对于机电产品来说，其设计、制造水平、产品的质量、成本及生产周期是息息相关的。随着现代科学技术的发展， 特别是计算机技术的突飞猛进， 人工设计、单件生产这些传统的设计与制造方式已无法适应现代工业发展的要求， 采用计算机辅助设计及制造（Computer Aided Design and Computer Aided Manufacturing，简称 CAD/CAM）技术已成为整个制造行业当前和将来技术发展的重点和趋势。数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础， 是提高产品质量、劳动生产率必不可少的手段。在数控加工过程中， 加工程序的编制是基础性工作， 因此 CAD/CAM技术对数控加工领域来说就显得很重要。CAD/CAM软件系统是由多个功能模块组成的， 如三维绘图、图形编辑、曲面、数控加工、仿真模拟、动态显示等。这些模块以工程数据库为基础， 进行统一管理， 既保持了底层数据的完整性和一致性， 实现了数据共享， 又节约了系统资源和运行时间。
本文是关于UG平台下数控加工中刀具路径的应用研究，即在采用UG CAM技术进行仿真加工时，为了完成高质量的型面数控加工, 如何合理地生成控制刀具运动的加工程序。
关键词：刀具路径 数控加工UG NX4.0
1.4 CAD/CAM 软件在数控加工中的应用
随着电子技术在制造业的推广及应用,传统机械加工方法正逐渐被先进的CAD/CAM(计算机辅助设计与制造)所取代。应用传统的加工方法,不仅生产率低,且精度得不到保证,CAD/CAM软件在机械加工中的应用,为我们开辟了一种新的设计、加工途径,并使机械制造能力上了一个新的台阶。采用这种方法不仅减少了编程人员的计算量,还在一定程度上提高了产品的制造质量和生产效率。
1.4.1 CAD/CAM 在数控加工中的基本功用。
CAD 能设计制作既满足设计使用要求又适合 CAM加工的零件模型。优秀的 CAD 系统是一个高效的设计工具， 具有参数化设计功能， 三维实体模型与二维工程图形能相互转化和关联。一个好的 CAD/CAM 软件与其他 CAD/CAM 软件的兼容性是非常重要的， 软件所带的图形文件接口， 要能支持多种图形文件转换， 能从其他系统读取图形文件， 或将本系统的图形文件传送到其他系统。CAM与 CAD 密不可分， CAM甚至比 CAD 应用得更为广泛。它能提供一种交互式编程并产生加工轨迹的方法， 它包括加工规划、刀具设定、工艺参数设置等内容。随着对产品形状、质量要求的不断提高， 要求工人高效地制造出高质量以及复杂的产品， CAM技术不可缺少。在实际应用中， 二者自然紧密结合， 形成 CAD/CAM 系统。此系统大大缩短了产品的制造周期， 显著提高了产品质量， 带来了巨大的经济效益。
高档先进的 CAD/CAM系统提供了一定的 NC 仿真功能，用于检查刀具切削过程的正确性、检查过切和干涉现象等， 但直接通过 NC 代码来驱动仿真加工过程的方法和软件还很少。而在大量使用半手工数控编程的我国制造业， 采用 NC 代码驱动仿真加工过程以检验 NC 代码的正确性是迫切的。特别是如果能将仿真软件直接嵌入到实际的加工系统中使其成为实际 加工的支撑环境， 将具有更为深远的意义。数控加工过程仿真， 保证了数控编程的质量， 减少了试切的工作量和劳动强度， 提高了编程的一次成功率， 缩短了产品设计和加工周期，大大提高生产效率， 产生巨大的经济和社会效益。
一般的 CAD/CAM 系统使用后处理程序提供用户化的数控码输出， 使用户能够灵活地使用不同的数控装置。提供后处理和程序， 一般包括车床、线切割、电火花机床或三维五轴数控编程的后处理程序。后处理程序能细调， 以使数控输出符合用户的要求； 能将 NC 程序反向处理， 显示刀具路径。
1.4.2 CAD/CAM 软件的优缺点。
国内外大量的经验表明， CAD 系统的效益往往不是从其本身而是通过 CAM 和PPC（生产计划与控制）系统体现出来，反过来， CAM系统如果没有 CAD 系统的支持， 花巨资引进的设备往往很难得到有效的利用。PPC系统如果没有 CAD 和CAM的支持， 既得不到完整、及时和准确的数据作为计划的依据， 订出的计划也较难贯彻执行， 所谓的生产计划和控制将得不到实际效益。因此， 人们着手将 CAD、CAE、CAPP、CAM和PPC等系统有机地、统一地集成在一起， 从而消除了“自动化孤岛”， 取得了最佳的效益。采用 CAD/CAM 技术一是减少加工前的准备工作， 可以减少夹具的设计与制造、工件的定位与装夹时间； 二是减少加工误差， 可以在制造加工前进行加工路径模拟仿真， 可以减少加工过程中的误差和干涉检查， 进而节约制造成本； 三是提高加工的灵活性， 配合各种多轴加工机床， 可以在同一机床上对复杂的零件按照各种不同的程序进行加工； 四是生产时间容易控制， 数控加工机床按照所设计的程序进行加工， 可准确地预估加工所需的时间， 以控制零件的制造加工时间； 五是加工重复性好， 设计程序数据可以重复利用。
CAD/CAM任务的实现过程十分复杂， 很难确定地描述其发生的先后顺序， 有时是并行甚至逆向的， 这样必须有人的参与才能给予实现。实践中工人根据图纸要求适当修改生成的代码。CAD/CAM软件自动编程中， 大多数加工方式默认只能采用直接垂直向下进刀方式， 如“外形铣削”、“平面铣削”、“曲面精加工”等。立铣刀的端部中心部分没有切削刃， 垂直进刀的切削能力很小， 而键槽铣刀是两刃刀具， 其端部刀刃通过铣刀中心， 有垂直吃刀的能力， 但由于键槽铣刀只有两条切削刃， 加工时不平稳， 在大面积切削中的加工效率较低， 加工零件的表面粗糙度也不太理想。在加工工艺孔时， 该工艺孔的深度控制要准确。深度太浅， 在直接垂直进刀过程中很有可能使立铣刀损坏； 深度太深， 超出了工件要求加工的位置， 会导致工件过切而报废。
CAD/CAM 软件将微机与CNC机床组成面向车间的系统， 将大大提高设计效率和设计质量， 充分发挥数控机床的优越性， 提高整体生产水平， 实现系统集成和设计制造一体化现在， CAD/CAM技术在我国经济发展较为活跃的大中城市应用日益广泛。
1.5设计前言
毕业设计是学生在走向社会之前最后的也是最重要最为全面 的一次设计，是高等院校为了培养工程技术人员而进行的一次大型综合训练。通过这次设计，可以检验学生综合运用所学专业知识的能力以及独立分析、解决问题的能力。进一步巩固和拓宽所学知识，逐步树立正确的设计思想，增强创新意识和竞争意识，熟悉并掌握设计的一般规律，培养分析问题和解决问题的能力，为日后更好的工作打下坚实的基础。
由美国EDS公司开发的机械设计集成化软件Unigraphics(简称UG)，具有功能强大、性能稳定以及兼容性好、交互性强等特点，近年来在我国机电产品辅助设计和制造领域得到广泛应用。例如在辅助实体造型方面，UG软件除拥有同类软件所具备的通用功能外，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等卓越功能，其中仅复合建模功能就可以让用户在实体建模、曲面建模、线框建模和基于特征的参数建模等不同辅助设计方式中任意选择，使设计者可以根据工程设计的实际情况确定最佳建模方式，从而得到最佳设计效果。
一、基于UG软件CAD功能的快速设计
在现代家电类产品和轻工类产品的开发过程中，不仅会有众多的几何实体造型建模，而且还会有大量的自由曲面造型建模。由于以变量几何和参数设计的复合建模技术为依托，UG软件能充分满足不同用户在开发新型产品过程中的不同需求。尤其是UG软件所具有的实体建模(MODELING)、特征建模(FEATURES MODELING)和自由曲面建模(FREE FORM MODELING) 等功能，更使机电产品的造型建模变得快捷、方便和实用。由于UG软件构造的曲面是基于NURBS技术且是参数化的，因而更加便于修改和完善，这就为机电产品加快更新换代的步伐提供了良好的基础条件。
二、基于UG软件CAM功能的快速制造
在采用UG软件进行计算机辅助制造过程中，UG软件提供了一种通过交互式编程以产生精确加工轨迹的方法。借助这一方法，可以建立一种称之为刀具位置源文件（CLSF）的刀具轨迹文件。UG软件的CAM功能允许模具加工者通过观察刀具运动来图形化地编辑刀具轨迹，并进行图形化的修改工作，如延伸、缩短或修剪加工轨迹等。与此同时，CLSF文件也能相应发生改变。最终的，CLSF文件经后置处理即可被数控机床接受并用于加工。UG软件采用CAM技术进行 toolpath\verify仿真加工，能交互式地模拟、验证和显示NC大局路径，是一种花费少、效率高、不用机床而可进行NC加工试验的方法，可免去费力耗时的样件生产，缩短机床调试准备时间，并大大减少刀具磨损量补偿和清理等工作。这对在复杂工件装夹情况下进行加工来说，将大大减少撞刀、碰刀的机会，从而提高了CAM的水平和效率。而且，UG 软件可以很方便地对粗加工、半精加工、精加工、根切各程序中的任意一种进行简单的编辑，此后即可完成其他的加工，由此大大提高了CAM的编程速度。
同时应看到，应用UG软件进行三维建模工作，不仅可以把产品用虚拟模型形象直观地表现出来，而且还可进行各零件三维模型的虚拟装配，以检验结构的合理性以及在装配过程中可能发生的干涉，以便及时更正或修改，避免发生设计错误。在计算机上进行虚拟装配和干涉检查，能使设计者在开发时提前发现在样机试制阶段中才出现的问题，节约了样机试制费用，缩短了样机试制周期，对新产品的开发十分有利。
第二章 刀具路径中的走刀方式和切削方向的选择
数控加工是模具制造中的关键技术, 数控加工质量的好坏直接影响模具型面的加工质量, 乃至整套模具的制造质量。为了完成高质量的模具型面数控加工, 必须合理地生成控制刀具运动的加工程序。
2.1 走刀方式和切削方向
走刀方式是指生成刀具运动轨迹时, 刀具运动轨迹的分布方式。切削方向是指在切削加工时刀具的运动方向。这两个概念在数控加工中是非常重要的,其选择是否合理,将影响零件加工精度和制造成本。选择原则为根据被加工零件表面的几何形状特征, 在保证加工精度的前提下, 使切削加工时间尽可能短,且在切削加工中,刀具受力平稳。
2.2走刀方式
在模具表面区域加工的刀具运动轨迹生成技术中,可采用如下3 种走刀方式。
a . 往复型走刀方式。在切削加工中顺铣、逆铣交替进行, 加工效率高, 但加工精度相对低一些。
b. 单方向走刀方式。在切削加工中能保证顺铣或逆铣一致性,加工精度较高,可按实际加工选择顺铣或逆铣进行加工。由于该走刀方式在完成一条切削轨迹后, 附加了一条非切削运动轨迹,因此延长了加工时间。
c . 环切走刀方式。刀具运动轨迹是由一组封闭的曲线组成的。它主要用于封闭环状曲面的刀具运动轨迹的生成。
2.3 刀具运动轨迹生成中的走刀方式和切削方向的选择
2.3.1 二轴半加工方式
（1） 轮廓加工
在编制零件轮廓粗加工程序时, 考虑零件表面余量大,应采用逆铣加工方式,以便减少机床的振动。在编制零件轮廓精加工程序时, 由于精加工要求保证零件的加工精度和表面粗糙度, 应采用顺铣加工方式。在编制轮廓加工程序时, 还应注意的另一个问题是为了防止刀具直接切入工件表面, 留下驻刀痕迹,影响被加工表面粗糙度,应在描述被加工表面的几何元素定义中,在初始切入点处,定义一辅助圆弧段, 这样刀具以圆弧方向切入工件表面,保证了被加工表面的粗糙度。
（2） 沟槽加工
a . 往复型走刀方式。该加工方式在定义完加工刀具和加工工艺参数后, 能自动地生成行切刀具运动轨迹。为了保证沟槽立面留有少量的加工余量, 最后刀具沿沟槽四周环切一刀,保证其加工精度。
b. 环切走刀方式。该加工方式在定义完加工刀具和加工工艺参数后, 能自动地生成环切刀具运动轨迹。为保证沟槽立面的加工精度,在初始环切加工后,在沟槽立面和凸台立面上留有少量的加工余量, 最后刀具沿沟槽立面和凸台立面的周围环切一刀, 保证其加工精度。
2.3. 2 三维曲面加工方式
1．单曲面加工方式
（1） 旋转面
旋转面按其形状特征分为盘状旋转面和轴类旋转面。对盘状旋转面加工而言, 不论是生成粗加工刀具运动轨迹, 还是精加工刀具运动轨迹, 应选Z 坐标值较小的曲面角点为进刀点, 选择环切走刀方式及圆周方向为切削加工方向。其优点是所生成的刀具运动轨迹分布整齐, 便于钳工修整, 刀具受力均匀,排屑方便,切削加工时间短。刀具运动轨迹如图2-1。
目录
摘要 I
Abstract II
第一章 绪 论 1
1.1数控加工技术的定义 1
1.2数控加工技术的现状 1
1.3数控加工技术的发展趋势 2
1.3.1 高速、高精加工技术 3
1.3.2 5轴联动加工和复合加工机床快速发展 3
1.3.3 智能化、开放式、网络化 3
1.3.4 重视新技术标准、规范的建立 4
1.4 CAD/CAM 软件在数控加工中的应用 5
1.4.1 CAD/CAM 在数控加工中的基本功用。 5
1.4.2 CAD/CAM 软件的优缺点。 6
1.5设计前言 6
第二章 刀具路径中的走刀方式和切削方向的选择 8
2.1 走刀方式和切削方向 8
2.2走刀方式 8
2.3 刀具运动轨迹生成中的走刀方式和切削方向的选择 8
2.3.1 二轴半加工方式 8
2.3. 2 三维曲面加工方式 9
2.4 本章小结 12
第三章 刀具路径在高速铣削中的应用研究 14
3.1高速切削技术及其刀具路径 14
3.1.1高速切削技术发展现状与优点 14
3.1.2高速削刀具路径的确定 14
3.2高速铣削时生成刀具路径的优化策略 16
3.2.1高速铣削编程时需要注意的几个原则 16
3.2.2高速铣削时刀具路径生成的策略 16
3.2.3高速铣削程序后置处理时优化 20
3.3 高速粗铣削加工淬硬钢时刀具路径方案的选择 20
3.3.1 实验过程 21
3.3.2 结果与讨论 22
3.3.3 研究结果 23
3.4本章小结 24
第四章 UG CAM刀具路径创建应用基础 25
4.1初始化加工环境 25
4.1.1 选择加工配置文件 25
4.1.2选择模板零件 25
4.1.3初始化加工环境 25
4.2 操作导航器 25
4.2.1操作导航器视图 25
4.2.2参数继承关系 27
4.3创建几何 27
4.3.1创建加工坐标系 28
4.3.2创建铣削几何 28
4.3.3创建铣削边界 29
4.3.4创建铣削区域 29
4.4创建刀具 30
4.5创建加工方法 30
4.5.1设置加工余量和公差 30
4.5.2设置进给量 31
4.6创建程序 33
4.7创建操作 34
4.8本章小结 35
第五章 减速箱部分零件刀具路径的应用研究 36
5.1减速箱端盖加工刀具路径的应用研究 36
5.1.1确定端盖数控加工的平面和孔 36
5.1.2确定走刀路线和安排加工顺序 37
5.1.3确定定位和夹紧方案 38
5.1.4确定切削用量 38
5.1.5制订数控加工技术文件 40
5.1.6数控刀具的参数信息 41
5.1.7生成刀轨 41
5.1.8进行切削仿真 41
5.1.9输出CLSF文件 42
5.2减速箱低速轴加工刀具路径的应用研究 42
5.2.1确定走刀路线和安排加工顺序 43
5.2.2确定切削用量 46
5.2.3确定定位和夹紧方案 46
5.2.4制订数控加工技术文件 46
5.2.5数控刀具的参数信息 47
5.2.6生成刀轨 48
5.2.7进行加工仿真 48
5.2.8生成CLSF文件 48
5.3本章小结 48
本文总结 49
设计总结 50
致谢 51
参考文献 52
科技译文 53
The development of NC 53
现代制造技术及其发展 56
Advanced processing technology developments 58
模具加工技术的最新发展 61
UGCAM
传动轴2.dwg
端盖(A3)1.dwg
工艺图二.dwg
工艺图一.dwg
开题报告.doc
任务书.doc
输出CLSF文件.doc
说明书.doc
