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1-1苏州市职业大学毕业设计说明书毕业设计题目基于UGNX软件的CAD/CAM——典型零件的造型与数控模拟加工系机电工程系专业班级姓名学号指导教师年月日1-2摘要使用UGNX4.0软件的建模模块完成了零件的三维造型设计，根据给定零件图的要求，制定出数控加工工艺方案，使用UG的加工模块进行了数控模拟加工，并生成NC代码，用于数控机床加工。关键词：UG三维造型模拟加工1-3目录第1章绪论…………………………………………………………………41.1CAD/CAM与数字化设计制造……………………………………………………412CAD/CAM软件介绍………………………………………………………………51.3UGNX软件的主要功能………………………………………61．4本论文研究的主要内容及意义…………………………………7第2章基于UG的三维造型设计…………………………82．1几何造型技术…………………………………………………………………82.2结构形状分析与造型思路…………………………………102．3三维造型设计…………………………………………………………11第3章基于UG的的数控模拟加工……………………………………233．1CAM自动编程的一般步骤………………………………………………………233．2工艺方案分析………………………………………………………………233．3创建毛坯………………………………………………………………………233．4创建刀具、方法和几何体父节点组…………………………………………243．5创建刀具轨迹……………………………………………………………………263．6生成车间工艺文件……………………………………………………………413．7NC程序的输出…………………………………………………………………42第4章总结…………………………………………………48参考文献……………………………………………………………………491-4第1章绪论1.1CAD/CAM与数字化设计制造CAD/CAM（计算机辅助设计及制造）与PDM（产品数据管理）构成了一个现代制造型企业计算机应用的主干。对于制造行业，设计、制造水平和产品的质量、成本及生产周期息息相关。人工设计、单件生产这种传统的设计与制造方式已无法适应工业发展的要求。采用CAD/CAM的技术已成为整个制造行业当前和将来技术发展的重点。CAD技术的首要任务是为产品设计和生产对象提供方便、高效的数字化表示和表现（DigitalRepresentationandPresentation）的工具。数字化表示是指用数字形式为计算机所创建的设计对象生成内部描述，象二维图、三维线框、曲面、实体和特征模型；而数字化表现是指在计算机屏幕上生成真实感图形、创建虚拟现实环境进行漫游、多通道人机交互、多媒体技术等。CAD的概念不仅仅是体现在辅助制图（图形实现）方面,它更主要地起到了设计助手的作用，帮助广大工程技术人员从繁杂的查手册、计算中解脱出来。极大地提高了设计效率和准确性，从而缩短产品开发周期、提高产品质量、降低生产成本，增强行业竞争能力。CAM与CAD密不可分，甚至比CAD应用得更为广泛。几乎每一个现代制造企业都离不开大量的数控设备。随着对产品质量要求的不断提高，要高效地制造高精度的产品，CAM技术不可或缺。设计系统只有配合数控加工才能充分显示其巨大的优越性。另一方面，数控技术只有依靠设计系统产生的模型才能发挥其效率。所以，在实际应用中，二者很自然地紧密结合起来，形成CAD/CAM系统，在这个系统中设计和制造的各个阶段可利用公共数据库中的数据，即通过公共数据库将设计和制造过程紧密地联系为一个整体。数控自动编程系统利用设计的结果和产生的模型，形成数控加工机床所需的信息。CAD/CAM大大缩短了产品的制造周期，显著地提高产品质量，产生了巨大的经济效益。CAD/CAM技术已经是一个相当成熟的技术。波音777新一代大型客机以4年半的周期研制成功，采用的新结构、新发动机、新的电传操纵等都是一步到位，立刻投入批量生产。飞机出厂后直接交付客户使用，故障返修率几乎为零。媒介宣传中称之为无纸设计，而波音公司本身认为，这主要应归功于CAD/CAM设计制造一体化。1-51.2CAD/CAM软件介绍CAD/CAM技术以计算机及周边设备和系统软件为基础，它包括二维绘图设计、三维几何造型设计。是一种设计人员借助于计算审进行设计的方法。其特点是将人的创造能力和计算审的高速运算能力、巨大存储能力和逻辑判断能力有审地结合起来。CAD/CAM技术随着Internet/Intranet网络和并行高性能计算及事务处理的普及，使奢地、协同、虚拟设计及实时仿真技术在CAD/CAE/CAM中得到了广泛应用。CAD技术的发展历程及现状：50-60年代初CAD技术处於准备和酝酿时期，被动式的图形处理是这阶段CAD技术的特征。60年代CAD技术得到蓬勃发展并进入应用时期，这阶段提出了计算机图形学、交互技术、分层存储符号的数据结构等新思想，从而为CAD技术的进一步发展和应用打下了理论基础。70年代CAD技术进入广泛使用时期，1970年美国Applicon公司首先推出了面向企业的CAD商品化系统。80年代CAD技术进入迅猛发展时期，这阶段的技术特征是CAD技术从大中企业向小企业扩展；从发达国家向发展中国家扩展；从用於产品设计发展到用於工程设计和工艺设计。90年代以后CAD技术进入开放式、标准化、集成化和智能化的发展时期，这阶段的CAD技术都具有良好的开放性，图形接口、功能日趋标准化。CAD体系结构大体可分为基础层、支撑层和应用层三个层次。基础层由计算机及外围设备和系统软件组成。随着网络的广泛使用，异地协同虚拟CAD环境将是CAD支撑层的主要发展趋势。应用层针对不同应用领域的需求，有各自的CAD专用软件来支援相应的CAD工作。CAM技术的发展历程及现状：CAM中的核心技术是数控技术，编制零件加工程序是数控技术应用的重要环节，靠手工编程无法满足复杂零件数控加工的需求，50年代初期，美国开始了数控自动编程技术-APT语言的研究，形成了早期的CAM系统；如20世纪60年代开发的编程机及部分编程软件∶FANUC、Siemens编程机。目前，CAM技术已经成为CAX（CAD、CAE、CAM等）体系的重要组成部分，可以直接在CAD系统上建立起来的参数化、全相关的三维几何模型（实体＋曲面）上进行加工编程，生成正确的加工轨迹。典型的CAM系统有UG、Pro/E、Cimatron、MasterCAM等。其特点是面向局部曲面的加工方式，表现为编程的难易程度与零件的复杂程度直接相关，而与产品的工艺特征、工艺复杂程度等没有直接相关关系。CAM系统仅以CAD模型的局部几何特征为目标对象的基本处理形式，已经成为智能化、自动化水平进一步发展的制约因素。只有采用面向模型、面向工艺特征的CAM系统，才能够突破CAM自动化、智能化的现有水平。CAD技术的发展趋势主要体现在以下几方面∶1、标准化CAD软件一般应集成在一个异构的工作平台之上，只有依靠标准化技术才能解决CAD系统支持异构跨平台的环境问题。目前，除了CAD支撑软件逐步实现ISO标准和工业标准外，面向应用的标准零部件库、标准化设计方法已成为CAD系统中的必备内容，且向合理化工程设计的应用方向发展。2、智能化设计是一个含有高度智能的人类创造性活动领域，智能CAD是CAD发展的必然方向。从人类认识和思维的模型来看，现有的人工智能技术模拟人类的思维活动明显不足。因此，智能CAD不仅是简单地将现有的智能技术与CAD技术相结合，更重要的是深入研究人类设计的思维模型，最终用信息技术来表达和模拟它，才会产生高效的CAD系统，为人工智能领域提供新的理论和方法。CAD的这个发展趋势，将对信息科学的发展产生深刻的影响。CAM技术的发展趋势CAM技术的发展趋势将体现在以下几方面∶1、面向对象、面向工艺特征的结构体系；传统CAM曲面为目标的体系结1-6构将被改变成面向整体模型（实体）、面向工艺特征的结构体系。系统将能够按照工艺要求自动识别并提取所有的工艺特征及具有特定工艺特征的区域，使CAD/CAM的集成化、自动化、智能化达到一个新的水平。2、基于知识的智能化系统；未来的CAM系统不仅可继承并智能化地判断工艺特征，而且具有模型对比、残余模型分析与判断功能，使刀具路径更优化，效率更高。同时也具有对工件包括夹具的防过切、防碰撞功能，提高操作的安全性，更符合高速加工的工艺要求，并开放工艺相关联的工艺库、知识库、材料库和刀具库，使工艺知识积累、学习、运用成为可能。使相关性编程成为可能尺寸相关、参数式设计等CAD领域的特性，有希望被引伸到CAM系统之中。目前，以Delcam公司的PowerMILL及WorkNC为代表，采用面向工艺特征的处理方式，系统以工艺特征提取的自动化来实现CAM编程的自动化。当模型发生变化后，只要按原来的工艺路线重新计算，即实现CAM的自动修改。由计算审自动进行工艺特征?工艺区域的重新判断并全自动处理，使相关性编程成为可能。目前已有成熟的产品上市，并为北美、欧洲等发达国家的模具界所接受。由于CAM系统专业化、智能化、自动化水平的提高，将导致机侧编程方式的兴起，将改变CAM编程与加工人员及现场分离的现象。3、提供更方便的工艺管理手段；CAM的工艺管理是数控生产中至关重要的一环，未来CAM系统的工艺管理树结构，为工艺管理及即时修改提供了条件。较领先的CAM系统已经具有CAPP开发环境或可编辑式工艺模板，可由有经验的工艺人员对产品进行工艺设计，CAM系统可按工艺规程全自动批次处理。据报道，未来的CAM系统将能自动生成图文并茂的工艺指导文件，并能以超文本格式进行网络浏览。1.3UGNX软件的主要功能随着计算机辅助设计和辅助制造技术的飞速发展，工程设计业和制造业的内涵及其相关技术已经发生了深刻变化，这一点在机械工程领域里的结构设计和功能设计方面表现尤为显著。虚拟现实技术、三维造型技术、参数设计技术等新概念已渗透到传统的结构设计中来，相应的计算机程控刀具轨迹设定和计算机自择加工工艺参数等新方法正发挥着前所未有的作用，推动着工程设计技术和制造技术的发展。目前，机械工程领域使用的CAD/CAM软件比较多，而UG软件能够在其中脱颖而出主要是因为它具有卓越的CAD/CAM功能。在造型功能方面，除却其他软件所具有的通用功能外，它还拥有灵活的复合建模、齐备的仿真照相、细腻的动画渲染和快速的原型工具，仅复合建模就可让用户在实体建模（Solid）、曲面建模(Surface)、线框建模(Wireframe)和基于特征的参数建模中任意选择，使设计者可根据工程设计实际情况确定最佳建模方式，从而得到最佳设计效果。在加工功能方面，UG软件针对计算机辅助制造的实用性、适应性和效能性，通过覆盖制造过程，实现制造的自动化、集成化和用户化，从而在产品制造周期、产品制造成本和产品制造质量诸方面都给用户提供了极大的收益。UG软件的强大功能为人们进行各种复杂零件的虚拟现实造型和虚拟现实制造提供了帮助。1-71.4本论文研究的主要内容及意义本论文根据典型零件图，基于UGNX软件，详细阐述了产品造型设计的过程，模拟加工的方法与步骤。通过制订了数控加工工艺方案和刀具运动轨迹的效验，并生成NC代码，用于数控机床加工，为使用UGNX软件进行同类产品设计与加工提供有益的参考。1-8第2章零件的三维造型设计2．1几何造型技术几何造型是指将点、线、面、体等几何元素，经过平移、旋转等几何变换和并、交、差等集合运算，产生实体造型。几何造型技术作为CAD/CAM技术的基础，在机械工程领域应用极为广泛。各种机械设计均可采用几何造型技术建立计算机模型，在汽车车身、轮船船体及飞机机身等设计中不仅可以代替实物模型的制作，而且可以大大缩短设计周期，节省人力、物力。下面介绍实体造型的参数化技术、变量化造型技术和特征造型技术。一、参数化造型技术早期的CAD系统是利用固定的尺寸值来定义几何元素，输入的每一条线都是确定的位置，但不