毕业设计（论文）某机J004零件制造工艺设计及数控加工.doc

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1、 某机J004零件制造工艺设计及数控加工系 别 机械工程系专 业机械设计制造及其自动化班 级B242112学 号B24211233姓 名指导教师负责教师沈阳航空航天大学北方科技学院2016年6月摘 要本课题主要是运用UG软件进行空客某零件的三维建模、工艺分析和数控程序的编制。CAD模型是数控编程的前提和基础，所以本课题首先根据零件图通过UG的建模环境构造零件的三维模型。然后对加工进行详细的工艺分析，之后运用软件生成刀轨路线，并在UG的加工环境下进行各项工序的加工参数设置并实现刀具路径生成及刀具路径检验，这些也是本文最主要的内容。通过UG的后置处理，将计算出的刀轨依照规定的标准格式转化为NC代码

2、并输出保存。文章的最后对零件进行仿真加工和经济技术分析。本课题实现了零件的三维建模及数控编程，具有简洁灵活的特点。关键词：三维建模；UG；数控编程AbstractThis subject using UG software to complete 3d modeling, process of parts and CNC programming. CAD model is the premise and foundation of CNC programming, so firstly through the modeling part of UG to 3d model. Then anal

3、ysis of the processfor processing detaily. After that generate knife rail routes by UG. Realize the tool path generation tool path with reasonable processing parameters in UG machining environment. These are the most important content of the paper. Through the UGpostprocessing to generate NC code an

4、d output. The last part of article is the economic and technical analysis. This topic achieved the 3d modeling and CNC programming.It has concise and flexible characteristicsKeywords: 3d modeling；UG ； CNC programming目 录1绪论11.1实体建模软件11.2 UG模块11.3 建模常用的实体功能22零件的三维建模32.1零件模型32.2零件建模过程33零件工程图104零件的加工工艺分

5、析及设计134.1零件加工工艺分析134.2数控加工工艺的基本原则144.3刀具与夹具选择154.4加工工艺参数的分析及确定165零件NC加工185.1数控加工概述185.2零件数控加工195.3 NC代码的生成24结束语25致 谢26参考文献271绪论1.1实体建模软件二维草图是组成一个二维轮廓的参数化曲线的集合。草图一般用来作为拉伸、旋转、沿导线扫掠、管道特征的截面线串或引导线串等；也可以在曲面建模中作为扫掠体和通过曲线放样的截面。尽管草图图形可以通过徒手粗略绘制，然后通过几何约束和尺寸约束加以限制。但是，还是应尽量按实际尺寸和约束绘制草图，这样可以避免因图形变化太大带来的混乱。在应用三维

6、建模模块设计过程中，如果需要对模型零件的二维草图进行修改，则可以直接双击特征的二维轮廓线，系统将自动切换至二维草图的操作平台。用户可以根据实际的设计需要对零件的二维草图轮廓线进行编辑，从而生成满足用户要求的零件模型。三维建模模块包括成形特征、特征操作和曲线操作等功能，每个功能处理不同的设计步骤，而且各个功能之间存在相互关联性，方便了用户修改零件模型,减少重复劳动，保证了零件设计的一致性和时效性。通过三维建模模块的功能，不但可以逐步实现设计的要求，而且可以与软件中的其他模块功能进行交互。因为NX 6 软件各模块功能是相互混合、相互关联的，可以在模块间进行切换，以增加产品设计的可行性。NX 6 软

7、件提供的装配模块功能用于模拟实际机械装配过程，利用约束将各个零件装配成一个完整的机械结构，如图1-3 所示。由于其功能的扩展和延伸，现已广泛应用于各个设计领域。因其操作简单、方便易用，模具设计人员常用该模块功能来进行模具装配模拟和模具零配件之间的配合分析等。NX 6 系统提供了自底向上和自顶向下两种装配建模方法，在装配过程中还可以对零件进行设计和编辑修改，并保持装配件与零件的关联性。1.2 UG模块UG NX 8 软件具有多个功能强大的应用模块，每个模块都有独立的功能，而且模块之间又具有一定的相关性。因此，用户可以根据工作的需要，将产品调入到不同的模块中进行设计或加工编程等操作，下面简要介绍工

8、程设计中较常用的5个模块。CAD模块，前文已经清楚的介绍过了。所以就不多说了。CAM (Computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造) 模块：利用计算机进行生产设备管理控制和操作的过程。它的输入信息是零件的工艺路线和工序内容，输出信息是刀具加工时的运动轨迹(刀位文件)和数控程序。NX 6 的CAM 模块提供了一个界面友好的图形化窗口界面，可以实现25 轴的加工模拟，实现数控车、铣加工的全过程。用户可以在图形方式下观察刀具沿轨迹运动的情况，并且可以对其进行图形化修改。该模块同时还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。可以根据加工机床控制器的不同

9、，定制后处理程序，使生成的指令文件可直接应用于用户特定的机床。CAE (Computer Aided Engineering)模块：是利用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法，其核心思想是结构的离散化，基本过程是将一个形状复杂的连续体的求解区域分解为有限的形状简单的子区域。NX 8 的CAE 模块分为注塑分析、机构分析和有限元分析等子模块，以实现对产品的分析.1.3 建模常用的实体功能UG NX8提供了特征建模模块、特征操作模块和特 征编辑模块，具有强大的实体建模功能

10、。通过拉伸、旋转、扫描等建模方法，并辅之以布尔 运算，使用户既可以进行参数化建模，又可以方便地使用非参数 方法生成三维模型。另外还可以对部分参数化或非参数化模型再 进行二次编辑，以方便生成复杂机械零件的实体模型，具体有以 下优点。 UG实体建模充分继承了传统意义上的线、面、体造型特点及长处， 能够方便迅速地创建二维和三维线实体模型。而且还可以通过其 它特征操作和特征编辑模块对实体进行各种操作和编辑。将复杂 的实体造型大大简化。 UG实体建模能够保持原有的关联性，可以引用到二维工程图、装 配、加工、机构分析和有限元分析中。 UG实体建模提供了概念设计和细节设计，提高创新设计能力。 UG实体建模具

11、备对象显示和面向对象交互技术，不仅显示效果明 晰而且可以改进设计进度。 UG实体建模采用主模型设计方法，驱动后续应用，如工程制图、 加工等，实现并行工程。主模型修改后，其它应用自动更新，避 免重复 UG实体建模可以进行测量和简单物理特性分析。2零件的三维建模2.1零件模型 . 图2.1 零件实体 图2.1为这次我建模最后的结果，下面就详细介绍下我的建模过程。零件的总体建模思想为先建立下面长方体，然后以长方体为基准进行拉伸，布尔操作等，最后完成如上图的零件实体模型。 草图是二维平面上绘制的图形，与创建的实体相关联。利用草图工具，可以对草图进行几何约束和尺寸约束，从而进行精确造型。草图对象也是曲面

12、造型和实体的重要基础。2.2零件建模过程首先打开UGNX界面，点击文件新建，起好要建立的文件名，并打开，进入建模界面（如图2.2） 图2.2 进入建模模块 单击图标，弹出草图工作平面工具条选定作图类型和平面，单击就可以在该平面上建立模型草图了。如果想取消则点击进入草图模块后，单击工具条中的矩形图标以坐标原点为中心画出一个长方体，长为155mm宽为120mm，完成草图，单击对该草图进行拉伸，如图向下拉伸10mm这样下部的实体建模完成。（如图2.3）图2.3 拉伸操作 在上步操作完成后，在上步的平面基础上再次进入草图模块，同理，很容易的做出个椭圆型体，按照图纸上给出的尺寸进行约束，拉伸。如图2.4

13、所示。 图2.4 零件中间椭圆形体的拉伸操作 然后开始做零件上部的模型，同理，先进入草图，然后做四条辅助线。如图2.5所示。图2.5 四条辅助线然后在画出1个R62的元交与四条辅助线的到四个点，在交点处做4个R5.5的小圆，链接，修剪得到两个椭圆形，在进行拉伸求差。如图2.6所示 图2.6 零件中的两个椭圆体下一步就要做出零件两端的两个通孔，先进入草图，画出2个小圆，按图纸的要求进行约束。如图2.7所示 图2.7 通孔的形成 接下来是要进行最难的部分，就是进行中间抽壳的部分。先进入草图在圆心画出R30的圆按要求进行约束。如图2.8所示 图2.8 圆的形成 然后在进入草图在圆的正上方45mm出长

14、方形宽16长交与圆形然后按图纸要求修剪得出。然后进行阵列。阵列前后如图2.9所示 图2.9 阵列 按照图纸要求进行抽壳如图2.10所示 图2.10 抽壳抽壳完毕后我们进行零件中心圆柱，进入草图，画出R17.5的圆按照图纸要求进行约束，拉伸。如图2.11所示 图2.11零件中心圆柱 最后我们进行中间的通孔，进入草图按照图纸要求进行约束，拉伸。然后我们按早图纸要求进行倒角得出零件如图2.12所示 图2.12 最终零件图3零件工程图点击开始菜单进入制图如图3.1 图3.1进入制图模块 图 2.2 创建图纸 然后我们进入制图模块点击文件新建图纸。我们设置单位是毫米，我们选用A2纸张建立一张图纸如图3.

15、2所示。之后我们点击基本视图把图像点击在合适的位置如图3.3所示。 图3.3 基本视图然后我们对刚才的视图进行半剖得到图3.4。 图 3.4 剖视图之后我们把图导成CAD格式，我们点击开始文件导出AutoCAD DXF /DWG。得到图3.5。 图3.5 二维图的导出之后我们在CAD里进行标注。二维图就建立完成了。4零件的加工工艺分析及设计4.1零件加工工艺分析该零件造型不是很复杂，使用普通的吸盘压板装夹和三轴加工就能轻松达到精度要求，一次成型。如图4.1。 A面 B面 图3.1零件的A、B面4.2数控加工工艺的基本原则 数控加工工艺考虑不周是影响数控机床加工质量、生产效率及加工成本的重要因素

16、。本文从生产实践 由远及近，先粗后精，先面后孔。 总体的加工路线遵循由粗渐精的加工原。 由于加工中心的主要加工特点是工序集中,即工件在一次装夹后,连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝加工等多道工序，从而减少了零件在不同机床之间的转换搬运时间和流程,提高了效率，因此在加工过程中，必须采用由粗渐精的加工原则和加工流程，有利于加工内应力的消除,例如粗铣平面后，切削热导致的温升会使零件产生热变形，如果这时进行精铣工序，待工件冷却后，就会失去应有的精度。因此这时应进行其他部位的粗加工，待所有部位的粗加工都完成后，再进行半精加工和精加工，依此类推，每一个加工要素都是按照这一原则,保证其尺寸精度和表面粗糙度。另外，

17、加工过程中尽可能实现最少的换刀次数和最短的走刀路径,以减少辅助时间，提高效率。 在数控加工中，刀具（严格说是刀位点）相对于工件的运动轨迹和方向称为加工路线。既刀具从对刀点开始运动起，直至结束加工所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具引入、返回等非切削空行程。加工路线的确定首先必须保证被加工零件的尺寸精度和表面质量，其次考虑数值计算简单，走道路线尽量短，效率较高等。确定加工路线。主要是度额定组加工及空行程的进给路线，因为精加工的进给路线基本上是按零件的轮廓进行的。在度额定时还要注意一些问题。（1） 选择工件刚性破坏小的路线，以减少加工变形对加工精度的影响（2） 寻求最短的进给路线，以提高加工的表

18、面质量。（3） 切入和切出的路线应考虑外延，以保证加工的质量表面。（4） 完工时的最后一道应一次走刀连续加工，以免产生刀痕等缺陷。 此外，确定进给路线时，还要考虑弓箭的形状与刚度，加工余量大小，机床与刀具的刚度等情况，确定是一次进给还是多次进给来完成加工，确定刀具的切入与切出方向以及在铣削加工中试采用顺铣还是逆铣的铣削方式等。程序名称加工内容刀具名称主轴转速备注DRILLING钻孔加工7.8直柄麻花钻1500CAVITY_MILL粗加工25孔16三刃立铣刀1500CAVITY_MILL1粗加工曲线凸台16三刃立铣刀1500CAVITY_MILL2粗加工薄壁外形10三刃立铣刀1500CAVITY

19、_MILL3粗加工圆柱凸台10三刃立铣刀1500CAVITY_MILL4精加工圆柱凸台10三刃立铣刀1500CAVITY_MILL5精加工曲线凸台10三刃立铣刀1500CAVITY_MILL6精加工薄壁外形10三刃立铣刀1500CONTOUR_AREAR3倒角加工10三刃立铣刀1500CAVITY_MILL7精加工圆弧形凹槽10三刃立铣刀1500CAVITY_MILL8精镗25孔25精镗刀15004.3刀具与夹具选择 数控机床与普通机床相比较，对刀具提出了更高的要求不仅要精度高、刚性好、装夹调整方便，而且要求切削性能强、耐用度高。因此，数控加工的刀具材料，一般原则是尽可能选用硬质合金刀具，但此

20、工件材料特殊，所以加工情况容许选用高速钢刀具。应尽量采用可转位刀片以减少刀具磨损后的更换和预调时间。 选用涂层刀具以提高耐磨性。 粗铣平面时，切削力大，宜选较大直径的铣刀，以减少切削扭矩；精铣时，可选较小直径铣刀，尽量能包容工件加工面的宽度，以提高效率和加工表面质量。铣削内轮廓时，铣刀半径R应该小于内凹轮廓面的最小曲率半径，一般取R=（0.8-0.9）。铣外轮廓时，铣刀半径尽量选得大些，以提高刀具的刚度和耐用度。对于有硬皮的轮廓面来说，可采取镶硬质合金的立铣刀或玉米铣刀夹具是用以装夹工件（和引导刀具）的装置。机械制造过程中广泛地使用各种夹具（包括机床夹具、装配夹具、焊接夹具、热处理夹具、检验夹

21、具等）夹具的作用是：保证加工精度；减少安装工件的辅助时间，提高劳动生产率；改善劳动条件，减少劳动量和劳动强度；降低加工成本，扩大加床的适用范围；保证安全生产。夹具分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、成组夹具、组合夹具、随行夹具。夹具方案确定的原则：夹紧应力力求通过或靠近主要支撑点，或在支撑点所组成的三角形内，并力求靠近切屑部位。切削力应尽可能作用在夹具的固定部分上。夹紧力的大小应能保证工件在切削时不改变定位状态，但又不能过大，以免使工件和夹具变形。为克服变形，可以采用多点夹紧、宽抓夹紧等措施。夹具选择真空吸盘和平口钳。4.4加工工艺参数的分析及确定 削速度大也可以提高生产率，但是提高生产率的最有

22、效措施还是尽可能采用大的切削深度。因为切削速度与刀具耐用度的关系比较密切，随着切削速度的加大，刀具耐用度将急剧下降，采用立铣刀铣削轮廓时，切削速度可达200m/min以上。主轴转速应根据允许的切削速度和工件的直径来选择。其计算公式为： n=1000v/(D)式中：v为切削速度，单位为m/min，由刀具的耐用度决定；n为主轴转速，单位为r/min；D为工件直径或刀具直径，单位为mm。计算的主轴转速最后要根据机床说明书选取机床有的或较接近的转速。对于加工比较容易变形的零件在条件允许的情况下应该尽可能采用高速、分层加工，这样有利于散热，同时可以防止变形。又由于零件的结构特点零件轮廓的拐角比较多，所以

23、转速不能过大，否则零件的轮廓外形可能会被损坏。因此在加此零件轮廓时不能采用高速铣。但加工平面的和腹板的时候可以采用高速铣。 背吃刀量根据机床、工件和刀具刚度来决定的，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量，一般留0.2-0.5mm。在刀具直径的选择上，此次加工主要应用了直径为16mm，10mm,5mm几种刀具，对应于这几种刀具直径，选择的主轴转速分为1500（r/min），选择的进给量分别为100（(mm/min)。零件的边缘的过渡圆角半径3mm，所以所用铣刀的角半径为3，这就要求在设置刀具的切割跨

24、度时要考虑刀这一点，一般情况下所设跨度应该为刀具直径的一半，而此时跨度就应该适当的减小。刀具的切削深度由加工中所留的余量来决定，在机床、工件和刀具的刚度允许的情况下，切削深度就等于加工余量。5零件NC加工5.1数控加工概述在产品加工制造的环节上，UG在规划数控加工制造流程上提供了功能强大的辅助工具UG数控机床加工制造模块。利用UG数控加工制造模块可将产品的计算机几何模型（CAD）与计算机辅助加工制造(CAM)进行集成，利用加工制造过程上所使用的各项加工数据，如产品模型、工件坯料、夹具、切削刀具、工作机床及各种加工参数等数据，进行产品的加工制造流程规划。UG数控多样化的加工辅助制造流程规划工具，

25、针对各类机床（两轴半至五轴各型加工中心、两轴及四轴车床工作机床、两轴及四轴电火花线切割工作机床等等）及各种加工方式（铣、车、钻、电火花加工等等）可规划各类工作机床、加工刀具与控制器的加工过程控制数据。制造工艺师利用UG数控进行加工制造流程的规划后，会根据所设置的制造过程数据、加工目标及制造参数计算出加工刀具相对于加工坐标的刀具轨迹数据；刀具轨迹数据经过后处理器转换成加工机器码令工作机床进行实际的加工流程，制造设计产品及零件模型。刀具轨迹数据配合制造模型的规划，利用UG数控功能可在计算机中仿真加工过程的材料切除状况，由此预测并观察加工时的切削情形与进行误差及过切预测；并进一步做制造过程的修改，可

26、减少废料的产生及避免加工失败，协助制造工艺师达到制造流程最优化目的，并减少因加工错误所增加的生产成本。UG数控加工主要提供的加工方法：平面加工、型腔加工、轮廓加工、曲面加工等加工方法平面铣是用于平面轮廓、平面区域或平面孤岛的粗、精加工的一种铣削方法。它平行于零件底面进行多层切削，底面和每个切削层都与刀具轴线垂直，各种加工部位的侧壁与底面垂直，但不能加工底面与侧壁不垂直的部位。平面铣刀具的侧刀刃切削工件侧面的材料，底面的刀刃切削工件底面的材料。平面铣的特点是：刀轴固定，底面是平面，各侧壁垂直底面。型腔铣是为精加工准备的一种常用粗加工方法，尤其适用于需大量切除毛坯余量的场合。型腔铣通过逐层切削零件

27、的方式，来创建加工刀具路径，从而粗切出零件的型腔或型芯。型腔铣用于粗加工型腔或型芯区域，其加工形状有以下特点：刀轴固定，底面可以使曲面，侧壁可以不垂直于地面；平面铣无法加工的包含曲面的任何形状的零件。型腔铣和平面铣比较，在操作参数方面主要体现在定义零件几何体和毛坯几何体的对象有重大差别；另外，指定切削深度的方法也不同。任何机械零件都是由不同的曲面组成的，曲面又分为一般曲面和复杂曲面，利用曲面铣削的加工方法生成的刀具轨迹可以在平面内互相平行，也可以平行于被加工平面的轮廓。5.2零件数控加工我们进入建模模块，点击创建草图，选择零件的底部为基准面，建立草图。以零件的底部投影在所创的平面上。完成草图。

28、拉伸得到图5.1。 图5.1 毛坯的创建进入到加工环境，我们先选择几何视图双击MCS_MILL，弹出一设置框，我们选择指定在工件毛坯的左下角为加工坐标系。如图5.2所示。 图5.2 建立加工坐标系在这个工件中我们总共用了4把刀分别是7.8直柄麻花转，10三刃立铣刀，16三刃立铣刀，25精镗刀。我们打开创建刀具。按照要求创建四把刀。如图5.3所示。 图5.3 刀具的创建 我们点击WORKPICE弹出这样一个窗口，如图5.4所示。 图5.4 建立几何体我们按照窗口的要求指定部件，指定毛坯，这样我们就完成了创建几何体。这个零件我们按照工艺分成11个加工过程。首先我们来进行钻孔加工。点击创建程序，选择

29、drill，选择钻孔加工，选择合适的刀具，进行钻孔加工。如图5.5所示。 图5.5 钻孔加工 然后我们粗加工中间的25的孔，不过我们换成型腔洗。点击创建程序，选择mill-contour，选择型腔洗（接下来加工全部用型腔洗，就不再重复）。因为是粗洗我们留出0.5的余量。如图5.6所示。 图5.6 粗洗25孔接下来我们粗加工曲线凸台，跟上个过程一样，选择合适的刀具，留出0.5的余量。如图5.7所示。 图5.7 粗洗曲线凸台 接下来我们粗加工薄壁外形。跟上个过程一样，选择合适的刀具，留出0.5的余量。如图5.8所示。 图5.8 粗洗薄壁外形接下来我们粗加工圆柱凸台。跟上个过程一样，选择合适的刀具，

30、留出0.5的余量。如图5.9所示。 图5.9 粗洗圆柱凸台接下来我们精加工圆柱凸台。跟上个过程不一样的则是我们这次加工不留余量，其他的则不变。接下来我们精加工曲线凸台。跟上个过程一样。接下来我们进行倒角加工，则此我们选择轮廓洗，也不留余量，一次成型。如图5.10。 图5.10精洗圆弧形凹槽5.3 NC代码的生成 我们全部选中我们创建的工序，右击后处理弹出图5.11。 图5.11 NC代码的生成我们选择三轴公制部件。然后确定，就得到了NC代码。 结束语本次毕业设计题目的研究涉及到应用UG软件进行三维建模、NC加工、后置处理等方面的操作通过几个月的努力我比较完整的完成了设计课题，同时对本此设计还有

31、一些新的技巧。虽然UG软件在加工方面的材料比较全，但生成刀具轨迹后，刀具轨迹往往有些不和人意的地方或者刀具碰到工件表面，所以需要通过“避让”这项功能修改轨迹，而书中在这方面的介绍又比较少，通过探索，自己在这方面有了一定了解。致 谢毕业设计大部分问题都是由我独立完成的，在这几个月的学习中李红双指导老师给了我很大的帮助和影响，给予了悉心指导。老师为了能够使我们顺利进行毕设曾多次为我们解决在数控加工方面遇到的困难，这为我们毕设提供了很大方便，为我们详细地分析工艺流程，同时还帮助我翻译论文，使我的毕设质量有了大幅度的提高。同时还要感谢同学给我们的帮助，使我能够理论联系实际，大大提高了自己的实践能力。因

32、此我在这里对给我园丁般帮助的老师们给予衷心的感谢。同时我也感谢CAD/CAM中心其他刘冰老师，孙岩老师，何雯老师对我的帮助和解答，感谢和我一起毕业设计的同学给予我的帮助和合作。最后祝愿老师身体健康，同学们顺利毕业。参考文献1王润孝.机床数控原理与系统.西北工业大学出版社.1996.22孟少农.机械加工工艺手册.机械工业出版社. 1998.33赵福如.金属机械加工工艺人员手册.上海科学技术出版社. 1995.014王先逵.机械制造工艺学.北京机械工业出版社.19955郑修本.机械制造工艺学.机械工业出版社. 19996杨建明.数控加工工艺与编程.北京理工大学出版社. 20067田萍.数控机床加工

33、工艺及设备.电子工业出版社. 20058卢彩元.UGNX8数控加工全解.电子工业出版社. 2013.029范炳炎.数控加工程序编制（第二版）.航空工业出版社1995.8 10杨伟群 廖文和.数控工艺培训教程.清华大学出版社.2003.111于春生.数控机床编程及应用.高等教育出版社. 200112 廖效果.数控技术.湖北科学技术出版社，200013肖军民.UG数控加工自动编程经典实例.北京：机械工业出版社，201114周芸.数控机床编程与加工实训教程.北京：中国人事出版社，201115顾京.数控机床加工程序编制. 北京：机械工业出版社，201116鲁淑叶，辜艳丹.零件数控车削加工.国防工业出版社，2011