1、第 27 頁 共 28 頁水杯蓋的設計與模擬加工本設計是獨立自主完成并順利通過答辯，只可用于學習交流，不可用于商業活動。另外：有需要電子檔的同學可以加我3103064563，我存有該設計的全部電子檔，旨在互相幫助，共同進步，共同探討新的研究方案，維護社會主義文明，建設社會主義和諧社會。水杯蓋的設計與模擬加工作者：0000 指導老師：00000（ 工學院 機械設計制造及其自動化 ）摘要：基于UG的型腔類零件建模與加工。本文說明了可以在UG建模環境下對零件進行設計，在UG的加工仿真環境下可以實現直接生成數控代碼，其經過簡單的修改后就能直接應用于機床進行數控加工。并且保證了加工的可能性，避免實際操作

2、中各種重大的失誤.大大減少了手工編程所需要的時間，而且減少了手工編程中存在的大量失誤，極大的保證了效率。提高了產量。關鍵字：UG 建模 數控編程 刀軌 工藝流程1 引言 數控加工技術出現及普及應用之前，型腔類零件的加工主要通過成形刀具獲得。但是腔體類零件本身就有許多的殼體結構，而且對加工時刀具的刀軌路徑要求也比較高，所以以前的型腔類零件的加工時非常困難的。而本文相關的水杯蓋的設計也是屬于型腔類零件，但是現在的UG軟件可以直接建模而且能夠進行數控仿真加工并生成代碼。而本文的目的就是通過UG軟件實現對水杯蓋的設計研究及仿真加工，且生成的代碼經過簡單的修改就可以直接應用于數控機床進行實體的加工。1.

3、1 型腔類零件的特點及其傳統的加工方式 型腔類零件是日常生活中最常見的零件的一種，各種基座，杯體，蓋體都可以說是型腔類零件的一種，而這類零件的統一特點就是都有腔，即殼體。該類零件的加工比較復雜，表面加工時需要區分平面與曲面，而凹槽或者是孔的加工則需要注意的是某些深度較大的部分。 對于型腔類零件的加工，引言部分我們也有說明，傳統的加工方式是使用成形刀具，這樣很難保證零件的精度，進而影響零件的使用性能。而數控加工時的手工編程則需要耗費巨大的精力，并且容易出現錯誤。隨著技術的發展，利用計算機技術輔助設計制造已經成為工業生產的主流。1.2 關于水杯蓋設計研究論文的主要內容 水杯蓋是我們最常見的物品之一

4、，但是其中的曲面、螺紋、凹槽及端面的裝飾由于線條過多且大多都是平行線造成二維圖紙很難表達清楚，這就需要三維建模對其進行清晰的表達。而重點在于加工，確定好加工工藝，利用UG軟件加工這一功能即可分別對其各個部分進行模擬加工，最后可以生成數控代碼，進行簡單的修改后就可以應用于數控機床。2 水杯蓋的三維建模2.1 水杯蓋的設計 選擇水杯蓋作為研究對象是因為水杯蓋中包含了許多的面（內部的曲面、螺紋、端面、倒角、凹槽）。如下圖2-1所示： 圖2-12.2 基于UG的三維建模 如上圖所示，該零件為旋轉體，由螺紋、曲面、端面、凹槽構成。首先在安裝了UG軟件之后進入建模環境進行零件的建模。2.2.1 草圖繪制準

5、備 打開UG軟件，點擊新建-模型-確定，進入建模模塊。右擊選擇顯示坐標系，進入任務環境下的草圖命令，為進行輪廓線的繪制做準備，如圖圖2-2所示： 圖2-2 2.2.2 輪廓線的繪制 在進行輪廓線的繪制時由于拉伸時水杯蓋里面的曲面進行切割時會與外面的螺紋面相碰，所以選擇旋轉，為了保證曲線的同心度，將圓弧中心約束在基準軸上，并且對各個尺寸進行約束，如圖2-3所示：圖2-32.2.3 回轉體 退出草圖繪制并以ZC軸為指定矢量，以原點為指定點進行旋轉得到一個旋轉體。2.2.4 端面樣式的草圖繪制 進行端面上樣式的繪制，如圖2-4所示，將圖的著色改為靜態線框，選擇x-z平面作為草圖繪制平面進入繪圖環境，

6、并選擇點（30,1）進行直徑為6的圓的繪制。 圖2-42.2.5 掃瓊 退出草圖繪制界面，在工具欄中選擇插入-掃瓊-沿導線掃瓊，如圖2-5所示，并選擇剛繪制的曲面，導線選擇茶杯蓋的端面邊線，選擇布爾操作為求和，點擊確定。可以得到端面外圓上的凸起圓環。 圖2-52.2.6 外圓凹槽的草圖繪制 選擇x-z平面作為草圖繪制平面，將圖調為靜態線框，進行杯蓋圓周上圓弧凹槽的繪制，畫（39.2,8），（39.2,17）的直徑為2 的兩個小圓，退出草圖繪制，并重復掃瓊操作，布爾操作改為求差，這樣就得到了茶杯蓋圓周上的兩條凹槽。如圖2-6所示： 圖2-62.2.7 內螺紋的繪制 點擊工具欄上的螺紋圖標，選擇內

7、側杯壁作為螺紋面，選擇詳細，螺紋大徑輸入為75，長度為21，螺距為5，角度為30，右旋，點擊確定，參數如圖2-7所示： 圖2-72.2.8 邊倒圓操作 進行杯蓋的邊倒圓操作，選擇杯蓋側面的兩條凹槽的四條邊線，選擇工具欄上的邊倒圓操作，輸入,半徑為1，點擊確定。重復上述操作到水杯蓋邊緣與內螺紋相交的兩條曲線。其他圓角半徑均為2。2.2.9 水杯端面上凸臺的繪制 選擇水杯蓋的端面作為草圖平面，進行圓的繪制，然后沿zc軸的負方向進行拉伸，然后進行拔模操作，如圖2-8所示： 圖2-82.2.10 里孔的繪制 選擇x-y平面作為草圖平面，選擇在內端面凸起邊緣所在的圓話直徑為2 的小圓，選擇工具條上的陣列

8、曲線將小圓進行陣列，數量為6，角度為60，退出草圖繪制，進行拉深操作，選擇小圓，拉深方向為zc方向，拉深數值為15到4，布爾操作為求差，如圖2-9所示： 圖2-92.2.11 隱藏坐標系形成草圖 隱藏畫的草圖，并隱藏坐標系，并得到如圖零件圖，如圖2-10所示： 圖2-103. 水杯蓋工藝分析 在UG軟件的加工模塊中，要完成對零件的加工需要以下幾個方面：1.零件加工方式的選擇；2.刀具的選擇；3切削模式的調整；4.切削參數和非切削參數的設置；5.進給量的選擇；6.其他輔助類參數的選擇。 加工方式和選擇的刀具可按照下圖所示進行選擇。而對于切削模式中常常到的有跟隨部件、跟隨周邊和配置文件三種模式，具

9、體可根據零件的具體加工情況進行針對性的選擇。切削參數與非切削參數還有進給用量首先查閱資料進行大概的選擇，然后根據其他零件的加工情況來進行比較最終確定，其他的參數可以具體參考操作情況而定。本次UG所用加工方式序號圖標加工方式適應類型刀具加工備注1外圓粗車零件圓周的車工OD-55-L單向線性切削（粗）2外圓精車零件圓周的車工OD-55-L單向線性切削（精）3型腔的銑削加工零件輪廓的粗加工D10（銑刀-5參數）跟隨周邊4內壁的銑削加工零件的內壁D4（銑刀-5參數）輪廓加工5固定軸面銑削平緩區域的精加工D8（銑刀-5參數）曲面加工6螺紋的銑削加工內側螺紋的銑削THREAD-MILL（螺紋銑）跟隨周邊零

10、件二維圖如下：零件加工工序如下表所示：類型加工方式進給方式刀具主軸轉速（r/min）進給速度（mm/min）切削層深度（mm）1水杯蓋外圓的粗車加工車外圓OD-55車刀30010012水杯蓋外圓的精車加工車外圓OD-55車刀6001000.53水杯蓋端面的粗車加工車端面OD-551車刀30010014水杯蓋端面的精車加工車端面OD-551車刀6001000.55型腔的銑削加工型腔銑D10銑刀5000150016內壁的銑削加工平面銑D4銑刀500010000.57邊沿的銑削加工銑里空D4銑刀500010000.58零件內部曲面的粗銑銑內部曲面D8球頭銑刀6000100019零件內部曲面的精銑銑內

11、部曲面D8球頭銑刀600010000.510零件內部的凹槽銑銑零件內部凹槽D4銑刀600010000.511內螺紋的銑削加工銑零件內部螺紋螺紋銑刀600010000.1 零件的尺寸為80*27的圓形腔體，內部曲面凸起為直徑為200的曲面，內部螺紋角度為60度，殼體厚度為4mm，端面上中心區域為40*3的圓柱拔模，外圍是直徑為60的凸起2mm的掃瓊體。外圓兩凹槽直徑2mm,分別距兩邊8mm，殼體內部槽為寬5mm,厚度為4mm.該零件有不同類型，不同大小的凹槽和曲面，其表面的精度可以聽過數控加工來滿足。而對于零件的加工，很明顯不能通過一次加工就保證精度，需要多次的加工才能滿足需求。4. 基于UG的

12、零件模擬加工 開始加工以前做好加工的準備，進入UG的加工模塊，選擇要加工的零件shuibeigai_prt.選中窗口中的turning操作進入零件的加工環境。并點擊工具欄上的創建程序按鈕。并創建命名為PROGRAM的父程序。單擊工具欄幾何視圖按鈕，選擇 MCS_SPINDLE按鈕并雙擊，單擊指定按鈕。將 CSYS的類型選擇為動態。同時為了減少編程的錯誤，工件坐標系和加工坐標系需要一一對應，單擊確定返回上級菜單。指定平面為ZM-XM平面。如圖4-1所示： 圖4-14.1 車水杯蓋外圓 零件外圓采用車刀來進行加工，為提高效率，可將毛坯的加工余量盡量多的切削，是的后續的精加工部分較為省力并能保證精度

13、，加工余量根據零件的要求不需要太大，所以選擇兩次加工，分別為外圓的粗加工和精加工。對刀位置選擇圓面中心點，刀具的預覽及切削層示意圖如圖4-2： 圖4-24.1.1 粗車水杯蓋外圓 首先進行創建粗車子程序，首先選擇程序類型為turning，然后選擇圖標，并命名程序為TURN-OD，點擊確定進行車加工環境，選擇幾何體為TURNING-WORKPIECE，其次進行刀具的選擇，選擇工具欄中創建刀具按鈕，選擇名稱為的車刀，點擊確定后進行刀具具體參數的設置，輸入刀具的車刀刀尖半徑為0.4，刀尖角度為35，方向角度為50，刀具位置在頂側，ISO刀片形狀為V（菱形35）。選擇完成以后進行進給率和加工參數的設置

14、，策略選擇單向線性切削，刀具號設置為1，切削深度選為變量平均值，刀軌方法LATHE-AUXILIARY，進給率下切削選擇mmpr,數值改為0.7，粗加工的進給率下切削百分率為100.如圖43所示： 圖4-34.1.2 精車水杯蓋外圓 同上一步一樣，首先進行精車子程序的創建，選擇程序類型為turning，選擇圖標為進行精加工工序子類型的選擇。并命名為FINISH-TURN-OD，刀具仍為，切削策略改為全部精加工，切削圓角中選擇 帶有直徑 選項，切削參數中加工余量內外公差輸入0.3，安全距離均為1mm，主軸的輸出模式為RPM,參數設置如圖4-4所示： 圖4-44.2 端面的加工 端面上的加工，我們

15、選用車刀來完成，端面上所需要加工的面是掃瓊得到的半環和中心區域的凸臺。切削區域為圖4-5中的黃色區域： 圖4-54.2.1 端面的粗加工 與上一步相同原理，首先進行工序的創建，并命名為ROUGH -TURN-OD-COPY, 此時進行車刀的選擇，由于上一步的工序也是車刀，所以為了區分這里命名車刀名稱為OD-55-L-2，作為第二部加工所用的刀具，刀具也是V（菱形35），刀片位置為頂側，刀尖角度為35，刀尖半徑為0.2，方向角度為10，刀具尺寸測量選擇為切削邊緣，長度為5，材料為CARBIDE。切削策略選擇為單向線性切削，輸入刀具號為2，并調整切削參數，如圖4-6所示： 圖4-64.2.2 端面

16、的精加工 首先創建精加工的子程序，并命名其為FINISH-TURN-OD-COPY，點擊選中加工幾何零件，選定切削區域，并設置刀具為粗車所用刀具，切削策略改為全部精加工，主軸速度的輸出模式為RPM，如圖4-7所示： 圖4-74.3 型腔的銑削加工 零件的型腔需要用到立銑刀，但是在銑型腔的同時需要保證零件內部曲面的存在，即銑型腔的時候要留下幾級凸臺方便后續的曲面加工，如下圖所示是銑刀的大致進刀方向和走刀路線，第一次銑削加工要求粗銑，盡可能多的銑削加工余量，為后續的精加工做好加工準備。首先進行工序的創建，選擇mill-contour，不需要修改名稱，即命名子程序為CATITY-MILL。選擇圖標進

17、入型腔銑削加工的創建。再點擊確定進行幾何體的選擇，然后進行刀具的創建，首先進行刀具子類型的選擇，選擇的類型為mill，命名為D10（銑刀-5 參數），點擊確定后進行刀具參數的設定，設置刀具的直徑為10，長度為75，刀刃長度為50，刀刃數為2，材料選擇HSS，點擊確定完成對刀具的選擇。在型腔銑對話框中選擇刀軸為+ZM軸，切削模式選擇為跟隨周邊，點擊切削層圖標開啟切削層對話框。在切削參數的設置中選擇切削的方式為瞬銑，切削順序為深度優先，刀路方向為向外。在非切削參量對話框中，設置封閉區域進刀類型為螺旋，設置開放區域的進刀類型為圓弧。點擊確定退出，進行進給率和進給速度的選擇，設置主軸速度為5000（r

18、pm），進給率為1500mmpm。點擊確定完成對型腔粗銑的設定。如圖4-8所示： 圖4-84.4 零件內壁的銑削 經過上次工序之后，我們進行對零件內壁的銑削。同上一步工序一樣，先進行對工序的創建，選擇mill-contour，并更改子程序的名稱為X，點擊確定，選擇工作區域，制定修建邊界。設置刀具，同樣選擇mill刀具，點擊確定后進行參數的設定，設置刀具的直徑為4，刀刃數為2 ，點擊確定。命名刀具名稱為D4（銑刀-5 參數），同樣刀軸選擇+ZM軸。切削參數保持與上一步型腔銑時相同，進給率設定為1000,mmpm。點擊確定即完成對內壁銑削工序的創建。過程如圖4-9： 圖4-94.5 銑零件內部曲面

19、邊緣 對于水杯蓋內部有環形凹槽，用于放置杯體與杯蓋之間的墊圈。而臨近凹槽的杯蓋中心的凸起邊緣均勻的分布六個小孔，每孔直徑為3.如圖所示加工區域。但是對于這一步工序的目的不是完全為了保證精度，而是為了留給中心曲面加工時所需要的退刀槽，以及方便中心曲面邊緣的倒圓操作。所以需要將大致的曲面邊沿輪廓加工出來。首先進行工序的創建，選擇mill-contour，并更改子程序的名稱為X-COPY，完成子程序的創建。完成后會出現幾何體對話框，選擇WORKPIECE作為工作幾何體，刀具對話框中選擇新建刀具，選擇mill后點擊確定，并對刀具參數做修改，設置刀具直徑為3，刀刃數為2，點擊確定。切削參數大致與上步相同

20、，這里不做過多的闡述，在切削參數一欄中，選擇安全距離，如圖4-10。完成后點擊確定完成對凹槽粗銑的設定。 圖4-104.6 銑內部曲面 零件中的內部曲面是半徑為100的一段球面，進行加工時可以利用球頭銑刀進行銑削加工。在銑型腔的時候內部是階梯狀的凸臺，那么進行曲面銑削的時候就是將這些凸臺一步一步的銑削掉，來完成曲面的加工。 零件中的凸臺村存在，所以各個部分的厚度參差不齊，所以不能一次性加工出來，必須第一次進行加工余量盡可能多的切除，第二次保證精度。4.6.1 粗銑內部曲面 凸臺的存在使得圓周走刀加工變得復雜且不好掌握，我們選擇線性往復切削，并沿圓周走動，如下圖所示刀軌的示意圖。進入創建程序，并

21、命名詞子程序為FIXED-CONTOUR-COPY，選擇對話框中的圖標，點擊確定完成工序的創建。在固定輪廓銑對話框中，選擇驅動方法為曲面，投影矢量為刀軸。選擇新建刀具圖標，選擇刀具的子類型為SPHERICAL -MILL,命名為D8（銑刀-5 參數），點擊確定進行刀具的參數修改，刀具直徑為8，下半徑為4，長度為75，刀刃長度為50。然后點擊確定，進行切削參數，非切參數以及進給量進給速度的設定，如4-11所示，即完成對內曲面粗銑的設置。圖4-114.6.2 精銑內曲面 經過上一步的加工，內曲面的輪廓大致已經形成了，此時需要精加工來保證曲面的精度和表面粗糙度。首先創建工序，工序名稱為FIXED-C

22、ONTOUR，工序類型仍為。點擊確定進入輪廓銑對話框，選擇幾何體為WORKPIECE-COPY，驅動方法為曲面。刀具不變，在切削參量對話框中選擇加工余量。在進給率和速度對話框中調整主軸速度為6000，進給率為1000，點擊確定完成精加工的設定。刀軌如圖4-12所示： 圖4-124.7 銑零件內部凹槽 完成對零件內部曲面的加工以后，現在進行對零件內部凹槽的精銑，保證零件的精度。首先進行創建工序，選擇mill-contour類型，選擇如下圖標，進行凹槽的銑削操作的創建。選擇創建刀具，刀具子類型為mill，進入刀具參數的設定，設置刀具的直徑為4，下半徑為2，長度為75，刀刃長度為50，刀刃數為2，并

23、命名刀具為D4-1（銑刀-5參數），點擊確定進入零件的加工環境。選擇幾何體為WORKPIECE-COPY，驅動方法為曲面。設置刀具的進給率與進給速度為主軸速度6000.進給率為1000.零件加工面示意圖和個步驟截圖如圖4-13所示： 圖4-134.8 內螺紋的銑削 加工最后一步是內螺紋的銑削加工，這里采用銑削加工是因為內螺紋的車削加工不方便且不方便夾持工件，所以這里選擇進行內螺紋的銑削加工。首先進入零件加工的創建工序，選擇工序，并命名為THREAD-MILLING，點擊確定。點擊創建刀具，選擇圖標，進行螺紋銑刀的創建，并命名為THREAD-MILL，點擊確定進入刀具的參數設置，各部分參數設置如

24、圖4-14： 圖4-144.9 數控代碼的生成 加工到此基本就結束了，但是UG的功能還可以生成數控代碼以及車間文檔，點擊工序欄中的一步工序，選擇工具欄中的后處理操作圖標，進入零件數控代碼生成，如圖選擇MILL-3-AXIS，更改文件名為xingqiangxi，文件擴展名為txt，點擊確定就生成如下圖代碼，這里工序過多，代碼的生成只做一部分，如圖4-15：圖4-15結 論本文主要講述基于UG NX 8.0的零件建模過程和模擬加工過程。通過對零件加工的參數設定到生成數控代碼完成仿真。通過這次的設計，我充分了解到計算機輔助技術對機械設計制造領域的實用性及必要性。它可以將復雜的過程更直接的顯現出來。這

25、個課題更是充分的考察了對零件加工工藝和數控技術的綜合應用。而對零件的加工過程中主要是對零件的加工工藝分析，工序的規劃，零件的仿真加工，以及加工的后處理。通過這次的設計和研究，讓我的四年學習和生活畫上了一個圓滿的句號。也正是這個設計讓我更加堅信以后要走的路，讓我認識到以后是一條很長的路，需要我更加謙虛，更加努力！致謝首先，完成本次設計是得到了楊義老師的悉心的指導和耐心的解答。從開始構思到后來的定稿，老師總是在對我的方案進行修改。其次，感謝同組同學的監督督促，沒有同學們的指正和建議，總會走更多的彎路。再者感謝安徽農業大學給了我一個學習的平臺，那么多優秀的老師和同學，讓我大學四年不枉此行。謝謝大家！

26、參考文獻：1. 丁源，李秀峰UG NX8.0中文版從入門到精通北京：清華大學出版社，20132. 劉昌麗，周進UG NX8.0 中文版完全自學手冊北京：人民郵電出版社，20123. 北京兆迪科技有限公司UG NX8.0 實例寶典北京：機械工業出版社，20134. 康亞鵬UG NX8.0 數控加工自動編程 第四版 北京：機械工業出版社，20135. 展迪優UG NX8.0數控加工教程（修訂版）北京：機械加工出版社，20136. ShengWen Zhang.CNC programming system for complex componentsbased on KBE within integ

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