1、 南京工程学院 自动化学院 自考助学 本科毕业设计（论文） 基于 UG洗衣机波轮模具的曲面设计与加工 专 业： 数控技术 摘 要 UG NX 是当前先进的面向制造业的 CAD/CAM/CAE 高端软件之一。它集设计、分析和制造等功能于一体，为工程技术人员提供了丰富的三维图形资源库，可以用于机械制造领域的计算机辅助设计（ CAD）、计算机辅助制造 （ CAM） 、计算机辅助分析 （ CAE） 等方面。 本文主要论述了洗衣机波轮零件的三维设计与数控仿真加工，利 用 UG NX的 modeling 的模块实现了零件的三维设计，利用 manufacturing 模块实现了零件的数控仿真并生成了 NC
2、仿真程序，很好地利用了 UG NX 软件 CAD/CAM 的功能实现集成的特点，在对零件实际加工前进行仿真，提前发生干涉和过切问题及时调整，提高了效率，降低了次品率。 此外，本文还介绍了加工中心的使用方法以及在加工过程中的注意事项等，分析了如何根据零件的几何形状特点设计加工工艺和操作步骤，以及操作过程中的相关参数选择。实践证明，在数控加工中，根据零件的不同部位的技术要求，合理安排不同的加工工艺 ，设置合理的加工参数，选择合理的加工道具，不仅可以提高加工效率，保证质量，而且还减少工具损耗。 关键词： UG；洗衣机波轮；数控加工；数控代码 南 京工程学院自动化学院自考助学本科毕业设计（论文） 1
3、目 录 第一章 绪 论 . 4 1.1 引言 .4 1.2 国内外 CAD/CAM 技术的发展趋势 .4 1.2.1 CAD/CAM 国外技术 与发展趋势 . 4 1.2.2 CAD/CAM 技术 国内外发展状况 .5 1.3 选题背景与主要研究内容 .6 1.3.1 选题背景、目的及意义 .6 1.4 本文的结构 . 7 第二章 Unigraphics 软件介绍 . 8 2.1 UG 软件的特点 . 8 2.2 UG 各功能模块简介 . 8 2.3 UG 的功能和技术特性 . 9 2.3.1 UG 的功能 . 9 2.3.2 UG 的技术特性 . 10 第三章 基于 UG 的洗衣机波轮 造型
4、 设计 . 10 3.1 CAD 技术的概述 . 10 3.2 课题数据来源 . 10 3.3 UG 软件建模 . 10 第 四 章 数控加工工艺设计 . 20 4.1 CAM 概述 . 20 4.2 洗衣机波轮仿真加工概述 . 20 4.3 洗 衣机波轮仿真加工过程 . 21 南 京工程学院自动化学院自考助学本科毕业设计（论文） 2 4.3.1创建毛坯模型 . 错误 !未定义书签。 4.3.2 创建几何体 . 22 4.3.3 创建刀具组 . 23 4.3.4 创建操作 . 25 4.3.5 后置处理 . 34 4.4 小结 . 35 第 五 章 结论 . 37 5.1 论文结论 . 37
5、5.2 感想 . 38 致 谢 . 39 参考文 献 . 40 程序清单 . 41 南 京工程学院自动化学院自考助学本科毕业设计（论文） 3 第一章 绪 论 1.1 引言 我国制造业正面临着市场全球化、经济一体化，处于竞争战略不断升级，相应的制造理念和制造模式不断创新的时期，先后出 现 了柔性制造，集成制造，敏捷制造，智能制造以及其它各种先进制造理念和模式。企业不得不面向低成本化、高质量化、交货期缩短化、直接成型化的挑战。 由于计算机技术日新月 异的发展 ， PC机的性能已完全赶上甚至超过早期工作站的性能，促进了 CAD/CAM 技术的晋级。同时，数控技术、计算机技术的发展，在数控加工，模具加
6、工的现场很多都引入了计算机，从过去的劳动密集型向技术、信息密集型产业转化。而数控加工 CAD/CAM 是支撑现代制造业的基础。 1.2 国内外 CAD/CAM 技术的发展趋势 1.2.1 CAD/CAM 国外 技术 与发展趋势 CAD/CAM 技术是近 40 年来迅速发展起来的一门新兴的综合计算机应用系统技术，经过了形成 、 发展、提高和集成化四个阶段。 二十世纪五十年代初，卓有远见的工程师 们就觉察到计算机的巨大潜力，开始实验用计算机来帮助人们做设计工作。早期的计算机只是用来作工程计算的数值分析。随着字符显示器的出现， 1952 年在 MIT 诞生了第一台计算机绘图系统。当时采用的是电子管计
7、算机，用机器语言编程，配置的图形设备仅是自动绘图机，CAD 技术仅是一种被动的辅助技术。 1963 年，美国 MIT 的林肯实验室首先提出了“计算机图形学”、“人机通信”、“交互式计算机图形系统”的思想。汽车、航空等部门用计算机辅助几何造型技术，又使 CAD/CAM 技术得到了纵深发展。 70 年代初，美国 Applincon 公司 开发第一个完整的 CAD 系统。 70年代后期光栅显示器、手动游标、图形输入板等图形输入设备的出现，使得 CAD 技术进入了实用阶段。 从 80 年代开始，超大规模集成电路技术获得了极大发展，微处理器及储存器件得到了改进。工程工作站的问世，使 CAD 技术取得了迅
8、猛发展，并且 80年代中期以后， CAD 技术向标准化、集成化、智慧化方向发展。产品数据技术标准化成为 CAD/CAM 技术的主要发展方向。 南 京工程学院自动化学院自考助学本科毕业设计（论文） 4 90 年代可以称其为第三代 CAD/CAM 技术。就其特点来说，主要有：基于特征参数化建模技术、日趋完善的数据交换规范、先进的网络互联技术、 CAX 相关性的高度集成、先进实用的三维设计等。 目前，就国外 CAD/CAM 技术发展趋势来说，主要是建立在开放式、分布式工作站网络上的 CAD/CAM 集成化系统。在国际市场上仍然是美国的几家著名的大公司占据着 CAD/CAM 的主要市场，如 IBM、
9、Computer Vision、EOS/Unigraphices、 Aotodesk、 PTC/Proengineer 等。 1.2.2 CAD/CAM 技术国内外发展状况 CAD/CAM 技术经过几十年的发展，先后走过大型机、小型机、工作站、微机时代，每个时代都有当时流行的 CAD/CAM 软件。现在，工作站和微机平台 CAD/CAM 软件已经占据主导地位，并且出现了一批比较优秀、比较流行的商品化软件。下面我们将分别介绍国内外一些流行的软件。 （ 1） Unigraphics(UG) 在 UG 中，优越的参数化和变量化技术与传统的实体、线框和表面功能 结合在一起， 这一 结合被实践证明是强有
10、力的，并被大多数 CAD/CAM 软件厂商所采用。 现在已经发展成了 一个从低端到高端，兼有 Unix 工作站版和 Windows NT 微机版的较完 善 的企 业级 CAD/CAM/CAE 集成系 统 。 （ 2） AutoCAD AutoCAD 是当今最流行的二维绘图软件，它在二维绘图领域拥有广泛用户群。 AutoCAD 有强大的二维功能，如绘图、编辑、剖面线和图案绘制、尺寸标注以及二次开发等功能，同时有部分三维功能。 （ 3） SolidWorks SolidWorks 是基于 Windows 平台的全参数化特征造型软件，它可以十分方便地实现复杂的三维零件实体造型、复杂装配和生成工程图。
11、图形界面友好，用户上手快 。 该软件可以应用于以规则几何形体为主的机械产品设计及生产准备工作中，其价位适中。 （ 4） Pro/Engineer Pro/Engineer 软件能将设计至生产全过程集成到一起，让所有的用户能够同时进行同一产品的设计制造工作，即实现所谓的并行工程。 我国 CAD/CAM 技术及产品发展的未来之路经过多年的推广 ， CAD 技术已经广泛地应用在机械、电子、航天、化工、建筑等行业。应用 CAD 技术起到了提高企业的设计效率、优化设计方案、减轻技术人员的劳动强度、缩短设计周期、南 京工程学院自动化学院自考助学本科毕业设计（论文） 5 加强设计的标准化等作用。近年来，我国
12、 CAD 技术的开发和应用取得了长足的发展，除对许多国外软件进行了汉化和二次开发以外，还诞生了不少具有自主版权的 CAD 系统。 但是，我国 CAD/CAM 软件 不管是从产品开发水平还是从商品化、市场化程度都与发达国家有不小的差距。由于国外 CAD/CAM 软件出现得较早，开发和应用的时间也较长，所以它们发展比较成熟，现在基本上已经占领了国际市场。这些国外软件公司利用其技术和资金的优势，开始大力向我国市场进军，目前，国外一些优秀软件，如 UG、 SolidWorks、 Pro/Engineer、 CATIA 等，已经占领了一部分国内市场 ， 所以，我国 CAD/CAM 软件前景不容乐观。但是
13、，我们也应该看清自己的优势。在这些前提下，我们不仅要紧跟时代潮流，跟踪国际最新动态，遵守各种国际规 范，在国际国内形成自己独特的优势，更要立足国内，结合国情，面向国内经济建设的需要，开发出有自己特色，符合中国人习惯的 CAD/CAM 软件。 1.3 选题背景与主要研究内容 1.3.1 选题背景、目的及意义 快速、高质量的产品零件设计、模具设计是快速制造的基础。这里所说的设计不是传统意义上的设计，是贯穿整个过程的三维及二维数字传递，在局域网上，由设计人员用计算机进行三维设计、分析、辅助制造，进行直接的数字传递，最终传送到数控机床，如加工中心、数控车精密数控线切割机，这样既避免了数据交换的错误，又
14、减少了重复劳动和 技术准备时间。 UG NX 就是这样一个大型的 CAD/CAM/CAE 集成化软件，功能强大，内容丰 富 ，具有设计、分析、加工等功能，在航空、航天、汽车、模具、家电等领域十分广泛。在本课题的设计研究中，采用的主要支撑软件就是美国 UGS 公司的3D 软件 Unigraphics Solutions（简称 UG） 。 本课题是对 UG 软件的三维实体造型在产品设计中的应用进行了研究，介绍了 洗衣机波轮 从零件的造型设计到加工制造的过程和步骤、如何根据曲面的特点设计加工工艺和操作步骤，以及各操作中相关参数选择。其研究意义如下： 通过 洗 衣机波轮 在设计过程中从分应用 UG 软
15、件进行三维实体建模，掌握了如何利用 UG 软件在建模模块中实现零件的三维设计以及如何利用仿真模块实现零件的数控仿真加工并生成仿真程序。 通过对 洗衣机波轮 与制造，不仅掌握了数控编程技术，数控机床的加工工艺顺序、操作步骤、以及在加工过程中的注意事项等，同时也培养了我们的动手能力和独立思考能力。 南 京工程学院自动化学院自考助学本科毕业设计（论文） 6 通过毕业设计，还可以综合我们所学的知识去分析，解决一个问题，在做毕业设计论文的过程中，使所学知识得到梳理和运用，它既是一次检测，有时一次锻炼，使我们的动手能力，动笔能力也得到了充分的锻炼，增 强了我们即将跨入社会的竞争和去创造的自信心。 本课题的
16、具体工作包括以下几个部分 ： 熟悉 UG 软件 ； 用 UG 软件绘制出 洗衣机波轮的 模型 ； 洗衣机波轮 技术加工工艺分析 ； 用 UG 软件完成 洗衣机波轮 模型的虚拟制造 ； 在数控加工中心上实现 洗衣机波轮 模型的数控加工 。 1.4 本文结构 本文以洗衣机波轮 的工艺造型和数控加工为研究背景，对 UG 软件的CAD/CAM 功能进行研究和分析。全文共分 四 段，各章的具体内容如下： 简单介绍了 CAD/CAM 的发展趋势和本课题的研究背景 简单介绍了 UG 软件的功能和特点 以 洗衣机波轮 的造型设计 为例，详细地介绍了 UG 软件的 CAD 功能，讲解了建模的一般步骤和操作方法。
17、 以 洗衣机波轮 的虚拟加工为例，详细地介绍了 UG 软件的 CAM 功能，讲解了刀具的创建、几何体和加工区域的创建等知识。 总结了全文的研究工作，给出了存在的问题和进一步的研究方向 。 南 京工程学院自动化学院自考助学本科毕业设计（论文） 7 第二章 Unigraphics 软件介绍 UG (Unigraphics)是 Unigraphics Solutions (简称 UGS) 公司推出的集 CAD/CAM/CAE 为一体 的三维机械设计平台，也是当今世界最先进的计算机辅助设计 、分析和制造 软件之一，广泛应用于航空航天、汽车、造船等领域。 UG 是一个交互式 的计算机辅助设计 （ CAD
18、） 、计算机辅助制造 （ CAM） 和计算机辅助工程 （ CAE） 系统。它具备了当今机械加工领域所需的大多数工程设计和制图功能。 UG 是一个全三维、双精度的造型系统，使用户能够比较精确地描述任何几何形体，通过对这些形体的组合，就可以对产品进行设计、分析和制图。 2.1 UG 软件特点 UG 软件是以 Parasolid 为核心的工业设计软件包，包括一个灵活的复合建模模块以及功能强大的逼真照相的渲染、动画和快速的原型工具，复合建模让用户在下 例建模方法中选择：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。其特点是： 1、具体统一
19、的数据库，真正实现了 CAD /CAM/CAE 等各模块之间的无数据交换的自由切换，可实施并行工程。 2、采用复合建模技术，可将实体建模、曲面建模、线框建模、显示几何建模与参数化建模融为一体。 3、用基于特征（如孔、凸台、型胶、槽沟、倒角等 ） 的建模和编辑方法作为实体造型基础，形象直观，类似于工程师传统的设计办法， 并能用参数驱动。 4、曲面设计采用非均匀有理 B样条作基础 ，可用多种方法生成复杂的曲面，特别适合于汽车外形设计、汽轮机叶片设计等复杂曲面造型。 5、出图功能强，可十分方便地从三维实体建模直接生成二维工程图。能按ISO 标准 和国标标注尺寸、行位公差和汉字说明等。并能直接对实体做
20、旋转剖、阶梯剖和轴侧图挖切生成的各种剖视图，增强了绘制工程图的实用性。 6、以 Parasolid 为实体建模 核心，实体造型功能处于领先地位。目前著名 CAD/CAM/CAE 软件均以此作为实体造型基础。 7、提供了界面良好的二次开发工具 GRIP(GRAPHECAL INTERACTIVE PROGRAMING)和 UFUNC(USER FUNCTION),并能通过高级语言接口，使 UG的图形功能与高级语言的计算功能紧密结合起来。 8、具有良好的用户介面，绝大多数功能都可通过图标实现；进行对象操作时，具有自动推理功能；同时，在每个操作步骤中，都有相应的提示信息，便于南 京工程学院自动化学院
21、自考助学本科毕业设计（论文） 8 用户做出正确的选择。 2.2 UG 各功能模块简介 UG 软件作为一个软件包，包括了许多功能模块，而 UGS 公司实行的是完整的可升级的产品路线，为各层次用户优化产品路线，因而，一个公司可以在需要时以最合适的价格购置或租用仅仅是它需要的那些模块，而不需要 投入过多的资金在一些不必要的模块上。一下是其部分主要的功能模块： 1、基本环境 这是所有其他应用模块的公共运行平台，是启动 UG 后自动运行的第一个模块。在该模块下可以打开已经存在的部件文件，可以新建部件文件，可以改变显示部件 ，可以分析部件，可以启动在线帮助，可以输出图纸，可以执行外部程序等。 2、建模 这
22、是产品的三维造型模块。利用该模块，设计师可以自由地表达设计思想和创造性的改进设计。 UG 软件所擅长的特征建模、曲线功能和曲面功能在该模块中得到了充分体现，人性化的设计环境可以帮助设计师将主要精力放到产品设计上， 灵活而又易于理解的工具不仅 可以提高造型速度，而且可以减少用于熟悉软件的时间 3、加工 这是产品加工模块。 UG 加工包括 UG/CAM Base(CAM 基础 )、 UG/Planner Milling(平面铣 )、 UG/Lathe(车加工 )、 UG/Cavity Milling(型腔铣 )、 UG/Surface Milling(曲面铣 )、 UG/Sequential Mi
23、lling(顺序铣 )、 UG/Fixted Conentour Milling(固定轴铣 )、 UG/Wire EDM(线切割 )、 UG/Postprocessing(后置处理 )等模块。 2.3 UG 的功能 和技术特性 2.3.1 UG 的功能 UG 的功能非常强大，涉及到平面工程制图、三维造型、结构分析、制造、渲染和动画仿真、模拟加工等。 CAD 功能实现了目前制造业行业中常规设计和绘图的自动化； CAM 功能则为数控机床提供 NC 编程技术 ;CAE 功能能够进行有限元分析、静力学分析、动力学分析 。同时它还提供一整套 CAD/ CAM /CAE 业界最先进的二次开发工具集，为不同的用户提供相应的开发工具，去定制 U
