【正文】 1. 3 UGNX 軟件的主要功能 隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制造技術(shù)的飛速發(fā)展，工程設(shè)計(jì)業(yè)和制造業(yè)的內(nèi)涵及其相關(guān)技術(shù)已經(jīng)發(fā)生了深刻變化，這一點(diǎn)在機(jī)械工程領(lǐng)域里的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和功能設(shè)計(jì)方面表現(xiàn)尤為顯著。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、三維造型技術(shù)、參數(shù)設(shè)計(jì)技術(shù)等新概念已滲透到傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中來，相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程控刀具 軌跡設(shè)定和計(jì)算機(jī)自擇加工工藝參數(shù)等新方法正發(fā)揮著前所未有的作用，推動(dòng)著工程設(shè)計(jì)技術(shù)和制造技術(shù)的發(fā)展。 目前，機(jī)械工程領(lǐng)域使用的 CAD/CAM 軟件 比較多 ，而 UG 軟件能夠在其中脫穎而出主要是因?yàn)樗哂凶吭降?CAD/CAM 功能。在造型功能方面，除卻其他軟件所具有的通用功能外，它還擁有靈活的復(fù)合建模、齊備的仿真照相、細(xì)膩的動(dòng)畫渲染和快速的原型工具，僅復(fù)合建模就可讓用戶在實(shí)體建模（ Solid）、曲面建模(Surface)、線框建模 (Wireframe)和基于特征的參數(shù)建模中任意選擇，使設(shè)計(jì)者可根據(jù)工程設(shè)計(jì)實(shí)際情況確 定最佳建模方式，從而得到最佳設(shè)計(jì)效果。在加工功能方面， UG 軟件針對(duì)計(jì)算機(jī)輔助制造的實(shí)用性、適應(yīng)性和效能性，通過覆蓋制造過程，實(shí)現(xiàn)制造的自動(dòng)化、集成化和用戶化，從而在產(chǎn)品制造周期、產(chǎn)品制造成本和產(chǎn)品制造質(zhì)量諸方面都給用戶提供了極大的收益。 UG 軟件的強(qiáng)大功能為人們進(jìn)行各種復(fù)雜零件的虛擬現(xiàn)實(shí)造型和虛擬現(xiàn)實(shí)制造提供了幫助。 7 本論文研究的主要內(nèi)容及意義 本論文根據(jù)典型零件圖，基于 UG NX 軟件，詳細(xì)闡述了產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的過程，模擬加工的方法與步驟。通過制訂了數(shù)控加工工藝方案和刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的效驗(yàn)，并生成 NC 代 碼，用于數(shù)控機(jī)床加工， 為使用 UG NX 軟件進(jìn)行同類產(chǎn)品設(shè)計(jì)與加工提供有益的參考。 8 第 2 章 零件的三維造型設(shè)計(jì) 2． 1 幾何造型技術(shù) 幾何造型是指將點(diǎn)、線、面、體等幾何元素，經(jīng)過平移、旋轉(zhuǎn)等幾何變換和并、交、差等集合運(yùn)算，產(chǎn)生實(shí)體造型。幾何造型技術(shù)作為 CAD/CAM 技術(shù)的基礎(chǔ)，在機(jī)械工程領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛。各種機(jī)械設(shè)計(jì)均可采用幾何造型技術(shù)建立計(jì)算機(jī)模型，在汽車車身、輪船船體及飛機(jī)機(jī)身等設(shè)計(jì)中不僅可以代替實(shí)物模型的制作，而且可以大大縮短設(shè)計(jì)周期，節(jié)省人力、物力。下 面介紹實(shí)體造型的參數(shù)化技術(shù)、變量化造型技術(shù)和特征造型技術(shù)。 一、參數(shù)化造型技術(shù) 早期的 CAD 系統(tǒng)是利用固定的尺寸值來定義幾何元素，輸入的每一條線都是確定的位置，但不包括產(chǎn)品圖形內(nèi)在的尺寸約束、拓?fù)浼s束及工程約束（如應(yīng)力、性能約束等）。因此，當(dāng)要想修改實(shí)體的結(jié)構(gòu)形狀時(shí)，只有重新造型。這不僅使設(shè)計(jì)人員投入相當(dāng)?shù)木τ糜谥貜?fù)勞動(dòng)，而且這種重復(fù)勞動(dòng)的結(jié)果并不能反映設(shè)計(jì)人員對(duì)產(chǎn)品的本質(zhì)構(gòu)思和意圖。而新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，不可避免地要經(jīng)歷多次反復(fù)的修改，進(jìn)行零件形狀和尺寸的綜合協(xié)調(diào)、優(yōu)化。對(duì)于定型產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，需要形成系列，以便 針對(duì)生產(chǎn)特點(diǎn)和應(yīng)用需求提供不同型號(hào)規(guī)格的產(chǎn)品。這些都需要產(chǎn)品的設(shè)計(jì)圖可以隨著某些結(jié)構(gòu)尺寸的修改或規(guī)格系列的變化而自動(dòng)修改圖形。 參數(shù)化造型是先建立圖形與尺寸參數(shù)之間的約束關(guān)系，然后使用約束來定義和修改幾何模型。這些尺寸約束及拓?fù)浼s束反映了設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的因素。實(shí)現(xiàn)參數(shù)化的一組參數(shù)與這些約束保持一定的關(guān)系，初始設(shè)計(jì)的實(shí)體自然要滿足這些約束，而當(dāng)輸入新的參數(shù)值時(shí)，也將保持這些約束關(guān)系并獲得一個(gè)新的造型。 參數(shù)化造型系統(tǒng)也稱為尺寸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它只考慮物體的幾何約束（尺寸約束和拓?fù)浼s束），而不考慮工程約束。設(shè)計(jì)對(duì)象的結(jié) 構(gòu)形狀比較定型，可以用一組參數(shù)來約定尺寸關(guān)系。參數(shù)與設(shè)計(jì)對(duì)象的控制尺寸有明顯的對(duì)應(yīng)，參數(shù)的求解較簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)結(jié)果的修改受到尺寸驅(qū)動(dòng)。 尺寸驅(qū)動(dòng)的幾何模型由幾何元素、尺寸約束和拓?fù)浼s束三部分組成。當(dāng)修改某一尺寸時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)檢索該尺寸在尺寸鏈中的位置，找到它的起始幾何元素和終止幾何元素，使它們按新尺寸值進(jìn)行調(diào)整，得到新模型；接著檢查所有幾何元素是否滿足約束，如不滿足，則保持拓?fù)浼s束不變，按尺寸約束修改幾何模型，直至全部滿足約束條件為止。 二、變量化造型技術(shù) 參數(shù)化造型技術(shù)具有基于特征、全尺寸約束、尺寸驅(qū)動(dòng)幾何形狀 修改、全數(shù) 9 據(jù)相關(guān)的特點(diǎn)，全尺寸約束既不能漏注尺寸（欠約束）又不能多注尺寸（過約束），全數(shù)據(jù)相關(guān)指一個(gè)參數(shù)的修改導(dǎo)致其它相關(guān)尺寸全部更新。變量化造型技術(shù)是在參數(shù)化造型技術(shù)的基礎(chǔ)上又做了進(jìn)一步修改后提出的設(shè)計(jì)思想，變量化造型既保留了參數(shù)化造型基于特征、尺寸驅(qū)動(dòng)幾何形狀修改、全數(shù)據(jù)相關(guān)的優(yōu)點(diǎn)，又在約束定義方面做了根本性的改變。變量化造型將幾何約束中的尺寸約束和拓?fù)浼s束分開處理，不苛求全約束，并增加了工程約束。 在新產(chǎn)品開發(fā)初期，設(shè)計(jì)者對(duì)各幾何形狀的準(zhǔn)確尺寸和各幾何形狀之間嚴(yán)格的尺寸定位關(guān)系還很難完全確定，自然希望 欠約束的存在。此外，也很難決定整個(gè)零件的尺寸基準(zhǔn)及參數(shù)控制方式。變量化造型技術(shù)的指導(dǎo)思想就是：設(shè)計(jì)者可以采用先形狀后尺寸的設(shè)計(jì)方式，允許采用不完全尺寸約束，只給出必要的設(shè)計(jì)條件。變量化造型過程類似于工程師在腦海里思考設(shè)計(jì)方案的過程，滿足設(shè)計(jì)要求的幾何形狀是第一位的，尺寸細(xì)節(jié)是后來才逐步精確、完善的。設(shè)計(jì)過程相對(duì)自由寬松，設(shè)計(jì)者有更多的時(shí)間和精力去考慮設(shè)計(jì)方案，這符合創(chuàng)造性思維規(guī)律。變量化造型技術(shù)可進(jìn)行任意約束情況下的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，不僅可以實(shí)現(xiàn)尺寸驅(qū)動(dòng)，還可以實(shí)現(xiàn)約束驅(qū)動(dòng)，即由工程關(guān)系驅(qū)動(dòng)幾何形狀的改變，比較適合 產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)。 變量化造型的原理如圖 21 所示。圖中：幾何元素指構(gòu)成實(shí)體的直線、圓等幾何圖形要素；幾何約束包括尺寸約束及拓?fù)浼s束；尺寸值指每次賦給的一組具體值；工程約束表達(dá)設(shè)計(jì)對(duì)象的原理、性能等；約束管理用來確定約束狀態(tài)，識(shí)別欠約束和過約束等問題；約束網(wǎng)絡(luò)分解是將約束劃分為較小的方程組，通過采用代數(shù)聯(lián)立方程求解或推理方法逐步求解得到每個(gè)幾何元素特定點(diǎn)的坐標(biāo)，從而得到一個(gè)具體的幾何模型。 圖 21 變量化造型的原理 三、特征造型技術(shù) 現(xiàn)實(shí)世界的物體具有三維形狀和質(zhì)量， 因而三維實(shí)體造型可以更加真實(shí)、完整、清楚地描述物體，其利用計(jì)算機(jī)技術(shù)存儲(chǔ)物體的幾何信息和拓?fù)湫畔?，代表?CAD/CAM 技術(shù)的主流。 實(shí)體造型技術(shù)是 20 世紀(jì) 70 年代后期、 80 年代初期逐步發(fā)展完善并推向市場(chǎng)的。實(shí)體造型是利用一些基本體素，如長(zhǎng)方體、圓柱體、球體、錐體、圓環(huán)體以及平面輪廓掃掠體等通過布爾運(yùn)算生成復(fù)雜形體的一種造型技術(shù)。實(shí)體造型主要包括兩部分內(nèi)容，即體素的定義和描述、體素之間的布爾運(yùn)算（交、并、差）。體 10 素是一種簡(jiǎn)單的幾何形體，它們可以通過少量參數(shù)進(jìn)行描述，例如長(zhǎng)方體可以通過長(zhǎng)、寬、高定義形狀。 目前 的許多 CAD/CAM 軟件都是一種基于特征的實(shí)體造型工具。它可以按照直觀的過程創(chuàng)建機(jī)械零件的三維實(shí)體模型，且能自動(dòng)生成與該模型相關(guān)聯(lián)的二維工程圖。構(gòu)造三維實(shí)體模型的過程稱為特征造型，造型的結(jié)果稱為幾何造型?；谔卣鞯膶?shí)體造型過程除了要用到參數(shù)化造型技術(shù)、變量化造型技術(shù)之外，還要用到特征造型技術(shù)和數(shù)據(jù)庫聯(lián)動(dòng)技術(shù)。 特征的概念很廣，在此僅限于討論幾何特征，特征指可以用參數(shù)驅(qū)動(dòng)的實(shí)體模型，其滿足下列條件： （ 1）是一個(gè)實(shí)體或零件中的具體構(gòu)成之一。 （ 2）能對(duì)應(yīng)于某一形狀。 （ 3）具有工程上的意義（即與加工方法的一定 對(duì)應(yīng)關(guān)系）。 （ 4）性質(zhì)是可以預(yù)料的。 零件的幾何模型可以看成是由一系列的特征堆積而成，改變特征的形狀和位置，就可以改變零件的幾何模型。 2． 2 結(jié)構(gòu)形狀分析與造型思路 一、零件結(jié)構(gòu)形狀分析 圖 22 所示為零件圖，該零件有面倒圓，軟倒圓，圓。 圖 22 零件的結(jié)構(gòu)圖 11 二、造型思路 （ 1） 做一個(gè) φ 80 的 圓 并倒角 R8 的 6 邊形 拉伸成高 20 的 6 邊體 ； （ 2） 做 φ 54 的 凸 圓造型 （ 3）做一個(gè) 高 15 的 凸臺(tái) 造型 ； 并做布爾并 2． 3 三維造型設(shè)計(jì) 一 以 為名新建文件 打開軟件 ,點(diǎn)擊新建圖標(biāo)，在文件名空白中輸入 xx,單位選擇毫米，點(diǎn)擊 OK 鍵即可建立以 為名的新文件 ,如圖 23。 如圖 23 二 1 繪制半徑 40 的圓 ,6 個(gè)半徑 8 的圓 ,并與圓相切 點(diǎn)草圖，在 xy 平面創(chuàng)建草圖 ,點(diǎn)擊圓在原點(diǎn)畫半徑 40 的圓，在做一條 x 軸虛線 y 軸虛線，畫個(gè)半徑 8 的圓，點(diǎn) 出現(xiàn)下拉菜單后點(diǎn)擊 變換，用直線與小圓相切，在修剪， 完成草圖繪制操作。如圖 24 所示。完成草圖，拉伸按圖紙要求繪制如圖 25 所示。 12 如圖 24 如圖 25 2 繪制 半徑 78 的定位點(diǎn)圓 點(diǎn)草圖，在 zx 平面創(chuàng)建草圖 ,畫 2 根 54/2 的直線，如圖 26 所示。做一條 z 軸虛線，在虛線上畫個(gè)半徑 78 的圓，約束與直線的點(diǎn)上，在修剪，如圖 27 所示。完成草圖，旋轉(zhuǎn)按圖紙要求繪制如圖 28 所示。 如圖 26 13 如圖 27 如圖 28 3 繪制 一個(gè)凸臺(tái) 點(diǎn) 基準(zhǔn)點(diǎn)創(chuàng)建坐標(biāo)系 z 軸上升 5， 點(diǎn)草圖，在 xy 平面創(chuàng)建草圖 , 在原點(diǎn)上下畫 37/2 的直線，約束在 y 軸上，在原點(diǎn)左右 畫 ，約束在 x 軸上，在 x 軸上， y 軸左右畫 2個(gè)半徑 81 的圓，約束在 ，在畫 2 個(gè)半徑為 的圓，約束修剪如圖 29 所示。點(diǎn) 出現(xiàn)下拉菜單后點(diǎn)擊 變換， 完成草圖繪制操作。如圖 210 所示。完成草圖，拉伸按圖紙要求繪制如圖 211 所示。 14 如圖 29 如圖 210 15 如圖 211 4 繪制 二個(gè)面倒圓 點(diǎn) 求和 ,把工件合為一體。 點(diǎn)擊 做 第 一 個(gè) 面 倒 圓 , 16 做第二個(gè)面倒圓。 如圖 212 所示。 如圖 212 17 第 3 章 基于 UG 的數(shù)控模擬加工 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(chǎn)生刀具路徑 ↓ 校核 ↓ 后處理 表 31 CAM 編程的一般步驟 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(shí)，要注意工件安裝，要放在鉗口中間部位。安裝臺(tái)虎鉗時(shí)要對(duì)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(shí)，要注意工件上浮。針對(duì)圖樣要求給出加工工序?yàn)?： 1， 粗 銑輪廓面 φ 10 的立銑刀 T01； 2 精 銑輪廓 面 φ 10 的立頭刀 T03 3 精 銑球面及圓角 φ 10 的圓 銑刀 T04 刀具選擇 加工中采用的刀具為： T01φ 8 的