【正文】 … … … … … … … 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)計制造 CAD/CAM（計算機輔助設(shè)計及制造）與 PDM（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）構(gòu)成了一個現(xiàn)代制造型企業(yè)計算機應(yīng)用的主干。人工設(shè)計、單件生產(chǎn)這種傳統(tǒng)的設(shè)計與制造方式已無法適應(yīng)工業(yè)發(fā)展的要求。 CAD 技術(shù)的首要任務(wù)是為產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)對象提供方便、高效的數(shù)字化表示和表現(xiàn)（ Digital Representation and Presentation）的工具。 CAD 的概念不僅僅是體現(xiàn)在輔助制圖（圖形實現(xiàn)）方面 ,它更主要地起到了設(shè)計助手的作用，幫助廣大工程技術(shù)人員從繁雜的查手冊、計算中解脫出來。 CAM 與 CAD 密不可分，甚至比 CAD 應(yīng)用得更為廣泛。隨著對產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高，要高效地制造高精度的產(chǎn)品， CAM 技術(shù)不可或缺。另一方面，數(shù)控技 術(shù)只有依靠設(shè)計系統(tǒng)產(chǎn)生的模型才能發(fā)揮其效率。數(shù)控自動編程系統(tǒng)利用設(shè)計的結(jié)果和產(chǎn)生的模型，形成數(shù)控加工機床所需的信息。 CAD/CAM 技術(shù)已經(jīng)是一個相當(dāng)成熟的技術(shù)。飛機出廠后直接交付客戶使用，故障返修率幾乎為零。 5 1. 2CAD/CAM 軟件介紹 CAD/CAM 技術(shù)以計算機及周邊設(shè)備和系統(tǒng)軟件為基礎(chǔ)，它包括二維繪圖設(shè)計、三維幾何造型設(shè)計。其特點是將人的創(chuàng)造能力和計算審的高速運算能力、巨大存儲能力和邏輯判斷能力有審地結(jié)合起來。 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)備和醞釀時期，被動式的圖形處理是這階段 CAD 技術(shù)的特征。70 年代 CAD 技術(shù)進(jìn)入廣泛使用時期， 1970 年美國 Applicon 公司首先推出了面向企業(yè)的 CAD 商品化系統(tǒng)。 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 ?；A(chǔ)層由計算機及外圍設(shè)備和系統(tǒng)軟件組成。應(yīng)用層針對不同應(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。目前， CAM 技術(shù)已經(jīng)成為 CAX（ CAD、CAE、 CAM 等）體系的重要組成部分，可以直接在 CAD 系統(tǒng)上建立起來的參數(shù)化、全相關(guān)的三維幾何模型（實體＋曲面）上進(jìn)行加工編程，生成正確的加工軌跡。其特點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。只有采用面向模型、面向工藝特征的 CAM 系統(tǒng)，才能夠突破 CAM 自動化、智能化的 現(xiàn)有水 平。目前，除了 CAD 支撐軟件逐步實現(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)計的應(yīng)用方向發(fā)展。從人類認(rèn)識和思維的模型來看，現(xiàn)有的人工智能技術(shù)模擬人類的思維活動明顯不足。 CAD 的這 個 發(fā) 展 趨 勢 ， 將 對 信 息 科 學(xué) 的 發(fā) 展 產(chǎn) 生 深 刻 的 影 響 。系統(tǒng)將能夠按照工藝要求自動識別并提取所有的工藝特征及具有特定工藝特征的區(qū)域，使 CAD/ CAM 的集成化、自動化、智能化達(dá)到一個新的水平。同時也具有對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、知識庫、材料庫和刀具庫，使工藝知識積累、學(xué)習(xí)、運用成為可能。目前，以 Delcam 公司的 PowerMILL 及 WorkNC 為代表，采用面向工藝特征的處理方式，系統(tǒng)以工藝特征提取的自動化來實現(xiàn) CAM 編程的自動化。由計算審自動進(jìn)行工藝特征 ?工藝區(qū)域的重新判斷并全自動處理，使相關(guān)性編程成為可能。由 于 CAM 系統(tǒng)專業(yè)化、智能化、自動化水平的提高，將導(dǎo)致機側(cè)編程方式的興起，將改變 CAM編程與加工人員及現(xiàn)場分離的現(xiàn)象。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)驗的工藝人員對產(chǎn)品進(jìn)行工藝設(shè)計， CAM 系統(tǒng)可按工藝規(guī)程全自動批次處理。 1. 3 UGNX 軟件的主要功能 隨著計算機輔助設(shè)計和輔助制造技術(shù)的飛速發(fā)展，工程設(shè)計業(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，這一點在機械工程領(lǐng)域里的結(jié)構(gòu)設(shè)計和功能設(shè)計方面表現(xiàn)尤為顯著。 目前，機械工程領(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為它具有卓越的 CAD/CAM 功能。在加工功能方面， UG 軟件針對計算機輔助制造的實用性、適應(yīng)性和效能性，通過覆蓋制造過程，實現(xiàn)制造的自動化、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。 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)計的過程，模擬加工的方法與步驟。 8 第 2 章 零件的三維造型設(shè)計 2． 1 幾何造型技術(shù) 幾何造型是指將點、線、面、體等幾何元素，經(jīng)過平移、旋轉(zhuǎn)等幾何變換和并、交、差等集合運算，產(chǎn)生實體造型。各種機械設(shè)計均可采用幾何造型技術(shù)建立計算機模型，在汽車車身、輪船船體及飛機機身等設(shè)計中不僅可以代替實物模型的制作，而且可以大大縮短設(shè)計周期，節(jié)省人力、物力。 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）。這不僅使設(shè)計人員投入相當(dāng)?shù)木τ糜谥貜?fù)勞動，而且這種重復(fù)勞動的結(jié)果并不能反映設(shè)計人員對產(chǎn)品的本質(zhì)構(gòu)思和意圖。對于定型產(chǎn)品的設(shè)計，需要形成系列，以便 針對生產(chǎn)特點和應(yīng)用需求提供不同型號規(guī)格的產(chǎn)品。 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。實現(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)計的實體自然要滿足這些約束，而當(dāng)輸入新的參數(shù)值時，也將保持這些約束關(guān)系并獲得一個新的造型。設(shè)計對象的結(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。 尺寸驅(qū)動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。 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)動幾何形狀 修改、全數(shù) 9 據(jù)相關(guān)的特點，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。此外，也很難決定整個零件的尺寸基準(zhǔn)及參數(shù)控制方式。變量化造型過程類似于工程師在腦海里思考設(shè)計方案的過程，滿足設(shè)計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。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，不僅可以實現(xiàn)尺寸驅(qū)動，還可以實現(xiàn)約束驅(qū)動，即由工程關(guān)系驅(qū)動幾何形狀的改變，比較適合 產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計。圖中：幾何元素指構(gòu)成實體的直線、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)計對象的原理、性能等；約束管理用來確定約束狀態(tài)，識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幾何元素特定點的坐標(biāo)，從而得到一個具體的幾何模型。 實體造型技術(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。實體造型主要包括兩部分內(nèi)容，即體素的定義和描述、體素之間的布爾運算（交、并、差）。 目前 的許多 CAD/CAM 軟件都是一種基于特征的實體造型工具。構(gòu)造三維實體模型的過程稱為特征造型，造型的結(jié)果稱為幾何造型。 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)動的實體模型，其滿足下列條件： （ 1）是一個實體或零件中的具體構(gòu)成之一。 （ 3）具有工程上的意義（即與加工方法的一定 對應(yīng)關(guān)系）。 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。 圖 22 零件的結(jié)構(gòu)圖 11 二、造型思路 （ 1） 做一個 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 高 15 的 凸臺 造型 ； 并做布爾并 2． 3 三維造型設(shè)計 一 以 為名新建文件 打開軟件 ,點擊新建圖標(biāo)，在文件名空白中輸入 xx,單位選擇毫米，點擊 OK 鍵即可建立以 為名的新文件 ,如圖 23。如圖 24 所示。 12 如圖 24 如圖 25 2 繪制 半徑 78 的定位點圓 點草圖，在 zx 平面創(chuàng)建草圖 ,畫 2 根 54/2 的直線，如圖 26 所示。完成草圖，旋轉(zhuǎn)按圖紙要求繪制如圖 28 所示。點 出現(xiàn)下拉菜單后點擊 變換， 完成草圖繪制操作。完成草圖，拉伸按圖紙要求繪制如圖 211 所示。 點擊 做 第 一 個 面 倒 圓 , 16 做第二個面倒圓。 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。安裝臺虎鉗時要對它的固定鉗口找正，工件被加工部分要高出鉗口，避免刀具與鉗口發(fā)生干涉。針對圖樣要求給出加工工序為 ： 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 的立銑刀， T01φ 5 的立銑刀。 創(chuàng)建刀具、幾何體父節(jié)點組 一、 創(chuàng)建刀具組 打開 ，進(jìn)入創(chuàng)建刀具組對話框，在子類型中選擇 ，在名稱欄里輸入 ， 點擊確定進(jìn)入 對話框，在 中輸入刀具直徑 15， ，點擊確定即可。 二 、 創(chuàng)建安全區(qū)域 點擊 ，在間隙下的安全距離輸入 ，確定。 19 在 改成 3，點 中的余量改 。如圖 33 所示。 如圖 34 所示。 在 改成 3，點 中的余量改 。然后確定， 播放 。 21 如圖 35 三 、創(chuàng)建粗銑四周 凸臺 操作 打開 ， 彈 出 對 話 框 選 擇 ， 在 子 類 型 中 選 擇 圖 標(biāo) ， 在