【正文】 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。 （ 2）能對(duì)應(yīng)于某一形狀。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。實(shí)體造型是利用一些基本體素，如長方體、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)。 變量化造型的原理如圖 21 所示。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。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)的求解較簡單，設(shè)計(jì)結(jié)果的修改受到尺寸驅(qū)動(dòng)。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。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。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)。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。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。據(jù)報(bào)道，未來的 CAM 系統(tǒng)將能自動(dòng)生成圖文并茂的工藝指導(dǎo)文件，并能以超文本格式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)瀏覽。目前已有成熟的產(chǎn)品上市，并為北美、歐洲等發(fā)達(dá)國家的模具界所接受。 使相關(guān)性編程成為可能 尺寸相關(guān)、參數(shù)式設(shè)計(jì)等 CAD 領(lǐng)域的特性，有希望被引伸到 CAM 系統(tǒng)之中。 CAM 技 術(shù) 的 發(fā) 展 趨勢 CAM 技術(shù)的發(fā)展趨勢將體現(xiàn)在以下幾方面 ∶ 面向?qū)ο蟆⒚嫦蚬に囂卣鞯慕Y(jié)構(gòu)體系 ； 傳統(tǒng) CAM 曲面為目標(biāo)的體系結(jié)構(gòu)將被改變成面向整體模型（實(shí) 6 體）、面向工藝特征的結(jié)構(gòu)體系。 智能化 設(shè)計(jì)是一個(gè)含有高度智能的人類創(chuàng)造性活動(dòng)領(lǐng)域，智能 CAD 是 CAD發(fā)展的必然方向。 CAM 系統(tǒng)僅以 CAD 模型的局部幾何特征為目標(biāo)對(duì)象的基本處理形式，已經(jīng)成為智能化、自動(dòng)化水平進(jìn)一步發(fā)展的制約因素。 CAM 技術(shù)的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀 ：CAM 中的核心技術(shù)是數(shù)控技術(shù)，編制零件加工程序是數(shù)控技術(shù)應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)，靠手工編程無法滿足復(fù)雜零件數(shù)控加工的需求， 50 年代初期，美國開始了數(shù)控自動(dòng)編程技術(shù) APT 語言的研究，形成了早期的 CAM 系統(tǒng)；如 20 世紀(jì) 60 年代開發(fā)的編程機(jī)及部分編程軟件 ∶ FANUC、 Siemens 編程機(jī)。 CAD 體系結(jié)構(gòu)大體可分為基礎(chǔ)層、支撐層和應(yīng)用層三個(gè)層次。 60 年代 CAD 技術(shù)得到蓬勃發(fā)展并進(jìn)入應(yīng)用時(shí)期，這階段提出了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、交互技術(shù)、分層存儲(chǔ)符號(hào)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等新思想，從而為 CAD 技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用打下了理論基礎(chǔ)。是一種設(shè)計(jì)人員借助于計(jì)算審進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法。波音 777 新一代大型客機(jī)以 4 年半的周期研制成功，采用的新結(jié)構(gòu)、新發(fā)動(dòng)機(jī)、新的電傳操縱等 都是一步到位，立刻投入批量生產(chǎn)。所以，在實(shí)際應(yīng)用中，二者很自然地緊密結(jié)合起來，形成 CAD/CAM 系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)和制造的各個(gè)階段可利用公共數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，即通過公共數(shù)據(jù)庫將設(shè)計(jì)和制造過程緊密地聯(lián)系為一個(gè)整體。幾乎每一個(gè)現(xiàn)代制造企業(yè)都離不開大量的數(shù)控設(shè)備。數(shù)字化表示是指用數(shù)字形式為計(jì)算機(jī)所創(chuàng)建的設(shè)計(jì)對(duì)象生成內(nèi)部描述，象二維圖、三維線框、曲面、實(shí)體和特征模型；而數(shù)字化表現(xiàn)是指在計(jì)算機(jī)屏幕上生成真實(shí)感圖形、創(chuàng)建虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境進(jìn)行漫游 、多通道人機(jī)交互、多媒體技術(shù)等。對(duì)于制造行業(yè)，設(shè)計(jì)、制造水平和 產(chǎn)品的質(zhì)量、成本及生產(chǎn)周期息息相關(guān)。 關(guān)鍵詞： UG 三維造型 模擬加工 3 目 錄 第 1 章 緒論 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 4 CAD/CAM 與數(shù)字化設(shè)計(jì)制造 ………………………………………………………… 4 1 2 C A D / C A M 軟 件 介 紹 … … … … … … … … … … … … … … … … …… … … … … …… 5 UGNX 軟件的主要功能………………………………………………………………… 6 1． 4 本論文研究的主要內(nèi)容及意義…………………………………………………………… 7 第 2 章 基于 UG 的三維造型設(shè)計(jì) … … … … … … … … … … 8 2 ． 1 幾 何 造 型 技 術(shù) … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 8 2 . 2 結(jié)構(gòu)形狀分析與造型思路………… … … … … … … … … … 10 2 ． 3 三 維 造 型 設(shè) 計(jì) … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 11 第 3 章 基于 UG 的的數(shù)控模擬加工 ……………………………………17 3 ． 1 C A M 自 動(dòng) 編 程 的 一 般 步 驟 … ……… ……… ……… ……… ……… ……… …… 17 3 ． 2 工 藝 方 案 分 析 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 17 3 ． 3 創(chuàng) 建 毛 坯 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 18 3 ． 4 創(chuàng) 建 刀 具 、 方 法 和 幾 何 體 父 節(jié) 點(diǎn) 組 … … … … … … … … … … … … … … … … 18 3 ． 5 創(chuàng) 建 刀 具 軌 跡 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 19 3 ． 6 生 成 車 間 工 藝 文 件 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 24 3 ． 7 N C 程 序 的 輸 出 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 25 第 4 章 總結(jié) …………………………………………………35 參 考 文 獻(xiàn) … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 36 4 第 1 章 緒 論 1. 1CAD/CAM 與數(shù)字化設(shè)計(jì)制造 CAD/CAM（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及制造）與 PDM（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）構(gòu)成了一個(gè)現(xiàn)代制造型企業(yè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用的主干。 CAD 技術(shù)的首要任務(wù)是為產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)對(duì)象提供方便、高效的數(shù)字化表示和表現(xiàn)（ Digital Representation and Presentation）的工具。 CAM 與 CAD 密不可分，甚至比 CAD 應(yīng)用得更為廣泛。另一方面，數(shù)控技 術(shù)只有依靠設(shè)計(jì)系統(tǒng)產(chǎn)生的模型才能發(fā)揮其效率。 CAD/CAM 技術(shù)已經(jīng)是一個(gè)相當(dāng)成熟的技術(shù)。 5 1. 2CAD/CAM 軟件介紹 CAD/CAM 技術(shù)以計(jì)算機(jī)及周邊設(shè)備和系統(tǒng)軟件為基礎(chǔ)，它包括二維繪圖設(shè)計(jì)、三維幾何造型設(shè)計(jì)。 CAD 技術(shù)的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀 ： 50 60 年代初 CAD 技術(shù)處於準(zhǔn)備和醞釀時(shí)期，被動(dòng)式的圖形處理是這階段 CAD 技術(shù)的特征。 90 年代以后 CAD 技術(shù)進(jìn)入開放式、標(biāo)準(zhǔn)化、集成化和智能化的發(fā)展時(shí)期，這階段的 CAD 技術(shù)都具有良好的開放性，圖形接口、功能日趨標(biāo)準(zhǔn)化 。應(yīng)用層針對(duì)不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求，有各自的 CAD 專用軟件來支援相 應(yīng)的 CAD 工作。其特點(diǎn)是面向局部曲面的加工方式，表現(xiàn)為編程的難易程度與零件的復(fù)雜程度直接相關(guān)，而與產(chǎn)品的工藝特征、工藝復(fù)雜程度等沒有直接相關(guān)關(guān)系。目前，除了 CAD 支撐軟件逐步實(shí)現(xiàn) ISO 標(biāo)準(zhǔn)和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)外，面向應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)零部件庫、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方法已成為CAD 系統(tǒng)中的必備內(nèi)容，且向合理化工程設(shè)計(jì)的應(yīng)用方向發(fā)展。 CAD 的這 個(gè) 發(fā) 展 趨 勢 ， 將 對(duì) 信 息 科 學(xué) 的 發(fā) 展 產(chǎn) 生 深 刻 的 影 響 。同時(shí)也具有對(duì)工件包括夾具的防過切、防碰撞功能，提高操作的安全性，更符合高速加工的工藝要求，并開放工藝相關(guān)聯(lián)的工藝庫、知識(shí)庫、材料庫和刀具庫，使工藝知識(shí)積累、學(xué)習(xí)、運(yùn)用成為可能。由計(jì)算審自動(dòng)進(jìn)行工藝特征 ?工藝區(qū)域的重新判斷并全自動(dòng)處理，使相關(guān)性編程成為可能。較領(lǐng)先的 CAM 系統(tǒng)已經(jīng)具有 CAPP 開發(fā)環(huán)境或可編輯式工藝模板，可由有經(jīng)驗(yàn)的工藝人員對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)， CAM 系統(tǒng)可按工藝規(guī)程全自動(dòng)批次處理。 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。 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。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。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。 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。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。 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。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)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)。 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)展完善并推向市場的。 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。 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。 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。如圖 24 所示。完成草圖，旋轉(zhuǎn)按圖紙要求繪制如圖 28 所示。完成草圖，拉伸按圖紙要求繪制如圖 211 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。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