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文檔簡介
1、數(shù)字化制造及應(yīng)用技術(shù)課程實驗報告 車門外板模型設(shè)計及其數(shù)控加工仿真一、基于UG8.0的車門外板曲面建模 首先打開UG NX 8.0軟件,在工作界面上單擊【文件】、【新建】,彈出圖3.2新建對話框。在以上對話框中點擊模型,并設(shè)置文件夾位置,點擊【確定】進入建模工作界面。 圖1 新建模型對話框 第一步建立模型的曲面。選定xoz平面作為基準(zhǔn)平面,點擊【插入】、【任務(wù)重的草圖】命令,進行曲面線條的草繪環(huán)境。根據(jù)參考尺寸值,畫出如圖2所示的曲線。畫草圖的時候要注意利用好草圖的約束,使草圖完全約束。 圖2 曲面的第一條曲線以此條曲線所在的平面建立一基準(zhǔn)平面,并以此基準(zhǔn)平面進行偏置,得到另外平行的兩個基準(zhǔn)平
2、面,以同樣創(chuàng)建草圖的方法,在之前創(chuàng)建的三個基準(zhǔn)平面上創(chuàng)建任務(wù)中的草圖,根據(jù)參考數(shù)據(jù)尺寸分別畫出兩條曲線,如圖3所示。 圖3 創(chuàng)建曲面上部分所用的曲線組得到曲線組后,創(chuàng)建曲面上部形狀,依次點擊【插入】、【網(wǎng)格曲面】、【通過曲線組】命令,彈出曲面創(chuàng)建對話框,如圖4所示。 圖4 通過曲線組創(chuàng)建曲線對話框依次單擊之前創(chuàng)建的草圖曲線,并分別點擊鼠標(biāo)中間,完成上部曲面的創(chuàng)建。 下面創(chuàng)建下部分曲面。預(yù)備采用沿曲線掃略的方式。首先依次單擊【插入】、【任務(wù)中的草圖】選取xoz平面作為草繪平面,根據(jù)參考數(shù)據(jù),畫出如圖5所示的截面曲線。 在xoy平面內(nèi),草繪一條曲線作為上一條曲線的草繪路徑,這條曲線具有一定的弧度,
3、光滑連接。兩條曲線鎖在的平面是垂直的。 圖5 下部曲面的掃略曲線依次單擊【插入】、【掃略】、【沿引導(dǎo)線掃略】命令,彈出沿引導(dǎo)線掃略對話框,如圖6所示。 圖6 掃略對話框選擇xoz內(nèi)的曲線作為截面曲線,再選擇xoy內(nèi)的曲線作為引導(dǎo)線,單擊確定得到下部分曲面形狀。 圖7 曲面下部形狀 下面采用橋接的方式,將上部和下部曲面自然過渡結(jié)合。依次單擊【插入】、【細節(jié)特征】、【橋接】命令,彈出橋接對話框,如圖8所示。 圖8 橋接曲面對話框依次選取上下部分曲面內(nèi)側(cè)的曲線作為橋接邊。橋接完成后,得到車門外板的基本曲面形狀,再根據(jù)所要求的基本尺寸1200*800,創(chuàng)建輪廓外形曲線,進行圖紙頁拉伸,依次點擊【插入】
4、、【修剪】、【修剪體】命令,彈出修剪體對話框如圖9所示。 圖9 修剪提對話框以拉伸的圖紙頁作為邊界,修剪曲面,修建完成后,可點擊隱藏將圖紙頁隱藏,或者直接點擊【編輯】、【特征】、【移除參數(shù)】,將整個模型參數(shù)移除,再將圖紙頁直接刪除,而曲面部分不會丟失。修剪完成后,得到車門外板的形狀,如圖10所示。 圖10 車門外板基本曲面形狀 下面采用曲線組的方式將車門外板的曲面片體變成實體模型。首先以yoz平面為參考平面,創(chuàng)建一基準(zhǔn)平面,點擊【插入】、【任務(wù)中的草圖】命令,以創(chuàng)建的基準(zhǔn)平面為草繪平面進行草繪,點擊【投影】命令,將圖10中曲面形狀中的整個外輪廓投影到基準(zhǔn)平面上去,如圖11所示。 圖11 投影輪
5、廓線點擊確定,回到建模環(huán)境,再一次單擊【插入】、【網(wǎng)格曲面】、【通過曲線組】命令,在彈出的曲線組對話框中依次選擇曲面外輪廓線,單擊中鍵,選取投影得到的曲線,點擊確定,將曲面和投影曲線四周用曲面圍住,得到如圖12所示的空腔。 圖12 曲線組命令行程空腔單擊【插入】、【曲面】、【有界平面】命令,彈出有界平面對話框。 圖13 有界平面對話框同樣選擇之前投影的曲線作為有界平面的曲線,點擊確定,得到封閉實體。并且可以檢測是否為實體,如圖14所示。 圖14 實體模型 下面創(chuàng)建車門外板的拉手槽。首先以yoz平面為參考平面創(chuàng)建一基準(zhǔn)平面如圖15所示。 圖15 基準(zhǔn)平面再以此基準(zhǔn)平面為參考平面創(chuàng)建另外兩個基準(zhǔn)平
6、面。在三個基準(zhǔn)平面上分別作出草圖曲線,如圖16所示。 圖16 草圖曲線組通過草圖曲線組可創(chuàng)建曲面,依次點擊【插入】、【網(wǎng)格曲面】、【通過曲線組】命令,彈出曲面創(chuàng)建對話框,從左至右依次點擊選取曲線并單擊中鍵,最后點擊確定,得到曲線組曲曲面。如圖17所示。 圖17 曲線組曲面依次點擊【插入】、【修剪】、【修剪體】命令,彈出修剪體對話框,選取圖17中的曲面作為邊界曲面,對實體進行修剪,點擊確定后,得到車門外板最終的模型,如圖18所示。 圖 18 車門外板實體模型二、基于CAM軟件的車門外板數(shù)控加工 1、車門外板結(jié)構(gòu)分析 通過三維視圖可以清晰的分析零件的結(jié)構(gòu)。零件的整體尺寸較大,加工精度要求為一般精度
7、要求,加工時以銑銷加工為主。部分結(jié)構(gòu)如拉手槽尺寸較小,不利于刀具的走刀,熱處理和加工不容易產(chǎn)生變形,零件總體加工工藝性比較好。根據(jù)這些分析,要確定合理的加工工藝,選擇加工刀具,確定切削用量,完成CAM加工及后處理,最后生成NC代碼,輸入數(shù)控機床進行首件試切。 2、車門外板數(shù)控加工工藝分析 對車門外板,加工零件的毛坯為有一定厚度的輕質(zhì)塑料,便于對零件進行定位和裝夾,安裝基準(zhǔn)不需要再進行加工,夾壓方式和夾壓點的選取對刀具運動沒有影響,但是夾壓變形對加工質(zhì)量可能會產(chǎn)生影響。毛坯選用輕質(zhì)塑料,材料的硬度不大,所以切削力不大,較容易加工,為下面的刀具材料和切削用量的選擇提供了依據(jù)。零件外形是曲面,應(yīng)該判
8、斷毛坯的外形是否有妨礙刀具定位、運動和切削的地方。根據(jù)數(shù)控銑床對加工曲面的經(jīng)濟精度,選擇粗銑精度為IT9,表面粗糙度為0.8。精銑精度為IT6,表面粗糙度為0.2。3、車門外板數(shù)控加工工藝路線的設(shè)計工藝路線的確定是工藝方案擬定的重要內(nèi)容之一,它涉及三個方面的問題:一是能否在一臺數(shù)控機床上,經(jīng)一次裝夾就能完成圖紙中全部的加工內(nèi)容;二是所確定的工藝路線是否經(jīng)濟合理;三是工藝路線是否能保證最終加工質(zhì)量。車門外板不是一般的禱件,曲面落差較大,故加工余量較大,剛性較差,加工時產(chǎn)生變形較大,具有一定的精度要求,因此按粗加工、精加工兩個階段安排工藝路線。選擇安裝基準(zhǔn),確定零件的裝夾方式,以下底面為基準(zhǔn)面安裝
9、在工作臺上。 4、工序劃分及加工余量 根據(jù)劃分工序的原則,劃分車門外板加工工序時,考慮到材料的剛性差,加工容易變形,故應(yīng)該進行粗、精加工;從安裝次數(shù)和刀具的調(diào)用來看,車門外板明顯分為表面曲面部分和外輪廓兩大部分,先以地面定位加工外輪廓,明確表面加工區(qū)域,再加工正面曲面部分完成加工。按照此原則確定的加工工序如下表所示。工序號工序內(nèi)容刀具1銑正面外輪廓深度為20mm直徑10mm立銑刀2粗銑上表面曲面深度為16.7507mm直徑10mm球頭銑刀3精銑上表面曲面深度為16.7507mm直徑6mm球頭刀另外需要指出的是,曲面上的手拉槽由于個表面其余部分光滑連接,在選擇銑銷方式的情況下,可以將其余上表面曲
10、面其余部分一同銑銷加工。根據(jù)精銑加工余量標(biāo)中加工面寬度、加工面長度與加工余量的關(guān)系,確定精加工余量為0.5mm(按照1:5)。 5、確定走到路線、安排加工順序、毛坯定位與裝夾以及確定切削用量都將在創(chuàng)建數(shù)控加工中進行。 6、車門外板的UG加工CAM(Computer Aided Manufacuring),即計算機輔助制造。CAM內(nèi)容廣泛,從狹義上講指的是數(shù)控程序的編制,包括刀具路徑的規(guī)劃、刀位文件的生成、刀具軌跡仿真,以及NC代碼的生成等。本節(jié)正是利用CAM模塊完成對上蓋零件的上述操作。在UG 8.0中,采用平面輪廓銑的方法對車門外板進行外輪廓加工,采用固定軸曲面輪廓銑削的方式對車門外板進行加
11、工。固定軸曲面輪廓銑削是一種用于精加工輪廓曲面所形成的加工方式,它通過精確控制刀具軸和投影矢量,使刀具沿著非常復(fù)雜的曲面的復(fù)雜輪廓運動。它是通過定義不同的驅(qū)動幾何體來產(chǎn)生驅(qū)動點陣列,并沿著指定的投影矢量方向投影到部件幾何體上,然后將刀具定位到部件幾何體以生成刀軌。 經(jīng)進行曲面粗加工的基礎(chǔ)上對部件曲面進行精加工。首先打開之前創(chuàng)建的模型文件,進入加工環(huán)境,依次點擊、【加工】命令,系統(tǒng)彈出加工環(huán)境對話框,在加工環(huán)境對話框“要創(chuàng)建的CAM設(shè)置”列表框中選擇mill contour單擊確定進去加工環(huán)境,如圖19所示。 圖19 加工環(huán)境對話框 下面創(chuàng)建機床坐標(biāo)系和安全平面。進入幾何體視圖,在工序?qū)Ш狡髦杏?/p>
12、擊,在快捷菜單中選擇【幾何視圖】命令,雙擊節(jié)點,系統(tǒng)彈出“MCS銑削”對話框。如圖20所示。 接下來創(chuàng)建機床坐標(biāo)系,在銑削對話框中的機床坐標(biāo)系區(qū)域中單擊“CSYC對話框”按鈕,在系統(tǒng)彈出的對話框“類型”下拉列表中選擇“動態(tài)”選項。單擊“CSYS對話框”操控器區(qū)域中的“點”按鈕,系統(tǒng)彈出點對話框,在點會話 圖20 MCS銑削對話框框下拉列表中選擇“WCS選項,拖動坐標(biāo)系至零件頂點位置,點擊確定,完成機床坐標(biāo)系的創(chuàng)建。如圖21所示。 圖20 創(chuàng)建機床坐標(biāo)系創(chuàng)建安全平面,在安全設(shè)置區(qū)域的安全設(shè)置選項下拉列表中選擇平面選項,單擊平面對話框按鈕,系統(tǒng)彈出平面對話框;如圖21所示,在類型下拉列表中選擇YC
13、-ZC平面選項,在距離文本框中輸入230,單擊確定。 圖21 安全平面對話框下面創(chuàng)建部件幾何體,在工序?qū)Ш狡髦袉螕糁械?號,雙擊節(jié)點彈出“工件”對話框,如圖22所示。 圖22 工件對話框在工件對話框中單擊按鈕,系統(tǒng)彈出部件幾何體對話框,如圖23所示,在圖形區(qū)選取整個零件實體作為部件幾何體。單擊確定,完成部件幾何體的創(chuàng)建,同時系統(tǒng)回到圖22所示的工件對話框。 圖23 部件幾何體對話框下面創(chuàng)建毛坯幾何體,在工件對話框中單擊按鈕,系統(tǒng)彈出“毛坯幾何體”對話框,如圖24所示。 在毛坯幾何體對話框下拉列表中選擇“部件的偏置”選項,輸入值0.5,并單擊確定,完成毛坯幾何體的定義。 在定義毛坯的時候,還可以
14、利用圖層進行設(shè)置,先將能包絡(luò)零件的實體模型,在加工環(huán)境下設(shè)置完毛坯,再將其隱藏。 圖24 毛坯幾何體對話框下面開始創(chuàng)建切削區(qū)域幾何體,在工序?qū)Ш狡鞯墓?jié)點上右擊,在快捷菜單選擇【插入】【幾何體】命令,彈出創(chuàng)建幾何體對話框,如圖25所示。 圖25 創(chuàng)建幾何體對話框在創(chuàng)建幾何體對話框類型下拉列表中選擇mill_contour選項,在“幾何體子類型”區(qū)域中單擊“MILL_AREA按鈕,在幾何體下拉列表中選擇”WORKPIECE”選項,采用系統(tǒng)默認的區(qū)域銑,單擊確定按鈕,系統(tǒng)彈出銑削區(qū)域?qū)υ捒颍c擊指定切削區(qū)域按鈕,彈出切削區(qū)域?qū)υ捒颉H鐖D26所示。 圖26 指定切削區(qū)域?qū)υ捒虿捎孟到y(tǒng)默認的選項,選取如
15、圖27所示的切削區(qū)域,單擊確定按鈕,系統(tǒng)返回到銑削區(qū)域?qū)υ捒?,再次單擊確定。 圖27 選定的切削區(qū)域下面進行創(chuàng)建刀具的操作?!静迦搿俊镜毒摺棵睿到y(tǒng)彈出創(chuàng)建刀具對話框,如圖28所示。 圖28 創(chuàng)建刀具對話框在創(chuàng)建刀具對話框“類型”下拉列表中選擇mill_contour選項,在“刀具子類型”中單擊“BALL_MILL”按鈕,在位置區(qū)域的刀具下拉列表中選擇選項,在名稱文本框中輸入刀具名稱B10,單擊確定,系統(tǒng)彈出“銑刀-球頭刀”對話框,如圖29示。在改對話框中尺寸區(qū)域“球直徑”中輸入10,其他采用系統(tǒng)默認設(shè)置值,設(shè)置完成后單擊確定按鈕,完成刀具的創(chuàng)建。 圖29 刀具尺寸設(shè)置及顯示 創(chuàng)建固定軸曲面
16、輪廓銑操作,首先創(chuàng)建工序。點擊【插入】【工序】命令,系統(tǒng)彈出創(chuàng)建工序?qū)υ捒颍鐖D30所示。 圖30 創(chuàng)建工序?qū)υ捒?在創(chuàng)建工序?qū)υ捒颉邦愋汀毕吕斜碇羞x擇mill_contour選項,在工序子類型區(qū)域中單擊FIXED-CONTOUR按鈕,在刀具下拉列表中選擇選項,在幾何體下拉列表中選擇選項,在方法下拉列表中選擇選項,單擊確定按鈕,系統(tǒng)彈出圖31所示的固定輪廓銑對話框。 圖31 固定輪廓銑對話框下面設(shè)置驅(qū)動方式,在固定輪廓銑對話框的驅(qū)動方法區(qū)域中方法下拉列表中選擇“區(qū)域銑削”選項,系統(tǒng)彈出“區(qū)域銑削驅(qū)動方法”對話框,如圖32所示,在此對話框中設(shè)置圖示參數(shù),單擊確定,系統(tǒng)回到“固定輪廓銑”對話框。
17、 圖31 區(qū)域銑削驅(qū)動方法對話框下面設(shè)置切削參數(shù),單擊固定輪廓銑對話框中的切削參數(shù)按鈕系統(tǒng)彈出切削參數(shù)對話框,在改對話框中單擊策略選項卡,設(shè)置如圖32所示的參數(shù)值。 圖32 切削參數(shù)-策略 在切削參數(shù)對話框中單擊余量選項卡,其參數(shù)設(shè)置如圖33所示。 圖33 切削參數(shù)-余量接下來設(shè)置進給率和速度,在固定輪廓銑對話框中單擊進給率和速度按鈕,系統(tǒng)彈出進給率和速度對話框,分別對主軸轉(zhuǎn)速,切削文本框和進刀進行設(shè)置,如圖34所示。單擊確定按鈕,系統(tǒng)返回到固定輪廓銑對話框。 最后生成刀路軌跡并仿真。在固定輪廓銑對話框中單擊“生成”按鈕,在圖形區(qū)域中生成如圖35所示的刀路軌跡。 在固定輪廓銑對話框中單擊確認按鈕,在系統(tǒng)彈出的刀軌可視化對話框中單擊2D動態(tài),單擊播放按鈕,即可演示刀具按刀軌運行,完成演示后的模型如圖37示,單擊確認完成仿真操作。 圖 34 設(shè)置進給率和速度 圖35 生成的精銑加工刀路軌跡 圖36 刀軌可視化界面及動畫仿真 圖37 2D動態(tài)下動畫仿真精加工后的模型 結(jié)果分析圖37中顯示的精加工表面粗糙度非常好的滿足了精度要求,但是走刀路線太密集,加工時間長,經(jīng)濟性不理想。下
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