当前位置:首页 >> 机械/仪表 >>

车门外板模型设计及其数控加工仿真


《数字化制造及应用技术》 课程实验报告

车门外板模型设计及其数控加工仿真
一、基于 UG8.0 的车门外板曲面建模
首先打开 UG NX 8.0 软件,在工作界面上单击【文件】 、 【新建】 ,弹出图 3.2 新建对话框。在以上对话框中点击模型,并设置文件夹位置,点击【确定】进入 建模工作界面。

图 1 新建模型对

话框

第一步建立模型的曲面。选定 xoz 平面作为基准平面,点击【插入】 、 【任务 重的草图】命令,进行曲面线条的草绘环境。根据参考尺寸值,画出如图 2 所示 的曲线。画草图的时候要注意利用好草图的约束,使草图完全约束。

图 2 曲面的第一条曲线

以此条曲线所在的平面建立一基准平面,并以此基准平面进行偏置,得到另外平

行的两个基准平面, 以同样创建草图的方法,在之前创建的三个基准平面上创建 任务中的草图,根据参考数据尺寸分别画出两条曲线,如图 3 所示。

图 3 创建曲面上部分所用的曲线组

得到曲线组后,创建曲面上部形状,依次点击【插入】 、 【网格曲面】 、 【通过曲线 组】命令,弹出曲面创建对话框,如图 4 所示。

图 4 通过曲线组创建曲线对话框

依次单击之前创建的草图曲线,并分别点击鼠标中间,完成上部曲面的创建。 下面创建下部分曲面。预备采用沿曲线扫略的方式。首先依次单击【插入】 、 【任务中的草图】选取 xoz 平面作为草绘平面,根据参考数据,画出如图 5 所示 的截面曲线。 在 xoy 平面内, 草绘一条曲线作为上一条曲线的草绘路径,这条曲线具有一 定的弧度,光滑连接。两条曲线锁在的平面是垂直的。

图 5 下部曲面的扫略曲线

依次单击【插入】 、 【扫略】 、 【沿引导线扫略】命令,弹出沿引导线扫略对话框, 如图 6 所示。

图 6 扫略对话框

选择 xoz 内的曲线作为截面曲线,再选择 xoy 内的曲线作为引导线,单击确定得 到下部分曲面形状。

图 7 曲面下部形状

下面采用桥接的方式,将上部和下部曲面自然过渡结合。依次单击【插入】 、 【细节特征】 、 【桥接】命令,弹出桥接对话框,如图 8 所示。

图 8 桥接曲面对话框

依次选取上下部分曲面内侧的曲线作为桥接边。桥接完成后,得到车门外板的基 本曲面形状,再根据所要求的基本尺寸 1200*800,创建轮廓外形曲线,进行图 纸页拉伸,依次点击【插入】 、 【修剪】 、 【修剪体】命令,弹出修剪体对话框如图 9 所示。

图 9 修剪提对话框

以拉伸的图纸页作为边界,修剪曲面,修建完成后,可点击隐藏将图纸页隐藏, 或者直接点击【编辑】 、 【特征】 、 【移除参数】 ,将整个模型参数移除,再将图纸

页直接删除,而曲面部分不会丢失。修剪完成后,得到车门外板的形状,如图 10 所示。

图 10 车门外板基本曲面形状

下面采用曲线组的方式将车门外板的曲面片体变成实体模型。 首先以 yoz 平面为参考平面,创建一基准平面,点击【插入】 、 【任务中的草图】 命令,以创建的基准平面为草绘平面进行草绘,点击【投影】命令,将图 10 中 曲面形状中的整个外轮廓投影到基准平面上去,如图 11 所示。

图 11 投影轮廓线

点击确定,回到建模环境,再一次单击【插入】 、 【网格曲面】 、 【通过曲线组】命 令,在弹出的曲线组对话框中依次选择曲面外轮廓线,单击中键,选取投影得到

的曲线,点击确定,将曲面和投影曲线四周用曲面围住,得到如图 12 所示的空 腔。

图 12 曲线组命令行程空腔

单击【插入】 、 【曲面】 、 【有界平面】命令,弹出有界平面对话框。

图 13 有界平面对话框

同样选择之前投影的曲线作为有界平面的曲线,点击确定,得到封闭实体。并且 可以检测是否为实体,如图 14 所示。

图 14 实体模型

下面创建车门外板的拉手槽。 首先以 yoz 平面为参考平面创建一基准平面如图 15 所示。

图 15 基准平面

再以此基准平面为参考平面创建另外两个基准平面。 在三个基准平面上分别作出 草图曲线,如图 16 所示。

图 16 草图曲线组 通过草图曲线组可创建曲面,依次点击【插入】 、 【网格曲面】 、 【通过曲线组】命 令,弹出曲面创建对话框,从左至右依次点击选取曲线并单击中键,最后点击确 定,得到曲线组曲曲面。如图 17 所示。

图 17

曲线组曲面

依次点击【插入】 、 【修剪】 、 【修剪体】命令,弹出修剪体对话框,选取图 17 中 的曲面作为边界曲面, 对实体进行修剪, 点击确定后, 得到车门外板最终的模型, 如图 18 所示。

图 18 车门外板实体模型

二、基于 CAM 软件的车门外板数控加工
1、车门外板结构分析 通过三维视图可以清晰的分析零件的结构。零件的整体尺寸较大,加工精度 要求为一般精度要求,加工时以铣销加工为主。部分结构如拉手槽尺寸较小,不 利于刀具的走刀,热处理和加工不容易产生变形,零件总体加工工艺性比较好。 根据这些分析,要确定合理的加工工艺,选择加工刀具,确定切削用量,完成 CAM 加工及后处理,最后生成 NC 代码,输入数控机床进行首件试切。 2、车门外板数控加工工艺分析 对车门外板,加工零件的毛坯为有一定厚度的轻质塑料,便于对零件进 行定位和装夹, 安装基准不需要再进行加工,夹压方式和夹压点的选取对刀具运 动没有影响,但是夹压变形对加工质量可能会产生影响。 毛坯选用轻质塑料,材料的硬度不大,所以切削力不大,较容易加工,为下 面的刀具材料和切削用量的选择提供了依据。 零件外形是曲面, 应该判断毛坯的外形是否有妨碍刀具定位、运动和切削的 地方。根据数控铣床对加工曲面的经济精度,选择粗铣精度为 IT9,表面粗糙度

为 0.8。精铣精度为 IT6,表面粗糙度为 0.2。 3、车门外板数控加工工艺路线的设计 工艺路线的确定是工艺方案拟定的重要内容之一,它涉及三个方面的问题: 一是能否在一台数控机床上,经一次装夹就能完成图纸中全部的加工内容;二是 所确定的工艺路线是否经济合理;三是工艺路线是否能保证最终加工质量。 车门外板不是一般的祷件,曲面落差较大,故加工余量较大,刚性较差,加 工时产生变形较大,具有一定的精度要求,因此按粗加工、精加工两个阶段安排 工艺路线。选择安装基准,确定零件的装夹方式,以下底面为基准面安装在工作 台上。 4、工序划分及加工余量 根据划分工序的原则, 划分车门外板加工工序时, 考虑到材料的刚性差, 加工容易变形,故应该进行粗、精加工;从安装次数和刀具的调用来看,车门外 板明显分为表面曲面部分和外轮廓两大部分,先以地面定位加工外轮廓,明确表 面加工区域, 再加工正面曲面部分完成加工。按照此原则确定的加工工序如下表 所示。
工序号 1 2 3 工序内容 铣正面外轮廓深度为 20mm 粗铣上表面曲面深度为 16.7507mm 精铣上表面曲面深度为 16.7507mm 刀具 直径 10mm 立铣刀 直径 10mm 球头铣刀 直径 6mm 球头刀

另外需要指出的是, 曲面上的手拉槽由于个表面其余部分光滑连接,在选择铣销 方式的情况下,可以将其余上表面曲面其余部分一同铣销加工。 根据精铣加工余量标中加工面宽度、加工面长度与加工余量的关系,确定精加工 余量为 0.5mm(按照 1:5)。 5、确定走到路线、安排加工顺序、毛坯定位与装夹以及确定切削用量都将 在创建数控加工中进行。 6、车门外板的 UG 加工 CAM(Computer Aided Manufacuring),即计算机辅助制造。CAM 内容广泛, 从狭义上讲指的是数控程序的编制,包括刀具路径的规划、刀位文件的生成、刀 具轨迹仿真,以及 NC 代码的生成等。本节正是利用 CAM 模块完成对上盖零件的 上述操作。

在 UG 8.0 中,采用平面轮廓铣的方法对车门外板进行外轮廓加工,采用固 定轴曲面轮廓铣削的方式对车门外板进行加工。 固定轴曲面轮廓铣削是一种用于精加工轮廓曲面所形成的加工方式, 它通过 精确控制刀具轴和投影矢量, 使刀具沿着非常复杂的曲面的复杂轮廓运动。它是 通过定义不同的驱动几何体来产生驱动点阵列, 并沿着指定的投影矢量方向投影 到部件几何体上,然后将刀具定位到部件几何体以生成刀轨。 经进行曲面粗加工的基础上对部件曲面进行精加工。 首先打开之前创建的模型文件,进入加工环境,依次点击 、 【加工】命令,

系统弹出加工环境对话框,在加工环境对话框“要创建的 CAM 设置”列表框中选 择 mill contour 单击确定进去加工环境,如图 19 所示。

图 19 加工环境对话框

下面创建机床坐标系和安全平面。 进入几何体视图,在工序导航器中右击,在快捷菜单中选择【几何视图】命令, 双击节点 ,系统弹出“MCS 铣削”对话框。如图 20 所示。

接下来创建机床坐标系,在铣削对话框中的机床坐标系区域中单击“CSYC 对话框”按钮,在系统弹出的对话框“类型”下拉列表中选择“动态”选项。单 击“CSYS 对话框”操控器区域中的“点”按钮,系统弹出点对话框,在点会话

图 20 MCS 铣削对话框

框下拉列表中选择“WCS"选项,拖动坐标系至零件顶点位置, ,点击确定,完成 机床坐标系的创建。如图 21 所示。

图 20 创建机床坐标系

创建安全平面, 在安全设置区域的安全设置选项下拉列表中选择平面选项,单击 平面对话框按钮,系统弹出平面对话框;如图 21 所示,在类型下拉列表中选择 YC-ZC 平面选项,在距离文本框中输入 230,单击确定。

图 21 安全平面对话框

下面创建部件几何体,在工序导航器中单击 弹出“工件”对话框,如图 22 所示。

中的 + 号,双击节点

图 22 工件对话框

在工件对话框中单击

按钮,系统弹出部件几何体对话框,如图 23 所示,在

图形区选取整个零件实体作为部件几何体。单击确定,完成部件几何体的创建, 同时系统回到图 22 所示的工件对话框。

图 23 部件几何体对话框

下面创建毛坯几何体,在工件对话框中单击 对话框,如图 24 所示。

按钮,系统弹出“毛坯几何体”

在毛坯几何体对话框下拉列表中选择“部件的偏置”选项,输入值 0.5, 并单击确定,完成毛坯几何体的定义。 在定义毛坯的时候,还可以利用图层进行设置,先将能包络零件的实体模 型,在加工环境下设置完毛坯,再将其隐藏。

图 24 毛坯几何体对话框

下面开始创建切削区域几何体,在工序导航器的节点

上右击,在快捷

菜单选择【插入】 【几何体】命令,弹出创建几何体对话框,如图 25 所示。

图 25 创建几何体对话框

在创建几何体对话框类型下拉列表中选择 mill_contour 选项,在“几何体子类 型”区域中单击“MILL_AREA"按钮 ,在几何体下拉列表中选择”WORKPIECE”

选项,采用系统默认的区域铣,单击确定按钮,系统弹出铣削区域对话框,点击 指定切削区域按钮,弹出切削区域对话框。如图 26 所示。

图 26 指定切削区域对话框

采用系统默认的选项,选取如图 27 所示的切削区域,单击确定按钮,系统返回 到铣削区域对话框,再次单击确定。

图 27 选定的切削区域

下面进行创建刀具的操作。 【插入】 【刀具】命令,系统弹出创建刀具对话框,如 图 28 所示。

图 28 创建刀具对话框

在创建刀具对话框“类型”下拉列表中选择 mill_contour 选项,在“刀具子类 型”中单击“BALL_MILL”按钮 ,在位置区域的刀具下拉列表中选择 选

项,在名称文本框中输入刀具名称 B10,单击确定,系统弹出“铣刀-球头刀” 对话框,如图 29 示。 在改对话框中尺寸区域“球直径”中输入 10,其他采用系统默认设置值,设置

完成后单击确定按钮,完成刀具的创建。

图 29 刀具尺寸设置及显示

创建固定轴曲面轮廓铣操作,首先创建工序。点击【插入】 【工序】命令,系统 弹出创建工序对话框,如图 30 所示。

图 30 创建工序对话框

在创建工序对话框“类型”下拉列表中选择 mill_contour 选项,在工序子 类型区域中单击 FIXED-CONTOUR 按钮 ,在刀具下拉列表中选择

选项,在几何体下拉列表中选择

选项,在方法下拉列表中选择

选项,单击确定按钮,系统弹出图 31 所示的固定轮廓铣对话框。

图 31 固定轮廓铣对话框

下面设置驱动方式, 在固定轮廓铣对话框的驱动方法区域中方法下拉列表中选择 “区域铣削”选项,系统弹出“区域铣削驱动方法”对话框,如图 32 所示,在 此对话框中设置图示参数,单击确定,系统回到“固定轮廓铣”对话框。

图 31 区域铣削驱动方法对话框

下面设置切削参数,单击固定轮廓铣对话框中的切削参数按钮

系统弹出切削

参数对话框,在改对话框中单击策略选项卡,设置如图 32 所示的参数值。

图 32 切削参数-策略

在切削参数对话框中单击余量选项卡,其参数设置如图 33 所示。

图 33 切削参数-余量

接下来设置进给率和速度,在固定轮廓铣对话框中单击进给率和速度按钮



系统弹出进给率和速度对话框,分别对主轴转速,切削文本框和进刀进行设置, 如图 34 所示。 单击确定按钮,系统返回到固定轮廓铣对话框。 最后生成刀路轨迹并仿真。 在固定轮廓铣对话框中单击“生成”按钮,在图形区域中生成如图 35 所示的刀 路轨迹。 在固定轮廓铣对话框中单击确认按钮 ,在系统弹出的刀轨可视化对话框

中单击

2D 动态,单击播放按钮,即可演示刀具按刀轨运行,

完成演示后的模型如图 37 示,单击确认完成仿真操作。

图 34 设置进给率和速度

图 35 生成的精铣加工刀路轨迹

图 36 刀轨可视化界面及动画仿真

图 37

2D 动态下动画仿真精加工后的模型

结果分析 图 37 中显示的精加工表面粗糙度非常好的满足了精度要求,但是走刀路线太密 集,加工时间长,经济性不理想。下面从刀具直径、最大进刀步距及进给率方面 进行试验。 由于零件尺寸较大,精加工是刀具直径可能过小,现将刀具直径从 10 调整 到 20,同时进刀步距最大由 100 调整至 300,得到如图 38 所示的走到路线。

图 38 刀具直径和进刀步距增大后的刀路

其动画仿真演示后的表面质量如图 39 所示。

图 39 刀具直径 20 条件下得到的表面质量

图 40 刀具直径 20 进给 300 条件下得表面质量

在第一种条件下得到的刀具和程序参数下调用机床仿真并进行后处理。

图 41 调用机床示意图

图 42 后处理

图 43 生成的 NC 代码

附件: 1、 txt 格式的 NC 代码 。 2、2D 动画仿真加工录像。


相关文章:
车门外板模型设计及其数控加工仿真
《数字化制造及应用技术》 课程实验报告 车门外板模型设计及其数控加工仿真一、基于 UG8.0 的车门外板曲面建模首先打开 UG NX 8.0 软件,在工作界面上单击【...
车门外板建模
2.进入“创成式外形设计”,进行相应的切割处理,然后在进行“桥接”命令操作,...板曲面和所创建的边界曲面相交, 最后进行“切割”命令,建成车门外板的曲面模型...
车门逆向设计及其数控模拟加工
某轿车车门数字建模及其模具型面数控加工仿真 工学部...最终将这个模型转入制造流程,完成产品的整个设计制造...应用下面结合某车型的油箱盖外板逆向开发,来说明 ...
典型零件的数控编程及加工仿真
典型零件的数控编程及加工仿真 ‘ 本科毕业设计论文 ...15 3.1 创建零件模型 ... 15 ...分析了各基础技术的国内外研究现状及 22 发展趋势。 2.总结了虚拟数控...
基于mastercam建模与仿真加工
基于mastercam建模与仿真加工_机械/仪表_工程科技_专业...行业零件二维绘图三维设计,数控自动编程与加工。 本...轮廓铣削和点位加工的刀具路径加工零件 模型...
零件的自动编程及仿真加工
关键词:组合装配体,数控铣床,仿真加工,CAM,Master...其强大稳 定造型功能可设计出复杂的曲线,曲面零件...轮廓铣削和点位加工的刀具路径加工零件 模型...
三维模型 加工仿真 SolidWorks Mastercam
三维模型参数化设计与数控加工仿真的 实现发表时间: 2009-1-14 作者: 恽志东*魏德强*王荣 来源: 万方数据 关键字: 三维模型 加工仿真 SolidWorks Mastercam 以...
数控加工仿真教案
数控加工仿真教案_其它考试_资格考试/认证_教育专区。...产品设计与制造,可以降低成本,避免新产品开发的 风险...2.2 零件模型 如果仅想对加工的零件进行操作,可以...
转向臂零件数控加工工艺、加工仿真
转向臂零件数控加工工艺、加工仿真_工学_高等教育_教育专区。毕业设计(论文) 题目...2 根据零件实物或模型在 CAD/CAM+申请认证 文档贡献者 高玉培 制图员 22334 ...
数控机床加工仿真技术及应用
它不仅在数控加工过程中为产品设计提供了可制造...以着色板或 纸代替工件来仿真刀具运动轨迹二维图形...从试制环境的模型特点来看, 目前 NC 切削过程仿真...
更多相关标签:
数控加工仿真系统 | 数控加工仿真软件 | 宇龙数控加工仿真系统 | 数控模拟仿真加工实训 | 数控加工仿真系统下载 | 宇龙数控加工仿真软件 | 数控机床仿真加工 | 斯沃数控加工仿真软件 |