數(shù)控技術與ug應用數(shù)控技術及應用專業(yè)畢業(yè)設計畢業(yè)論(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 可以大幅度提供數(shù)控編程的效率和質量，尤其是在模具行業(yè)對形似的成組零 件的加工。例如，在制造模具時將加工凸模和凹模時的最佳工藝過程定義為加工模板，在加 工新的產(chǎn)品對象時，只需調(diào)用模板文件，選擇所需的幾何體，并起動這個 流程即可。用戶通 過加工向導非常容易地從模板中獲得專家級的制造過程指導。通過向導，預先定義的模板可以被激活，并通過簡單的交互快速生成數(shù)控加工刀具軌跡。 UG NX 系統(tǒng)提供了基本的數(shù)控編程模板，以 Shops_diemold 模板集為例，其配置文件 位于 \mach\resource\configuration 中 ， 模 板 集 文 件 \mach\resource\template目錄下。用戶可根據(jù)本企業(yè)的經(jīng)驗創(chuàng)建自己的程式、粗精加工、刀具、產(chǎn)品等類型的 編程模板。利用模板之前，需要對不同產(chǎn)品類 的零件的不同加工方式的模板進行整理與收集。在創(chuàng)建模板時可按加工方式進行分類，對于 系列化或相似的加工工藝，如凸凹模具類零件的加工等，則可以包含粗精加工方案、刀具及 工藝參數(shù)的選擇等完整的加工流程模板。模板的定義可根據(jù)產(chǎn)品加工要求與幾何特征劃分， 也可根據(jù)產(chǎn)品加工要求與材料等多種方式進行劃分。 刀具軌跡的生成 模塊 系統(tǒng)提供了鉆孔循環(huán)、攻絲和鏜孔等點位加工編程模塊，具有多種輪廓加工、等高環(huán)切、行切以及島嶼加工平面銑削等編程功能。其提供的 3～ 5 坐標復雜曲面的固 定軸與變軸加工編程功能，可以任意控制刀具軸的矢量方向，具有曲面輪廓、等高分層、參數(shù)線加工、曲面流線、陡斜面和曲面清根等多種刀具軌跡控制方式。 (1)UG/Planar Milling(UG平面銑削 ) UG平面銑削模塊功能，包括多次走刀輪廓銑、仿形內(nèi)腔銑、 Z字形走刀銑削，規(guī)定避開夾具和進行內(nèi)部移動的安全余量，提供型腔分層切削功能、凹腔底面小島加工功能，對邊界和毛料幾何形狀的定義、顯示未切削區(qū)域的邊界，提供一些操作機床輔助運動的指令，如冷卻、刀具補償和夾緊等。 (2)UG/Core amp。 Cavity Milling(UG型芯、型腔銑削 ) 利用 UG 型芯、型腔銑削可完成粗加工單個或多個型腔，可沿任意類似型芯的形狀進行去除大余量的粗加工，對非常復雜的形狀產(chǎn)生刀具運動軌跡，確定走刀方式。通過容差型腔銑削可加工設計精度低、曲面之間有間隙和重疊的形狀，而構成型腔的曲面可達數(shù)百個，發(fā)現(xiàn)型面異常時，它可以或自行更正，或在用戶規(guī)定的公差范圍內(nèi)加工出型腔來。 (3) UG/Fixed Axis Milling(UG固定軸銑削 ) UG 固定軸銑削模塊功，包括產(chǎn)生 3 軸聯(lián)動加工刀具路徑功能、加工區(qū)域選擇功能，有多種驅動方法和走刀方 式可供選擇，如沿邊界切削、放射狀切削、螺旋切削及用戶定義方式切削等。在沿邊界驅動方式中，又可選擇同心圓和放射狀走刀等多種走刀方式，提供逆銑、順銑控制以及螺旋進刀方式，自動識別前道工序未能切除的未加工區(qū)域和陡峭區(qū)域，以便用江西冶金職業(yè)技術學院 08 級自考 畢業(yè)設計（論文） 7 戶進一步清理這些地方。 (4) UG/Flow Cut (UG自動清根 ) 自動找出待加工零件上滿足“雙相切條件”的區(qū)域，一般情況下這些區(qū)域正好就是型腔中的根區(qū)和拐角。用戶可直接選定加工刀具， UG/Flow Cut模塊將自動計算對應于此刀具的“雙相切條件”區(qū)域并將其作為驅動幾何，自動生成一 次或多次走刀的清根程序。當出現(xiàn)復雜的型芯或型腔加工時，該模塊可減少精加工或半精加工的工作量。 (5) UG/Variable Axis Milling(UG變軸銑削 ) 變軸銑削模塊支持定軸和多軸銑削功能，可加工 UG造型模塊中生成的任意幾何體，并保持主模型的相關性。該模塊提供經(jīng)多年工程使用驗證的 3～ 5軸銑削功能，提供刀軸控制、走刀方式選擇和刀具路徑生成功能。 (6) UG/Sequential Milling(UG順序銑 ) UG順序銑模塊可實現(xiàn)如下功能：控制刀具路徑生成過程中的每一步驟的情況，支持 2～5 軸的銑削編程，和 UG 主模型完全相關，可以自動化的方式獲得類似 APT 直接編程的絕對控制，允許用戶交互式一段一段地生成刀具路徑，并保持對過程中每一步的控制。它提供的循環(huán)功能使用戶可以僅定義某個曲面上最內(nèi)和最外的刀具路徑，由該模塊自動生成中間的步驟。該模塊是 UG 數(shù)控加工模塊中如自動清根等功能一樣的特有模塊，適合于高難度的數(shù)控程序編制。 (7) 高速銑削加工的支持 系統(tǒng)提供的等高分層加工應用于高速銑削場合，在轉角處以圓角的形式過渡，避免 90176。急轉 (高速場合對導軌和電機容易損壞 )，同時采用螺旋進退刀，系統(tǒng)還提供 環(huán)繞等多種方式支持高速加工刀具軌跡的生成策略。 空間曲面軸加工涉及的內(nèi)容比較多，尤其是五軸加工時更明顯。進行五軸加工時，涉及加工導動曲面、干涉面、軌跡限制區(qū)域、進退刀及刀軸矢量控制等關鍵技術。四軸五軸加工的關鍵技術之一是理解刀具軸的矢量 (刀具軸的軸線矢量 )在空間的變化。刀具軸的矢量變化是通過擺動工作臺或主軸的擺動來實現(xiàn)的。對于矢量不發(fā)生變化的固定軸銑削場合，一般用三軸銑削即可加工出產(chǎn)品。五軸加工關鍵就是通過控制刀具軸矢量在空間位置的不斷變化或使刀具軸的矢量與機床原始坐標系構成空間 某個角度，利用銑刀的側刃或底刃切削加工來完成。 該模塊可在圖形方式下觀測刀具沿軌跡運動的情況并進行圖形化修改，具有刀位文件復制、編輯和修改，定義刀具、機床和切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫等功能（如對刀具軌跡進行延伸、縮短或修改等），可按用戶需求進行靈活的用戶化修改和剪裁等。 切削仿真模塊 UG/VERICUT是集成在 UG軟件中的第三方模塊，它采用人機交互方式模擬、檢驗和顯示 NC加工程序，是一種方便的驗證數(shù)控程序的方法。由于省去了試切樣件的步驟，可節(jié)省機床調(diào)試時間，減少刀具磨損 和機床清理工作。通過定義被切零件的毛坯形狀，調(diào)用NC刀位文件數(shù)據(jù)，就可檢驗由 NC生成的刀具路徑的正確性。 UG/VERICUT可以顯示出加工后并著色的零件模型，用戶可以容易地檢查出不正確的加工情況。作為檢驗的另一部分，該模塊還能計算出加工后零件的體積和毛坯的切除量，因此就容易確定原材料的損失。 VERICUT提供了許多功能，其中有對毛坯尺寸、位置和方位的完全圖形顯示，可模擬 2～ 5軸聯(lián)動的銑削和鉆削加工。 江西冶金職業(yè)技術學院 08 級自考 畢業(yè)設計（論文） 8 后置處理最重要的是將 CAM 軟件生成的刀位軌跡轉化為適合數(shù)控系統(tǒng)加工的 NC 程序，通過讀取刀 位文件，根據(jù)機床運動結構及控制指令格式，進行坐標運動變換和指令格式轉換。通用后置處理程序是在標準的刀位軌跡以及通用的 CNC 系統(tǒng)的運動配置及控制指令的基礎上進行處理。它包含機床坐標運動變換、非線性運動誤差校驗、進給速度校驗、數(shù)控程序格式變換及數(shù)控程序輸出等方面的內(nèi)容。只有采用正確的后置處理系統(tǒng)才能將刀位軌跡輸出為相應數(shù)控系統(tǒng)的機床能正確進行加工的數(shù)控程序，因此，編制正確的后置處理系統(tǒng)模板是數(shù)控編程與加工的前提條件之一。后處理的主要內(nèi)容包括三個方面的內(nèi)容。 (1)數(shù)控系統(tǒng)控制指令的輸出 主要包括機床種類 及機床配置、機床的定位、插補、主軸、進給、暫停、冷卻、刀具補償、固定循環(huán)和程序頭尾輸出等方面的控制。 (2)格式轉換 包括數(shù)據(jù)類型轉換與圓整、字符串處理等，主要針對數(shù)控系統(tǒng)的輸出格式，如單位、輸出地址字符等方面的控制。 (3)算法處理 主要針對多坐標加工時的坐標變換、跨象限處理和進給速度控制等。 使用系統(tǒng)庫可以得到機床、刀具及其材料、零件材料、切削工藝方法、主軸轉速及進給速度的數(shù)據(jù)，定義標準化刀具庫、加工工藝參數(shù)樣板庫，使粗加工、半精加工、精加工等操作常用參數(shù)標準 化，以減少使用培訓時間并優(yōu)化加工工藝，提供儲存刀具及切削參數(shù)和標準刀具指令數(shù)據(jù)庫。用戶通過修改庫中的數(shù)據(jù)，使其滿足本企業(yè)的需要。 CAM二次開發(fā)功能接口 使用系統(tǒng)提供了二次開發(fā)接口，用戶可以 C語言，利用 Visual(C++)為集成開發(fā)環(huán)境，開發(fā)專業(yè)的數(shù)控編程功能程序，以進一步提高編程的效率和簡化操作。其提供的 C語言頭函數(shù)位于 UG OPEN目錄下，包括 、 、 。下面位幾個重要頭文件的主要內(nèi)容。 1) 主要定義系統(tǒng)加工的一些信息，如枚舉、結構體和系統(tǒng)起動入口設置，對用戶應用程序完成初始化設置加載應用程序，訪問系統(tǒng)機床、刀具、加工對象等數(shù)據(jù)庫的方法函數(shù)。 (2) 定義系統(tǒng)編程加工涉及的平面數(shù)據(jù)信息，如定義、編輯、訪問平面的原點和法線，設置和訪問平面的狀態(tài)信息等內(nèi)容的屬性方法等。 (3) 用于定義設置、獲取邊界信息。 (4) 包含用于定義設置和獲取 NC 加工的幾何對象的屬性和方法。 UG NX/CAM數(shù)控編程流程 UG NX/CAM用于產(chǎn)品零件的數(shù)控加工，其流程一般如下。 首先是調(diào)用產(chǎn)品零件加載毛坯，調(diào)用系統(tǒng)的模板或用戶自定義的模板；然后分別創(chuàng)建加工的程式，定義工序加工的對象，設計刀具，定義加工的方式并生成該相應的加工程式；用戶依據(jù)加工程式的內(nèi)容，如加工對象的具體內(nèi)容、刀具的導動方式、切削步距、主軸轉速、江西冶金職業(yè)技術學院 08 級自考 畢業(yè)設計（論文） 9 進給量、切削角度、進退刀點、干涉面及安全平面等詳細內(nèi)容來確立刀具軌跡的生成方式；仿真加工后對刀具軌跡進行相應的編輯修改、拷貝等；待所有的刀具軌跡設計合格后，進行后處理生成相應數(shù)控系統(tǒng)的加工代碼 進行 DNC傳輸與數(shù)控加工。 UG NX/CAM系統(tǒng)提供了多種加工對象的定義方式，刀具軸的導動方式和刀具軌跡的多樣化設計。 第二章 零件圖紙的工藝分析 在數(shù)控銑削加工中，對零件圖進行工藝分析的主要內(nèi)容包括零件結構工藝性分析、選擇數(shù)控銑削的加工內(nèi)容、零件毛坯的工藝性分析和加工方案分析。 如零件圖圖 2及圖 22三維造型圖所示零件： 江西冶金職業(yè)技術學院 08 級自考 畢業(yè)設計（論文） 10 圖 21 零件圖 江西冶金職業(yè)技術學院 08 級自考 畢業(yè)設計（論文） 11 圖 22 三維造型圖 （ 1）該零件毛坯尺寸為 160x120x30，且不需要加工。 （ 2）在零件上有多個加工特征，包括兩個通孔、鍵槽、型腔、四個螺紋孔、曲面凸臺，尺寸標注完整 。 （ 3）該零件表面粗糙度內(nèi)輪廓及通孔 ，參數(shù)合理便于加工。 （ 4） 零件材料為 45 鋼，切削加工性能較好，無熱處理和硬度要求 。 該復雜零件技術要求有： 177。 ； 177。 ； 除毛刺。 加工要素有 平面、曲線、腔槽、孔類和孔螺紋加工。主要加工項目有上下平面、主視圖中對稱腔槽 60176。槽寬 ? 、 槽深 ? mm、 螺孔 4M 孔φ ? 、孔φ 10H位置尺寸 177。 、位置尺寸 136177。 、圓弧倒角 R圓弧曲面 R2以及內(nèi)輪廓的尺寸。 零件的工藝性是指所設計的零件在滿足使用要求的前提下制造的可行性和經(jīng)濟性。它包括零件各個制 造過程中的工藝性，如零件的鑄造、鍛造、沖壓、焊接、熱處理和切削加工工藝性能等。好的工藝性會使零件加工容易，節(jié)省工時，降低消耗；差的工藝性使零件加工困難，多耗工時，增大消耗。該復雜件的加工各工藝性能良好，耗工不大。 該零件結構復雜，但就加工來說，還是易于加工的。在加工時要特別注意圓弧曲面的加工， 4M10螺紋孔的加工以及內(nèi)輪廓 和島嶼的加 工。 、余量分析 常用毛坯的種類有鑄件、鍛件壓制件、沖壓件、焊接件、型材和板材等。 （ 1） 鑄件：適用于形狀復雜的毛坯。薄壁零件不可用砂型鑄造； 尺寸大的鑄件宜用砂型鑄造；中、小型零件可用較先進的鑄造方法。 （ 2） 鍛件：適用于零件強度較高、形狀較簡單的零件。尺寸大的零件因受設備限制，故一般用自由鍛；中、小型零件可選用模鍛；形狀復雜的零件不宜用自由鍛。 （ 3） 型材：熱軋型材的尺寸較大，精度低，多用作一般零件的毛坯 。冷軋型材尺寸較小，精度較高，多用于毛坯精度要求較高的中、小零件，適用于自動機床加工。 （ 4） 焊接件：對于大件來說，焊接件簡單、方便，特別是單件、小批量的生產(chǎn)可大大縮短生產(chǎn)周期 。但焊接后變形大，需經(jīng)時效處理。 （ 5） 冷壓件：適用于形狀復雜的板料 零件，多用于中、小尺寸零件的大批量加工。 該零力選用 45 鋼， 45 鋼屬于中碳鋼，這類鋼調(diào)質處理后具有良好的綜合力學性能，即既具有較高的強度、硬度，又具有較好的塑性、韌性，是優(yōu)質碳素結構鋼中應用最廣泛的一類。 該零件結構復雜，但就加工來說，還是易于加工的。 加工余量大小，直接影響零件的加工質量和生產(chǎn)率。加工余量過大，不僅增加機械加工勞動量，降低生產(chǎn)率，而且增加材料、工具和電力的消耗，增加成本。但若加工余量過小，又不能消除前工序的各種誤差和表面缺陷，甚至產(chǎn)生廢品。因此，必須合理地確定加工余量。其 確定的方法有 ：經(jīng)驗估算法、查表修正法、分析計算法。首先 根據(jù)工藝人員的經(jīng)驗來確定加工余量。為避免產(chǎn)生廢品，所確定的加工余量一般偏大。 要準確余量則需要 根據(jù)有關手冊，查得加工余量的數(shù)值，然后根據(jù)實際情況進行適當修正。 江西冶金職業(yè)技術學院 08 級自考 畢業(yè)設計（論文） 12 該零件的加工余量如下：粗加工上下平面余量 ，半精加工內(nèi)輪廓單邊留 余量，半精加工外輪廓單邊留 。 第三章 加工準備及工藝路線的確定 在對零件進行加工前要對零件進行許多分析，如裝夾方式、基準選擇、確定坐標零點、刀具選擇及機床選擇等。 的選擇 對于某個零件而言，并非全部加工工藝過程都適合在數(shù)控機床上完成，而往往只是其中的一部分適合于數(shù)控加工。這就需要對零件圖樣進行仔細的工藝分析，選擇那些最適合、最需要進行數(shù)控加工的內(nèi)容和工序。在選擇時，應考慮各方面因素，充分發(fā)揮數(shù)控加工的優(yōu)勢。選擇時應考慮以下因素： （ 1）通用機床無法加工的內(nèi)容。 （ 2）通用機床難加工、質量也難以保證的內(nèi)容應作為重點選擇的內(nèi)容。 （ 3）通用機床效率低、工人勞動強度大的內(nèi)容。 從精度和效率兩方面對數(shù)復雜零件的加工藝進行分析，加工精度必須達到圖紙的要求，同時 又能充分合理地發(fā)揮機床的功能，提高生產(chǎn)效率。 根據(jù)以上條件可選擇兩軸半以上的數(shù)控銑床。本零件選用大連機床廠 XD40A型數(shù)控銑床，采用 FANUC0iMB系統(tǒng)。該銑床的功能參數(shù)如表 31下。 表 31 XD40A型數(shù)控銑床基本參數(shù) 機床重 4400Kg 最大載重 500kg 工作臺 800mm長 400mm寬 坐標范圍 X600mm Y420mm Z520mm 軸承錐孔 (7:24) 最大鉆孔直徑 φ 22 最大鏜孔直徑 φ 100 主軸最高轉速 8000r\min 主軸功 率 江西冶金職業(yè)技術學院 08 級自考 畢業(yè)設計（論文） 13 X、 Y、 Z向切削進給速度 010000 mm\min 快速進給速度 X24 m\min Y24 m\min Z20 m\min 工作電源 380V 機床夾具的種類很多，按使用的機床類型分為車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、加工中心夾具等。而按專門化程度劃分來說，該零件使用的是立式數(shù)控銑床。零件又屬于平面類零件，應使用通用夾具，通用夾具是已經(jīng)標準化、無需調(diào)整或稍加調(diào)整就可以用來裝夾不同工件的夾具。 所以這里我們使用 的是精密平口鉗。 刀具的選擇是在數(shù)控編程的人機交互狀態(tài)下進行。應根據(jù)機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量，以及其他相關因素正確選用刀具及刀柄。刀具選擇總的原則是：安裝調(diào)整方便，剛性好，耐用度和精度高。在滿足加工要求的前提下，盡量選擇較短的刀柄，以提高刀具加工時的剛性。 選擇合適的刀具和參數(shù)，對于金屬切削加工，能起到事半功倍的效果。 刀具材料選用硬質合金，鉆頭和鉸刀選用高速鋼。且切削速度比高速鋼高 4~10 倍，但其沖擊韌性與抗拉強度遠比高速鋼差。而銑刀種類繁多，在使用時要根據(jù)加工部位、表面粗糙度、精度等來 選用。 標準可轉位面銑刀的直徑為 16630 mm。粗銑時，銑刀直徑要小些，因為粗銑切削力大，選小直徑銑刀可減小切削扭距。精銑時，銑刀直徑要選大些，盡量包容工件整個加工寬度，以提高加工精度和效率，并減小相鄰兩次進給之間