車門外板模型設(shè)計(jì)及其數(shù)控加工仿真

1、數(shù)字化制造及應(yīng)用技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告 車門外板模型設(shè)計(jì)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(duì)話框。在以上對(duì)話框中點(diǎn)擊模型，并設(shè)置文件夾位置，點(diǎn)擊【確定】進(jìn)入建模工作界面。 圖1 新建模型對(duì)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(diǎn)擊【插入】、【任務(wù)重的草圖】命令，進(jìn)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(shí)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(jìn)行偏置，得到另外平行的兩個(gè)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(gè)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(diǎn)擊【插入】、【網(wǎng)格曲面】、【通過曲線組】命令，彈出曲面創(chuàng)建對(duì)話框，如圖4所示。 圖4 通過曲線組創(chuàng)建曲線對(duì)話框依次單擊之前創(chuàng)建的草圖曲線，并分別點(diǎn)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(duì)話框，如圖6所示。 圖6 掃略對(duì)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(xì)節(jié)特征】、【橋接】命令，彈出橋接對(duì)話框，如圖8所示。 圖8 橋接曲面對(duì)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(jìn)行圖紙頁拉伸，依次點(diǎn)擊【插入】

4、、【修剪】、【修剪體】命令，彈出修剪體對(duì)話框如圖9所示。 圖9 修剪提對(duì)話框以拉伸的圖紙頁作為邊界，修剪曲面，修建完成后，可點(diǎn)擊隱藏將圖紙頁隱藏，或者直接點(diǎn)擊【編輯】、【特征】、【移除參數(shù)】，將整個(gè)模型參數(shù)移除，再將圖紙頁直接刪除，而曲面部分不會(huì)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(shí)體模型。首先以yoz平面為參考平面，創(chuàng)建一基準(zhǔn)平面，點(diǎn)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(jìn)行草繪，點(diǎn)擊【投影】命令，將圖10中曲面形狀中的整個(gè)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(diǎn)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(duì)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(diǎn)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(duì)話框。 圖13 有界平面對(duì)話框同樣選擇之前投影的曲線作為有界平面的曲線，點(diǎn)擊確定，得到封閉實(shí)體。并且可以檢測(cè)是否為實(shí)體，如圖14所示。 圖14 實(shí)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(gè)基準(zhǔn)平

6、面。在三個(gè)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(diǎn)擊【插入】、【網(wǎng)格曲面】、【通過曲線組】命令，彈出曲面創(chuàng)建對(duì)話框，從左至右依次點(diǎn)擊選取曲線并單擊中鍵，最后點(diǎn)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(diǎn)擊【插入】、【修剪】、【修剪體】命令，彈出修剪體對(duì)話框，選取圖17中的曲面作為邊界曲面，對(duì)實(shí)體進(jìn)行修剪，點(diǎn)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(shí)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(shí)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(jī)床進(jìn)行首件試切。 2、車門外板數(shù)控加工工藝分析 對(duì)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(duì)零件進(jìn)行定位和裝夾，安裝基準(zhǔn)不需要再進(jìn)行加工，夾壓方式和夾壓點(diǎn)的選取對(duì)刀具運(yùn)動(dòng)沒有影響，但是夾壓變形對(duì)加工質(zhì)量可能會(huì)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(yùn)動(dòng)和切削的地方。根據(jù)數(shù)控銑床對(duì)加工曲面的經(jīng)濟(jì)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(jì)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(gè)方面的問題：一是能否在一臺(tái)數(shù)控機(jī)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(jì)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(shí)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(gè)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(tái)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(shí)，考慮到材料的剛性差，加工容易變形，故應(yīng)該進(jìn)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(hào)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(gè)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(jìn)行。 6、車門外板的UG加工CAM（Computer Aided Manufacuring）,即計(jì)算機(jī)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(duì)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(duì)車門外板進(jìn)行外輪廓加工，采用固定軸曲面輪廓銑削的方式對(duì)車門外板進(jìn)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(yùn)動(dòng)。它是通過定義不同的驅(qū)動(dòng)幾何體來產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)點(diǎn)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(jìn)行曲面粗加工的基礎(chǔ)上對(duì)部件曲面進(jìn)行精加工。首先打開之前創(chuàng)建的模型文件，進(jìn)入加工環(huán)境，依次點(diǎn)擊、【加工】命令，系統(tǒng)彈出加工環(huán)境對(duì)話框，在加工環(huán)境對(duì)話框“要?jiǎng)?chuàng)建的CAM設(shè)置”列表框中選擇mill contour單擊確定進(jìn)去加工環(huán)境，如圖19所示。 圖19 加工環(huán)境對(duì)話框 下面創(chuàng)建機(jī)床坐標(biāo)系和安全平面。進(jìn)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(diǎn)，系統(tǒng)彈出“MCS銑削”對(duì)話框。如圖20所示。 接下來創(chuàng)建機(jī)床坐標(biāo)系，在銑削對(duì)話框中的機(jī)床坐標(biāo)系區(qū)域中單擊“CSYC對(duì)話框”按鈕，在系統(tǒng)彈出的對(duì)話框“類型”下拉列表中選擇“動(dòng)態(tài)”選項(xiàng)。單擊“CSYS對(duì)話框”操控器區(qū)域中的“點(diǎn)”按鈕，系統(tǒng)彈出點(diǎn)對(duì)話框，在點(diǎn)會(huì)話 圖20 MCS銑削對(duì)話框框下拉列表中選擇“WCS選項(xiàng)，拖動(dòng)坐標(biāo)系至零件頂點(diǎn)位置，點(diǎn)擊確定，完成機(jī)床坐標(biāo)系的創(chuàng)建。如圖21所示。 圖20 創(chuàng)建機(jī)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(xiàng)下拉列表中選擇平面選項(xiàng)，單擊平面對(duì)話框按鈕，系統(tǒng)彈出平面對(duì)話框；如圖21所示，在類型下拉列表中選擇YC

13、-ZC平面選項(xiàng)，在距離文本框中輸入230，單擊確定。 圖21 安全平面對(duì)話框下面創(chuàng)建部件幾何體，在工序?qū)Ш狡髦袉螕糁械?號(hào)，雙擊節(jié)點(diǎn)彈出“工件”對(duì)話框，如圖22所示。 圖22 工件對(duì)話框在工件對(duì)話框中單擊按鈕，系統(tǒng)彈出部件幾何體對(duì)話框，如圖23所示，在圖形區(qū)選取整個(gè)零件實(shí)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(shí)系統(tǒng)回到圖22所示的工件對(duì)話框。 圖23 部件幾何體對(duì)話框下面創(chuàng)建毛坯幾何體，在工件對(duì)話框中單擊按鈕，系統(tǒng)彈出“毛坯幾何體”對(duì)話框，如圖24所示。 在毛坯幾何體對(duì)話框下拉列表中選擇“部件的偏置”選項(xiàng)，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(shí)候，還可以

14、利用圖層進(jìn)行設(shè)置，先將能包絡(luò)零件的實(shí)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(duì)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(diǎn)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(duì)話框，如圖25所示。 圖25 創(chuàng)建幾何體對(duì)話框在創(chuàng)建幾何體對(duì)話框類型下拉列表中選擇mill_contour選項(xiàng)，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(xiàng)，采用系統(tǒng)默認(rèn)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(diǎn)擊指定切削區(qū)域按鈕，彈出切削區(qū)域?qū)υ捒?。如圖26所示。 圖26 指定切削區(qū)域?qū)υ捒虿捎孟到y(tǒng)默認(rèn)的選項(xiàng)，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(jìn)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(duì)話框，如圖28所示。 圖28 創(chuàng)建刀具對(duì)話框在創(chuàng)建刀具對(duì)話框“類型”下拉列表中選擇mill_contour選項(xiàng)，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(xiàng)，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(duì)話框，如圖29示。在改對(duì)話框中尺寸區(qū)域“球直徑”中輸入10，其他采用系統(tǒng)默認(rèn)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(diǎn)擊【插入】【工序】命令，系統(tǒng)彈出創(chuàng)建工序?qū)υ捒?，如圖30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(xiàng)，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(xiàng)，在幾何體下拉列表中選擇選項(xiàng)，在方法下拉列表中選擇選項(xiàng)，單擊確定按鈕，系統(tǒng)彈出圖31所示的固定輪廓銑對(duì)話框。 圖31 固定輪廓銑對(duì)話框下面設(shè)置驅(qū)動(dòng)方式，在固定輪廓銑對(duì)話框的驅(qū)動(dòng)方法區(qū)域中方法下拉列表中選擇“區(qū)域銑削”選項(xiàng)，系統(tǒng)彈出“區(qū)域銑削驅(qū)動(dòng)方法”對(duì)話框，如圖32所示，在此對(duì)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(duì)話框。

17、 圖31 區(qū)域銑削驅(qū)動(dòng)方法對(duì)話框下面設(shè)置切削參數(shù)，單擊固定輪廓銑對(duì)話框中的切削參數(shù)按鈕系統(tǒng)彈出切削參數(shù)對(duì)話框，在改對(duì)話框中單擊策略選項(xiàng)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(duì)話框中單擊余量選項(xiàng)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(jìn)給率和速度，在固定輪廓銑對(duì)話框中單擊進(jìn)給率和速度按鈕，系統(tǒng)彈出進(jìn)給率和速度對(duì)話框，分別對(duì)主軸轉(zhuǎn)速，切削文本框和進(jìn)刀進(jìn)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(duì)話框。 最后生成刀路軌跡并仿真。在固定輪廓銑對(duì)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(duì)話框中單擊確認(rèn)按鈕，在系統(tǒng)彈出的刀軌可視化對(duì)話框中單擊2D動(dòng)態(tài)，單擊播放按鈕，即可演示刀具按刀軌運(yùn)行，完成演示后的模型如圖37示，單擊確認(rèn)完成仿真操作。 圖 34 設(shè)置進(jìn)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(dòng)畫仿真 圖37 2D動(dòng)態(tài)下動(dòng)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(shí)間長，經(jīng)濟(jì)性不理想。下