准可靠 在数控加工中，加工工序往往较集中，以同一基准定位十分重要。因此往往需要设置一些辅助基准，或在毛坯上增加一些工艺凸台。 4(统一几何类型或尺寸 零件的外形、内腔最好采用统一的几何类型或尺寸，这样可以减少换刀次数，还可能应用控制程序或专用程序以缩短程序长度。零件的形状尽可能对称，便于利用数控机床的镜向加工功能来编程，以节省编程时间。 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第8页 1.3 UG简介 UG(Unigraphics NX)是Siemens PLM Software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。 UG是Unigraphics的缩写，这是一个交互式CAD/CAM(计算机辅助设计与计算机辅助制造)系统，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，目前已经成为模具行业三维设计的一个主流应用。 UG的开发始于1990年7月，它是基于C语言开发实现的。UG NX是一个在二和三维空间无结构网格上使用自适应多重网格方法开发的一个灵活的数值求解偏微分方程的软件工具。其设计思想足够灵活地支持多种离散方案。因此软件可对许多不同的应用再利用。 1.3.1 UG NX的优势 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。 1.3.2 UG NX主要功能 1. 工业设计和风格造型 NX 为那些培养创造性和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 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第9页 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。 2. 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、专用塑料件设计模块和其他行业设计所需的专业应用程序。 3. 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。 4. NC加工 UG NX加工基础模块提供联接UG所有加工模块的基础框架，它为UG NX所有加工模块提供一个相同的、界面友好的图形化窗口环境，用户可以在图形方式下观测刀具沿轨迹运动的情况并可对其进行图形化修改:如对刀具轨迹进行延伸、缩短或修改等。该模块同时提供通用的点位加工编程功能，可用于钻孔、攻丝和镗孔等加工编程。该模块交互界面可按用户需求进行灵活的用户化修改和剪裁，并可定义标准化刀具库、加工工艺参数样板库使初加工、半精加工、精加工等操作常用参数标准化，以减少使用培训时间并优化加工工艺。UG软件所有模块都可在实体模型上直接生成加工程序，并保持与实体模型全相关。UG NX的加工后置处理模块使用户可方便地建立自己的加工后置处理程序，该模块适用于目前世界上几乎所有主流 NC机床和加工中心，该模块在多年的应用实践中已被证明适用于2,5轴或更多轴的铣削加工、2,4轴的车削加工和电火花线切割。 5. 模具设计 UG是当今较为流行的一种模具设计软件，主要是因为其功能强大。模具设计的流程很多，其中分模就是其中关建的一步。分模有两种:一种是自动的，另一种是手动的，当然也不是纯粹的手动，也要用到自动分模工具条的命令，即模具导向。 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第10页 自动分模的过程 : ? 分析产品，定位坐标，使Z轴方向和脱模方向一致。 ? 塑模部件验证，设置颜色面。 ? 补靠破孔 ? 拉出分型面 ? 抽取颜色面，将其与分型面和补孔的片体缝合，使之成为一个片体。 ? 做箱体包裹整个产品，用5缝好的片体分割。 ? 分出上下模具后，看是那个与产品重合，重合的那边用产品求差就可以了。 6. 开发解决方案 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。 UG主要客户包括，通用汽车，通用电气，福特，波音麦道，洛克希德，劳斯莱斯，普惠发动机，日产，克莱斯勒，以及美国军方。几乎所有飞机发动机和大部分汽车发动机都采用UG进行设计，充分体现UG在高端工程领域，特别是军工领域的强大实力。在高端领域与CATIA并驾齐驱。 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第11页 第二章 图形绘制与工艺分析 2.1 图形绘制 此次毕业设计是根据下图进行绘制和自动编程。该螺纹圆弧轴为典型的轴类回转体零件，利用旋转实体特征工具，很容易构建其主体部分。轴上细微结构如倒角、槽、螺纹等都可以运用相应的特征工具创建。如图2-1所示。 图2-1 2.2 UGNX5.0的基本设置 2.2.1 启动UGNX5.0 双击桌面快捷图标，启动UGNX5.0，并设置角色为“具有完整菜单高级功能”。如图2-2所示。 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第12页 图2-2 2.2.2 创建建模环境 在UGNX5.0窗口中选择【文件】?【新建】命令或单击新建图标 打开【文件新建】对话框，选择【模型】选项卡，输入文件名“yuanhuzou.prt”，文件夹路径为【默认】?【确定】，进入建模环境。如图2-3和2-4所示。 图2-3 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第13页 图2-4 2.2.3 基本自定义设置 1. 工作区背景颜色设置 在UGNX5.0窗口中选择【首选项】?【可视化】?【编辑颜色】，将背景颜色修改为白色?【确定】，完成工作区背景颜色的设置。如图2-5所示。 图2-5 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第14页 2. 用户界面设置 在UGNX5.0窗口中选择【首选项】?【用户界面】?【常规】，取消追踪在追踪条中的光标位置?【确定】，完成用户界面的设置。如图2-6所示。 图2-6 3. 草图设置 在UGNX5.0窗口中选择【首选项】?【草图】?【常规】，将小数位数设置为“1”， 将尺寸标签设置为“值” ?【确定】，完成草图的设置。如图2-7所示。 图2-7 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第15页 2.3 绘制草图 单击按钮进入草图绘图环境，选择X-Y平面,点击确定，设置为绘制零件的草图平面，方便我们绘图零件图形。如图2-8所示。 图2-8 1(绘制草图 选择绘图按钮，在图中随意绘出我们需要的大概的轮廓。如图2-9所示。 图2-9 2(约束草图 选择(自动判断尺寸)(它是通过选定的对象和光标的位置自动判断尺寸类型 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第16页 来创建尺寸约束)和(约束)将几何约束添加到草图几何图形中，这些指定并保持用于草图几何图形之间的条件。下面就是经过约束后得到的零件的轮廓图形。如图2-10所示。 图2-10 2.4 零件实体建模 1. 零件实体建模 绘制好草图后，使用回转命令，在下图回转对话框里设置回转参数。如图2-11所示。 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第17页 图2-11 选择零件的外轮廓曲线，再选择回转轴X轴，指定旋转角度为360?，然后确定。建立好我们所需的实体外轮廓模型。如图2-12、2-13所示。 图2-12 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第18页 图2-13 2. 绘制倒角 单击【倒斜角】特征工具图标，分别对右边的M20和左边的?32的边界进行到角，设置倒角距离为2mm，完成实体倒斜角。如图2-14(a、b)所示。 图2-14(a) 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第19页 图2-14(b) 3. 绘制螺纹 用建立好的外轮廓模型攻出零件的螺纹，选择【插入】?【特征设计】?【螺纹】，如图2-15所示。 图2-15 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第20页 接着【选择放置面】?【设置螺纹类型】?“详细” ? 【输入参数】?【选择起始面】?【确定】?完成螺纹的绘制。如图图2-16(a、b) 图2-16(a) 图2-16(b) 最后单击保存文件命令，完成零件实体建模。 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第21页 第三章 零件加工 3.1 零件的工艺分析 3.1.1 毛坯选择 该工件毛坯选用?40×120的45钢圆棒料。45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜，经过调质(或正火)后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45,52HRC，广泛应用于机械制造行业。 3.1.2 机床和夹具的选择 该零件属于典型的轴类零件，适合采用数控车床进行加工。数控车床多采用三爪自 定心卡盘夹持工件，还可使用尾座顶尖支持工件。三爪自定心卡盘的三个卡爪是同步运动的，装、卸工件方便、省时，能自动定心，一般不需人工找正。但其夹紧力较小，所以适用于装夹外形规则的中、小型工件。 3.1.3 刀具选择及切削用量 刀具的选择及切削用量的确定，根据加工内容确定。如下表所示。 序号 刀具号 刀具材料 加工面 主轴转速(r/min) 进给速度(mm/min) 1 T0101 左端面外圆粗车 1000 150 2 T0102 左端面外圆精车 1200 80 硬 3 T0103 右端面外圆粗车 1000 150 质 合 4 T0104 右端面外圆精车 1200 80 金 5 T0105 3mm切槽刀 400 40 6 T0106 60?螺纹刀 400 40 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第22页 3.1.4 零件加工工艺路线 制定加工工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证，尽量使工序集中。除此之外，还要考虑经济效率，降低生产成本。编程时，加工路线的确定应注意一下几点: (1)应能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求; (2)应尽量缩短加工路线，减少刀具空运行时间; (3)应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量。 1(零件左端工艺路线 工步 工步内容 工步图 说明 1 外圆轮廓粗车 留0.5mm余量 2 外圆轮廓精车 达到尺寸要求 2(零件右端工艺路线 工步 工步内容 工步图 说明 1 外圆轮廓粗车 留0.5mm余量 2 外圆轮廓精车 达到尺寸要求 3 切槽 槽底暂停2秒 4 车螺纹 达到尺寸要求 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第23页 3.2 编制零件刀具路径 启动UGNX5.0，并调用部件文件yuanhuzou.prt,进行刀具路径的编制。 3.2.1 加工初始化设置 单击【开始】?【加工】按钮，弹出【加工环境】对话框，选择车削加工(turning)模块，单击【初始化】，进入加工环境界面。如图3-1所示。 图3-1 3.2.2 创建加工几何体 1(创建加工截面 (1)隐藏螺纹实体，首先把建立好的轮廓线移动到图层3里，把图层3里的图素设为不可见。如图3-2所示。 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第24页 图3-2 (2)再打开(工作层)，作为加工图层，点击确定。如图3-3所示。创建加工坐标系 图3-3 (3)选用【工具】?【车加工横截面】，弹出【车加工横截面】对话框，选择实体，单击全剖，最后单击剖切平面图标并【确定】。如图3-4所示。 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第25页 图3-4 (4)隐藏实体，完成车加工横截面的创建。如图3-5所示。 图3-5 2(创建加工坐标系 将操作导航器切换至几何视图，双击“MCS_SPINDLE”，弹出“坐标系”对话框,指定车削工作面为“ZM—XM”平面，点击【确定】，完成加工坐标系的创建。如图3-6所示。 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第26页 图3-6 3.2.3 创建刀具 1( 按照加工刀具、切削用量表，需要创建6把刀具。将操作导航器切换至机床视图，单击【创建刀具】图标，弹出“创建刀具”对话框，选取“OD_80_L”左外圆粗车刀，单击【应用】按钮，弹出“车刀标注”对话框，设置刀具参数，单击【确定】按钮，完成左外圆粗车刀具的创建。(右外圆粗车刀“OD_80_R的创建方法一样。)如图3-7所示。 图3-7 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第27页 2(同样操作，创建左外圆精车刀(刀具名:OD_55_L)、螺纹刀(刀具名: OD_THREAD_L)、切槽刀(刀具名:OD_GROOVE_L;刀宽:3mm)(右外圆精车刀 同理)。如图3-8所示。 图3-8 3.3 粗加工左端轮廓 3.3.1 创建部件边界和材料边界 将操作导航器切换至几何视图，双击“TURNING_WORKPIECE”,弹出“TumBnd”车削边界对话框。如图3-9所示 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第28页 图3-9 单击“指定部件边界”图标，弹出“部件边界”对话框，单击过滤器类型【曲线边界】图标在已经创建的车削截面中自右向左选取边界线条，单击【确定】，完成外圆部件边界的创建;单击“指定毛坯边界”，弹出“选择毛坯”对话框，单击棒料图标，设置点位置为“在主轴箱处”，输入棒料长度:84，直径:40，单击“选择”按钮，弹出“点构造器”对话框，鼠标选定轴的左端中心处，“点构造器”对话框显示X、Y、Z绝对坐标(-65,0,0)，将-65改为-84，单击【确定】按钮，返回“选择毛坯”对话框，单击“显示毛坯”，屏幕显示出毛坯边界线框，再次单击【确定】按钮，完成毛坯部件边界的创建。如图3-10所示。 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第29页 图3-10 3.3.2 创建基本设置 单击右键选择【插入】?【操作】，弹出“创建车削操作”对话框，选择外圆粗车 ，粗加工刀具选择“OD_80_L”。如图3-11所示。 图3-11 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第30页 3.3.3 切削模式设置 单击【确定】，弹出“粗车OD”对话框，设置切削策略为“单向线性切削”，切削深度为平均值(最小值0，最大值2)层角度为0?。如图3-12所示。 图3-12 3.3.4 参数设置 1. 空间参数设置 单击【空间范围】，弹出“几何空间范围”对话框，在“修剪平面”对话框中选择修剪“轴向2”，点击“轴向2”弹出“点坐标构造器”对话框，通过“自动判断的点”选取圆弧轴左端的最高点，完成切削范围的选取。如图3-13所示。 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第31页 图3-13 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第32页 2. 点击显示按钮，显示出车削的加工范围。如图3-14所示。 图3-14 3. 避让参数设置 单击【避让】，弹出“避让参数”对话框，在“逼近”选项卡中，设置出发点(FR)为:(X-134，Y50);起点(ST)为:(X-86，Y20)。在“分离”选项卡中，设置返回点(RT)为:(X-70，Y20);回零点(CH)为:(X-134，Y50)。(在设置避让参数时，要合理的设置对出发点、运动的距离等参数，防止刀具过切或撞刀等。)如图3-15所示。 图3-15 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第33页 4. 切削参数设置 单击【进给率】，弹出“进给和速度”对话框里，设置主轴转速1000，主轴转速输出模式:rpm;进给率150mmpm。单击【确定】，并返回对话框，单击【余量】弹出“余量”对话框，设置切削余量:0.2mm;单击【确定】。(给工件留少量的余量，是让精车刀车削时表面粗糙度更小，表面更光滑美观。)如图3-16所示。 图3-16 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第34页 5. 生成刀具路径 参数设置完以后点击按钮。显示出左端外轮廓粗加工的刀具路径。点击确定。如图3-17所示。 图3-17 3.4 精加工左端轮廓 3.4.1 创建基本设置 单击右键“TURNING_WORKPIECE”，弹出快捷菜单，从【插入】菜单下单击【操作】，弹出“创建车削操作”对话框，选择外圆精车，精加工刀具选择“OD_55_R”。如图3-18所示。 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第35页 图3-18 图3-19 3.4.2 设置车削模式 单击【确定】，弹出“精车OD”对话框，设置切削策略为“全部完成”，切削角度为0?。如图3-19所示。 3.4.3 设置切削参数 单击【进给率】，弹出“进给和速度”对话框里，设置主轴转速1200，主轴转速输出模式:rpm;进给率80mmpm。单击【确定】。如图3-20所示。 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第36页 图3-20 3.4.4 避让设置 单击【避让】，弹出“避让参数”对话框，在“逼近”选项卡中，设置出发点(FR)为:(X-134，Y50);起点(ST)为:(X-86，Y14)。在“分离”选项卡中，设置返回点 -72，Y20);回零点(CH)为:(X-134，Y50)。(在设置避让参数时，要合(RT)为:(X 理的设置对出发点、运动的距离等参数，防止刀具过切或撞刀等。)如图3-21所示。 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第37页 图3-21 3.4.5 生成刀具路径 参数设置完以后点击按钮。显示出左端外轮廓粗加工的刀具路径。点击确定。如图3-22所示。 图3-22 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第38页 3.5 粗加工右端轮廓 3.5.1 创建基本设置 单击右键选择【插入】?【操作】，弹出“创建车削操作”对话框，选择外圆粗车，粗加工刀具选择“OD_80_L”。。如图3-23所示。 图3-23 图3-24 3.5.2 切削模式设置 单击【确定】，弹出“粗车OD”对话框，设置切削策略为“单向线性切削”，切削深度为平均值(最小值0，最大值2)层角度为0?。如图3-24所示。 3.5.3 空间范围设置 单击【空间范围】，弹出“几何空间范围”对话框，在“修剪平面”对话框中选择修剪“轴向2”，点击“轴向2”弹出“点坐标构造器”对话框，通过“自动判断的点”选取圆弧轴右端的最高点，完成切削范围的选取。如图3-25所示。 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第39页 图3-25 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第40页 点击显示按钮，显示出车削的加工范围。如图3-26所示。 图3-26 3.5.4 避让设置 单击【避让】，弹出“避让参数”对话框，在“逼近”选项卡中，设置出发点(FR)为:(X50，Y50);起点(ST)为:(X30，Y30)。在“分离”选项卡中，设置返回点(RT)为:(X-72，Y20);回零点(CH)为:(X50，Y50)。(在设置避让参数时，要合理的设置对出发点、运动的距离等参数，防止刀具过切或撞刀等。)如图3-27所示。 图3-27 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第41页 3.5.5 切削参数设置 单击【进给率】，弹出“进给和速度”对话框里，设置主轴转速1000，主轴转速输出模式:rpm;进给率150mmpm。单击【确定】，并返回对话框，单击【余量】弹出“余量”对话框，设置切削余量:0.2mm;单击【确定】。(给工件留少量的余量，是让精车刀车削时表面粗糙度更小，表面更光滑美观。)如图3-28所示。 图3-28 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第42页 3.5.6 生成刀具路径 参数设置完以后点击按钮。显示出左端外轮廓粗加工的刀具路径。点击确定。如图3-29所示 图3-29 3.6 精加工右端轮廓 3.6.1 创建基本设置 单击右键“TURNING_WORKPIECE”，弹出快捷菜单，从【插入】菜单下单击【操作】，弹出“创建车削操作”对话框，选择外圆精车，精加工刀具选择“OD_55_L”。如图3-30所示。 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第43页 图3-30 图3-31 3.6.2 设置车削模式 单击【确定】，弹出“精车OD”对话框，设置切削策略为“全部完成”，切削角度为180?。如图3-31所示。 3.6.3 切削参数设置 单击【进给率】，弹出“进给和速度”对话框里，设置主轴转速1200，主轴转速输出模式:rpm;进给率80mmpm。单击【确定】。如图3-32所示。 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第44页 图3-32 3.6.4 避让设置 单击【避让】，弹出“避让参数”对话框，在“逼近”选项卡中，设置出发点(FR)为:(X50，Y50);起点(ST)为:(X2，Y8)。在“分离”选项卡中，设置返回点(RT)为:(X-72，Y20);回零点(CH)为:(X50，Y50)。(在设置避让参数时，要合理的设置对出发点、运动的距离等参数，防止刀具过切或撞刀等。)如图3-33所示。 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第45页 图3-33 3.6.5 生成刀具路径 参数设置完以后点击按钮。显示出左端外轮廓粗加工的刀具路径。点击确定。如图3-34所示。 图3-34 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第46页 3.7 加工退刀槽和U形槽 U形槽和退刀槽方法一样 3.7.1 创建基本设置 单击右键“TURNING_WORKPIECE”，弹出快捷菜单，从【插入】菜单下单击【操作】，弹出“创建车削操作”对话框，选择切槽，其它参数设置如图3-35所示。 图3-35 图3-36 3.7.2 设置切削模式 单击【确定】，弹出“切槽OD”对话框，设置切削策略为“单向插铣”，切削最大步长为75%。如图3-36所示。 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第47页 3.7.3 设置切削空间范围 单击【空间范围】，弹出“几何空间范围”对话框，在轴1和轴2中分别选取槽的两侧端点(-19，-16)，完成切削范围的选取。如图3-37所示。 图3-37 3.7.4 避让设置 单击【避让】，弹出“避让参数”对话框，在“逼近”选项卡中，设置出发点(FR)为:(X50，Y50);起点(ST)为:(X-19，Y15)。在“分离”选项卡中，设置返回点(RT)为:(X-19，Y15);回零点(CH)为:(X50，Y,50)。(在设置避让参数时，要合理的设置对出发点、运动的距离等参数，防止刀具过切或撞刀等。)如图3-38所示。 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第48页 图3-38 3.7.5 切削参数设置 单击【进给率】，弹出“进给和速度”对话框里，设置主轴转速400，主轴转速输出模式:rpm;进给率40mmpm。单击【确定】。如图3-39所示。 图3-39 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第49页 3.7.6 生成刀具路径 参数设置完以后点击按钮。显示出左端外轮廓粗加工的刀具路径。点击确定。如图3-40所示。 图3-40 3.8 车螺纹 3.8.1 创建基本设置 单击右键“TURNING_WORKPIECE”，弹出快捷菜单，从【插入】菜单下单击【操作】，弹出“创建车削操作”对话框，选择切槽，其它参数设置如图3-41所示。 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第50页 图3-41 图3-42 3.8.2 设置螺纹切削区域 单击【确定】，弹出“螺纹OD”对话框，单击【选择】，拾取螺纹轴断右端，完成螺纹车削区域的选取(图上显示:Start、End)。设置偏置/终止线的“开始”和“终点”分别为2mm、2mm。如图3-42所示。 3.8.3 设置螺纹参数 单击【设置】，弹出“螺纹总深度”对话框，设置深度为1.1375mm;螺纹角为180?.再次单击【设置】，在“可变增量”对话框中设置螺纹背吃刀量和进刀次数。如图3-43所示。 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第51页 图3-43 米制螺纹进给次数与背吃刀量参照下表设置 3.8.4 设置切削参数 单击，弹出“进给和速度”对话框，设置主轴转速输出模式:rpm，主轴转速:400。单击【确定】，返回“螺纹OD”对话框，单击【避让】，弹出“避让参数”对话框，在“逼 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第52页 近”选项卡中，设置出发点(FR)为:(X50，Y50);起点为(ST)(X3，Y10)。在“分离”选项卡中，设置返回点(RT)为:(X-17，Y12);回零点(CH)为:(X50，Y50)。如图3-44所示。 图3-44 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第53页 3.8.5 生成刀具路径 指定螺距为1.75mm，完成参数设置，单击按钮，系统自动计算出刀具路径。 -45所示。如图3 图3-45 3.9 实体切削验证 打开实体模型，隐藏曲线，全选所有刀具路径，点击校验刀轨图标，选择对话框里的【3D动态】，进行实体切削验证，并打开图形的实体模型，那样更能清晰、明了的看清车削的效果。如图3-46所示。 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第54页 图3-46 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第55页 3.10 后置处理生成数控程序 1(将操作导航器切换至程序顺序视图，全选所有刀具路径，点击鼠标右键，选择后处理，弹出“后处理”对话框，选择后处理器为“LATHE_2_AXIS_TOOL_TIP”。文件名为\ug\abc，单位为公制/部件，点击【确定】，生成数控加工程序。如图3-47所示。 图3-47 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第56页 2(点击【文件】?【另存为】，给定文件名，比如“abc”，完成程序的保存;通过“传输工具”将程序传输至数控机床，即可调用程序完成零件的数控加工。如图3-48所示 图3-48 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第57页 结 论 毕业设计是对大学三年所学知识的一次综合复习与考查，是理论联系实际的一个过程，是培养我们能力的最后一个实践性的学习环节。 本次毕业设计通过应用UG对圆弧轴零件进行二维绘图、三维建模、拟定工艺路线、编制刀具路径、实体切削验证、导出数控加工程序等多方面的操作，培养了我综合运用所学的基础理论知识，专业技术知识和实践技能去分析和解决实际工作中的一般工程技术问题的能力，使我建立了正确的设计思想，学会如何了把三年所学的理论知识运用到实际工作中去。通过这次毕业设计让我更加牢固的掌握了UG的基本功能、特点及其应用，扩大和深化了我所学的基本理论知识和专业技能，提高了我产品设计，零件制图，工艺分析，编写设计说明书以及正确使用技术资料和标准手册等工具书的能力。 通过应用UG对圆弧轴零件的加工可以看出，使用CAD/CAM/CAE等计算机辅助软件可快速的完成零件的分析、绘图、建模，以及刀具路径和程序的生成，从而实现机械制造的高度自动化，达到优化企业产品开发流程，缩短产品上市时间、降低成本、提高产品的设计和制造质量。 通过这次毕业设计增加了我的学习兴趣，自学能力得到了很大的提高，还体会到了只要我们认真、仔细的做任何事情，遇到的问题都是可以解决的。通过这次毕业设计，我的自信也得到了很大的提高。 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第58页 致 谢 在此次毕业设计和论文写作过程中，我通过查资料和收集相关文献，使我增长了不少的知识，从被动的学习变为了主动的学习。增强了自学能力和动手能力，在学习上有很大的突破。学习要有好奇心和耐心，遇到问题也要有毅力去解决它，相信总会找到解决问题的办法。而且还要学会与人合作，共同探讨和解决问题，这样做起事情来会事半功倍。 在这次毕业设计和论文写作中，谨向我尊敬的指导老师 致以诚挚的谢意和崇高的敬意。无论是程序的编写还是论文的撰写，孔老师都将他的知识与经验心得毫不保留的传授给我们，给予我真诚的鼓励、中肯的建议和悉心的指导，他以严谨的治学作风给予我深深地影响促使我在整个毕业设计过程中精益求精。另外，我还要感谢在大学期间所有传授我知识的老师，是你们的精心教导使我有了良好的专业知识，这也是这次论文得以完成的基础。其次，还要感谢此次毕业设计和论文写作中，给予我鼓励和帮助的同学。最后，我再次衷心的感谢所有关心、支持、帮助过我的老师和同学，祝你们身体健康、工作顺利、幸福平安。 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第59页 参考文献 [1] 詹华西编(数控加工与编程( 西安:西安电子科技大学出版社(2004 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UG NX 数控编程. 北京:清华大学出版社. 2004 [7] 数控车床编程与操作基础( 武汉:武汉华中数控股份有限公司.2005 [8] 曾向阳 (UG NX 高级实例. 武汉:电子工业出版社(2004 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第60页 内部资料， 请勿外传～ 四川科技职业学院毕业设计(论文) 第61页 A tjA(万kWh)b'bashfP'shfPshg1Pd'e'e'Pshg1cdPq