飛機減速系統(tǒng)殼體類零件三維設計與加工仿真論文

本科畢業(yè)設計論文 題 目 飛機減速系統(tǒng)殼體類零件 三維設計 與 加工仿真 專業(yè)名稱 機械設計制造及其自動化 學生姓名 指導教師 畢業(yè)時間 2014.6 畢業(yè) 任務書 一、題目 飛機減速系統(tǒng)殼體類零件三維設計與加工仿真 二、指導思想和目的要求 畢業(yè)設計（論文）是培養(yǎng)學生自學能力、綜合應用能力、獨立工作能力的重要教學實踐環(huán)節(jié) 。 在畢業(yè)設計中，學生應獨立承擔一部分比較完整的工程技術設計任務。要求學生發(fā)揮主觀能動性，積極性和創(chuàng)造性，在畢業(yè)設計中著重培養(yǎng)獨立工作能力和分析解決問題的能力，嚴謹踏實的工作作風，理論聯系實際，以嚴謹認真的科學態(tài)度，進行有創(chuàng)造性的工作，認真、按時完成任務。 三、主要技術指標 1、 pdf 零件圖一張； 2、三維實體模型一個； 3、實體加工仿真 NC 程序一個； 4、加工仿真驗證結果； 5、設計說明書一份； 四、進度和要求 1、查閱和翻譯相關機械專業(yè)英語文獻（ 1 周） 2、認真分析圖紙，把握零件結構。（ 2 周） 3、用 UG 繪制零件圖形，完成三維造型（ 3-5 周） 4、查閱有關仿真加工資料，設計出仿真加工的方式方法（ 6-7 周） 5、完成仿真加工及驗證（ 8-12 周） 6、撰寫畢業(yè)論文（ 13-14 周） 7、論文打印及答辯（ 15-16 周） 五、主要參考書及參考資料 1、詹熙達 ,catiav5r20 快速入門 教程 . 機械工業(yè)出版社 2011 設計論文 2、網絡教程（ ） CATIA 編程入門視頻教程 3、馬蘭，機械制圖，機械工業(yè)出版社， 2008 4、施平 ., 機械工程專業(yè)英語教程 . 第二版 . 2008 5、吳宗澤，羅圣國 .機械設計課程設計手冊，第 3 版 2006 6、王素玉 , 高速切削加工表面質量的研究 .山東大學博士論文， 2006 7、宋愛平， CAD/CAM 技術綜合實訓指導書，機械工業(yè)出版社， 2012 學生 吳江波 指導教師 高云龍 系主任 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 I 摘要 近年來，隨著數控技術與仿真技術的發(fā)展，在現代制造工業(yè)中，性能良好的加工中心設備和數控仿真技術使許多零件的加工更為方便，使得產品質量和加工效率都有所 近年來，隨著數 控技術與仿真技術的發(fā)展，在現代制造工業(yè)中，性能良好提高。利用這些設備如何能高效地加工出更為優(yōu)質的零件，已成為企業(yè)關心的問題。 而在現代工業(yè)生產中，大部分的產品都需要進行三維造型與實體加工仿真，本文以電視盒零件為例，應用 CATIA 軟件，結合專業(yè)課程理論，進行三維造型與實體加工仿真。首先對電視盒的結構進行分析，構思實體造型思路，通過 UG 里面的建模模塊，應用拉伸，旋轉，布爾運算等特征功能對實體進行造型。通過對實體的造型，根據實體結構的分析確定了加工思路，通過 CATIA 的加工模塊，應用設置刀具，選擇毛坯，生成刀軌等 特征功能對實體進行加工。對 飛機減速系統(tǒng)殼體類 零件的三維造型及實體加工仿真進行了深入的探究，詳細介紹了三維造型的過程。 通過對殼體類零件實體加工仿真，可以縮短產品開發(fā)周期，降低生產成本，提高產品質量和生產效率，激發(fā)我國制造業(yè)發(fā)展的新思路，促進我國制造業(yè)的發(fā)展。 關鍵詞 : CATIA,殼體類零件，三維造型 ,加工仿真 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 II ABSTRACT In recent years,with the development of computer technology and simulation technology, in the modern manufacturing industry, good performance of the machining center and CNC simulation technology to make it more convenient in many parts of the processing,it makes the product quality and processing efficiency has increased in.How to use these devices to make more efficient processing of the high-quality parts, has become a business concern. In modern industrial production, most of the products need to be 3D modelling and simulation entity processing, based on the TV box parts as an example, the application of CATIA software, combining the theory of professional courses, 3D modelling and simulation entity processing. First carries on the analysis about the structure of TV box, thinking entity modelling idea, through the modeling module in UG, application of stretching, rotating, characteristic functions such as Boolean operation on entity model. Through to the entity modelling, according to the analysis to determine the processing plan of entity structure, through CATIA processing module, application Settings tool, select blank, characteristic functions such as tool path is generated on the real process. For TV box parts 3D model and entity processing simulation conducted in-depth exploration, 3D modelling process was introduced in detail. Through to the shell parts 3D modelling and simulation entity processing, can shorten the product development cycle, reduce production cost, improve product quality and production efficiency, and stimulate new train of thought on the development of manufacturing industry in our country, promote the development of 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 III manufacturing industry in our country. KEY WORDS: CATIA, Shell parts, 3D modelling, machining simulati西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 IV 目錄 摘要 . I ABSTRACT . II 第一章 緒論 . 1 1.1 選題的背景 . 1 1.2 課題研究的目的意義和主要內容 . 2 第二章 零件結構分析與工藝流程 . 3 2.1 零件圖分析 . 3 2.2 加工流程 . 4 第三章 零件三維建模設計 . 5 3.1 CATIA 簡介 . 6 3.2 CATIA 的特點 . 6 3.3 零件的三維建模 . 7 第四章 零件的仿真加工 . 19 4.1 CAM 簡介 . 19 4.1.1 數控加工仿真技術 . 19 4.1.2 虛擬數控加工的主要流程 . 19 4.2 仿真加工 . 20 4.2.1 創(chuàng)建毛胚 . 20 4.2.2 創(chuàng)建坐標系 . 21 4.2.3 零件操作定義 . 22 4.2.4 零件 的加工操作 . 24 4.2.5 刀路仿真 . 27 4.2.6 后處理 . 28 第五章 總結 . 32 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 V 參 考 文 獻 . 33 致 謝 . 34 畢業(yè)設計小結 . 35 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 1 第一章 緒論 1.1 選題的背景 制造業(yè)是一個國家經濟發(fā)展的基礎，當今世界任何經濟實力強大的國家都擁有發(fā)達的制造業(yè)，美日德英法等國家之所以被稱為發(fā)達國家，很大程度上是由于他們擁有世界上最發(fā)達的制造業(yè)。我國在大力推進國民經濟胡的同時，必須清楚的認識到，制造業(yè)是現代國民經濟的支柱?，F階段我國機械制造業(yè)較落后。一些精密、復雜、長壽命的零件每年仍需大量進口。為使我國機械制造業(yè)有較大發(fā)展，一些特殊零件的研究應得到足夠的重視。 在 飛速發(fā)展的工業(yè)和日益激烈的市場競爭中，企業(yè)需要進一步縮短產品的生產周期并不斷提高產品的加 工質量。在數控機床和數控加工中心非常普及的今天，切實的提高數控加工水平是縮短產品生產周期、提高產品加工質量的重要手段之一。而在實際的數控加工過程中，數控加工程序的質量是評定數控加工水平的一個重要指標，是影響零件加工質量和加工效率的關鍵因素之一。因此，如何保證數控加工程序的正確性、如何實現數控程序的優(yōu)化、如何減少數控機床的安全隱患以及如何提高數控設備利用率就成為了當今制造業(yè)必須面臨的幾個關鍵問題。 然而現有的編程方法都難以保證所編數控程序能夠完全正確，容易出現諸如無效運動過多、過切或欠切、刀具或切削參數選擇不 合理、干涉或碰撞等問題。傳統(tǒng)的數控程序的檢驗方法費時、費力 代價太大 。利用計算機模擬加工技術 可避免 很多 傳統(tǒng)檢驗方法的弊端，大大提高了效率，很大程度上降低了成本。 面向虛擬制造的虛擬數控加工是隨著計算機技術， CAD/CAM技術和系統(tǒng)仿真技術等的發(fā)展而發(fā)展起來的。是我們的加工業(yè)向自動化方向發(fā)展 邁進了腳步。 本課題以箱體模型為研究對象，一方面通過 CATIA 軟件建立零件的實體模西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 2 型，通過數控自動編程規(guī)劃刀具路徑，生成刀位文件。后經過后置處理生成適用于相應機床的 G 代碼程序。高效高質量得生成加工程序，從而大大提高 加工效率，縮短開發(fā)周期，降低生產成本。 1.2 課題研究的目的意義和主要內容 本次畢業(yè)設計主要就飛機減速系統(tǒng)殼體類零件實體建模 與 加工仿真進行研究。在對本課題的研究中， 根據航空發(fā)動機復雜殼體類零件的結構特點，利用 切割 的思想實現三維建模 ，進而進行加工模擬及 NC 編程。 在整個設計過程中 ,我們將 加深對 零件結構 的認識； 認真分析零件圖 ,可以 培養(yǎng)我們獨立識圖能力 ,增強我們對零件圖的認識和了解 ,通過對零件圖的繪制 ,能增強我們的繪圖能力和運用 CATIA 軟件的能力。 對于工件的安裝及夾緊，刀具的選用，零件的加工流程等等有深刻的 認識和切身體會，為以后的工作奠定了基礎。 殼體的結構復雜。航空類殼體零件一般由許多不規(guī)則型腔和型面組成，且孔距精度要求高，殼體的壁薄厚不均，由于設計要求高，從而加工難度大，導致制造周期過長，這也是制約航空發(fā)動機燃油附件產品研制生產的瓶頸。針對該殼體零件結構特點進行了深入研究，利用 CATIA 軟件 進行 虛擬加工仿真。該方法既可提高生產效率，又可保證加工零件的質量。并能及早發(fā)現和暴露實際加工中可能隱藏的質量問題。 由于在學校期間我們沒有接觸過 CATIA 軟件 ，所以在 本次實際過程中 需要我們自學此軟件，鍛煉了我們的 自學 能力，為以后工作奠定了基礎 。 可以說 這次 設計是 我們能夠更好地 適應社會 不可缺少的 經 歷 。 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 3 第二章 零件結構分析 與工藝流程 2.1 零件圖分析 圖（ 2-1） 零件 二維圖 一 分析零件圖（ 2-1），（ 2-2），（ 2-3）可知： 1. 零件涉及體、曲面、鉆孔、螺紋等造型方法。 2. 零件可以通過建立草圖、凸臺、旋轉槽、邊倒圓等常用命令進行造型。 3. 為了保證加工精度先進行 立加，然后五軸加工，兩次裝夾即可完成，避免了過多的定位誤差，大大提高 加工精度。 4. 該零件包括曲面、孔、型 腔等結構，形狀比較復雜，但是工序相對容易，表面質量和精度要求不高，所以綜合考慮，工序安排比較關鍵。 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 4 圖（ 2-2） 零件 二維圖 二 5. 為了保證加工精度和表面質量，按照先主后次、先近后遠、先里后外、 先粗加工后精加工的原則依次劃分工序加工。 圖（ 2-3） 零件 二維圖 三 2.2 加工流程 由于零件 比較復雜 ， 一次裝夾不能夠滿足加工要求 ， 同時為了減少多次裝夾帶來的誤差，采取兩次裝夾來完成零件的加工 。 零件 涉及到 平面 、 槽、輪廓、通孔 、斜孔等 ， 采取加工中心 ； 同時由 于 要 加工斜孔， 五軸才 能 滿足 加工要求 。 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 5 圖（ 2-4） 截面圖 加工時， 需要 先 加工出燕尾，如圖 （ 2-4） 中 粗實線部分 ， 然后立加，再五軸 加工 。加工過程 中為了保證加工精度， 避免 多次選取基準帶來誤差， 在整個加工過程中 應 選取 圖 （ 2-4） 中下表面為基準。如果 采取燕尾 即粗實線 所在平面為基準，則在五軸加工 銑去 燕尾時 會加工 立加過程中的基準， 會造成 很多尺寸的變化，而 以 圖 （ 2-4） 中下表面為基準則可避免 此弊端。 加工路線 如下 ： 圖 （ 2-5） 加工路線 第三章 零件三維建模設計 CAD/CAM 集成實質上是指在 CAD、 CAM 各模塊之間形成相關信息的自動傳遞與轉換。集成的 CAD/CAM 系統(tǒng)借助于公共的工程數據庫、網絡通訊技術以及標準格式的中性文件接口，把分散于機型各異的計算機中的 CAD/CAM 模塊高效地集成起來，實現軟、硬件資源共享，保證系統(tǒng)內信息的流動暢通無阻。 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 6 CAD/CAM 技術經過幾十年的發(fā)展，先后走過大型機、小型機、工作站、微機時代，每個時代都有當時流行的 CAD/CAM 軟件。現在，工作站和微機平臺 CAD/CAM軟件已經占據主導地位，并且出現了一批比較優(yōu)秀、比較流行的商品化軟件，其中以 法國著名飛機制造公司 Dassau1 開發(fā)的 CATIA 軟件最具代表性，目前 CATIA軟件已經在汽車、航空航天、機械制造等領域得到越來越廣泛的應用 。 3.1 CATIA 簡介 CATIA是由法國著名飛機制造公司 Dassau1t開發(fā)的 CAD/CAM/CAE/PDM應用系統(tǒng)， CATIA 起源于航空工業(yè)，其最大的標志客戶即美國波音公司，波音公司通過 CATIA 建立起了一整套無紙飛機生產系統(tǒng)，取得了重大的成功。 CATIA V5 版本，可為數字化企業(yè)建立一個針對產品整個開發(fā)過程的工作環(huán)境。在這個環(huán)境中，可以對產品開發(fā)過程的各個方面進行仿真，并能夠 實現工程人員和非工程人員之間的電子通信。產品整個開發(fā)過程包括概念設計、詳細設計、工程分析、成品定義和制造乃至成品在整個生命周期中的使用和維護。 作為世界領先的 CAD/CAM 軟件， CATIA 可以幫助用戶完成大到飛機小到螺絲刀的設計及制造，它提供了完備的設計能力：從 2D 到 3D 到技術指標化建模，同時，作為一個完全集成化的軟件系統(tǒng)， CATIA 將機械設計、工程分析及仿真和加工等功能有機地結合，為用戶提供嚴密的無紙工作環(huán)境從而達到縮短設計生產時間、提高加工質量及降低費用的效果。 3.2 CATIA 的特點 1.重新構造的 新一代體系結構 為確保 CATIA 產品系列的發(fā)展， CATIA V5新的體系結構突破傳統(tǒng)的設計技術，采用了新一代的技術和標準，可快速地適應企業(yè)的業(yè)務發(fā)展需求，使客戶具有更大的競爭優(yōu)勢。 2.支持不同應用層次的可擴充性 CATIA V5 對于開發(fā)過程、功能和硬件平臺可以進行靈活的搭配組合，可為產品開發(fā)鏈中的每個專業(yè)成員配置最合理的解決方案。允許任意配置的解決方案可滿足從最小的供貨商到最大的跨國公司的需要。 3.與 NT 和 UNIX 硬件平臺的獨立性 CATIA V5 是在 Windows NT 平臺和 UNIX西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 7 平臺上 開發(fā)完成的，并在所有所支持的硬件平臺上具有統(tǒng)一的數據、功能、版本發(fā)放日期、操作環(huán)境和應用支持。 CATIA V5 在 Windows 平臺的應用可使設計師更加簡便地同辦公應用系統(tǒng)共享數據；而 UNIX 平臺上 NT 風格的用戶界面，可使用戶在 UNIX 平臺上高效地處理復雜的工作。 4.專用知識的捕捉和重復使用 CATIA V5 結合了顯式知識規(guī)則的優(yōu)點，可在設計過程中交互式捕捉設計意圖，定義產品的性能和變化。隱式的經驗知識變成了顯式的專用知識，提高了設計的自動化程度，降低了設計錯誤的風險。 3.3 零件 的三維 建模 1.打開 CATIA，新建一個零件模型，并命名為“ part.CATPart” 。 圖（ 3-1）新建零件圖 點擊 開始 機械設計 零件設計 輸入文件名 “part” 確定，如圖（ 3-1）。單擊【草圖】指令，繪制如圖（ 3-2）所示的草圖。 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 8 圖（ 3-2）繪制草圖及尺寸 完成草圖后，單擊【凸臺】指令，彈出【凸臺】對話框，選中草圖并在【凸臺】對話框的【長度】文本框中輸入尺寸，如圖 （ 3-3） 所示。 圖（ 3-3） 凸臺特征生成圖 2 單擊【草圖】指令選定草圖平面，繪制如圖（ 3-4）所示的草圖。 完成草圖后，單擊【凸臺】指令，彈出【凸臺】對話框，選中草圖并在【凸臺】對話框的【長度】文本框中輸入尺寸，如圖 （ 3-5） 所示。 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 9 圖（ 3-4）繪制草圖及尺寸 圖（ 3-5） 凸臺特征生成圖 3.單擊【草圖】選定草圖平面，繪制如圖（ 3-6）草圖。完成草圖后退出，單擊【凹槽】指令，彈出【凹槽】對話框，選中草圖并在【凹槽】對話框的【深度】文本框中輸入尺寸，如圖 （ 3-7） 所示。 圖（ 3-6）繪制草圖及尺寸 圖（ 3-7） 凹槽特征生成圖 4.單擊【草圖 】選定草圖平面，繪制如圖（ 3-8）草圖。完成草圖后退出，單擊【凹槽】指令，彈出【凹槽】對話框，選中草圖并在【凹槽】對話框的【深度】文本框中輸入尺寸，如圖 （ 3-9） 所示。 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 10 圖（ 3-8）繪制草圖及尺寸 圖 （ 3-9） 凹槽特征生成圖 5.單擊【草圖】選定草圖平面，繪制如圖（ 3-10）草圖。完成草圖后退出，單擊【凹槽】指令，彈出【凹槽】對話框，選中草圖并在【凹槽】對話框的【深度】文本框中輸入尺寸，如圖 （ 3-11） 所示。 圖（ 3-10）繪制草圖及尺寸 圖（ 3-11） 凹槽特征生成圖 6.單擊【草圖】選定草圖平面，繪制如圖（ 3-12）草圖。完成草圖后退出，單擊【凹槽】指令，彈出【凹槽】對話框，選中草圖并在【凹槽】對話框的【深度】文本框中輸入尺寸，如圖 （ 3-13） 所示。 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 11 圖（ 3-12）繪制草圖及尺寸 圖（ 3-13） 凹槽特征生成圖 7.單擊【草圖】選定草圖平面，繪制如圖（ 3-14）草圖。完成草圖后退出，單擊【凹槽】指令，彈出【凹槽】對話框，選中草圖并在【凹槽】對話框的【深度】文本框中輸入尺寸，如圖 （ 3-15） 所示。 圖（ 3-14）繪制草圖及尺寸 圖（ 3-15） 凹槽特征生成圖 8.單擊【草圖】選定草圖平面，繪制如圖（ 3-16）草圖。完成草圖后退出，單擊【凹槽】指令，彈出【凹槽】對話框，選中草圖并在【凹槽】對話框的【深度】文本框中輸入尺寸。如圖 （ 3-17） 所示。 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 12 圖（ 3-16）繪制草圖及尺寸 圖（ 3-17） 凹槽特征生成圖 9.單擊【草圖】選定草圖平面，繪制如圖（ 3-18）草圖。完成草圖后退出，單擊【凹槽】指令，彈出【凹槽】對話框，選中草圖并在【凹槽】對話框的【深度】文本框中輸入尺寸， 如圖 （ 3-19） 所示。 圖（ 3-18）繪制草圖及尺寸 圖 （ 3-19） 凹槽特征生成圖 10.單擊【草圖】選定草圖平面，繪制如圖（ 3-20）草圖。完成草圖后退出，單擊【凹槽】指令，彈出【凹槽】對話框，選中草圖并在【凹槽】對話框的【深度】文本框中輸入尺寸，如圖 （ 3-21） 所示。 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 13 圖（ 3-20）繪制草圖及尺寸 圖（ 3-21） 凹槽特征生成圖 11.單擊【草圖】選定草圖平面，繪制如圖（ 3-22）草圖。完成草圖后退出，單擊【凹槽】指令，彈出【凹槽】對話框，選中草圖并在【凹 槽】對話框的【深度】文本框中輸入尺寸，如圖 （ 3-23） 所示。 圖（ 3-22）繪制草圖及尺寸 圖（ 3-23） 凹槽特征生成圖 12.單擊【草圖】選定草圖平面，繪制如圖（ 3-24）草圖。完成草圖后退出，單擊【凹槽】指令，彈出【凹槽】對話框，選中草圖并在【凹槽】對話框的【深度】文本框中輸入尺寸，如圖 （ 3-25） 所示。 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 14 圖（ 3-24）繪制草圖及尺寸 圖（ 3-25） 凹槽特征生成圖 13.單擊【草圖】選定草圖平面，繪制如圖（ 3-26）草圖。完成草圖后退出，單擊【凹槽】 指令，彈出【凹槽】對話框，選中草圖并在【凹槽】對話框的【深度】文本框中輸入尺寸，如圖 （ 3-27） 所示。 圖（ 3-26）繪制草圖及尺寸 圖（ 3-27） 凹槽特征生成圖 14.單擊【草圖】選定草圖平面，繪制如圖（ 3-28）草圖。完成草圖后退出，單擊【凹槽】指令，彈出【凹槽】對話框，選中草圖并在【凹槽】對話框的【深度】文本框中輸入尺寸，如圖 （ 3-29） 所示。 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 15 圖（ 3-28）繪制草圖及尺寸 圖（ 3-29） 凹槽特征生成圖 15.由于旋轉體軸線沒有 在任何一個現有的平面，故需要建一個輔助平面。 選定一個與所需平面平行的平面，偏移輸入偏移尺寸既得如圖（ 3-30）， 圖（ 3-30）創(chuàng)建輔助平面 單擊【草圖】選定所建草繪平面，繪制草圖。如圖（ 3-31）所示 完成草圖后退出， 單擊【旋轉槽】指令，彈出【旋轉槽】對話框，選中草圖并在【旋轉槽】對話框中選擇旋轉軸線，預覽無錯后，確定既得如圖 （ 3-32） 所示。 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 16 圖（ 3-31）繪制草圖及尺寸 圖（ 3-32） 旋轉槽特征生成圖 16.由于旋轉體軸線沒有在任何一個現有的平面，故需要建 一個輔助平面。 選定一個與所需平面平行的平面，偏移輸入偏移尺寸既得如圖（ 3-33）所示。 圖（ 3-33）創(chuàng)建輔助平面 單擊【草圖】選定所建草繪平面，繪制草圖。如圖（ 3-34）所示 ,完成草圖后退出， 單擊【旋轉槽】指令，彈出【旋轉槽】對話框，選中草圖并在【旋轉槽】對話框中選擇旋轉軸線，預覽無錯后，確定既得如圖 （ 3-35） 所示。 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 17 圖（ 3-34）繪制草圖及尺寸 圖（ 3-35） 旋轉槽特征生成圖 17.由于旋轉體軸線沒有在任何一個現有的平面，故需要建一個輔助平面。 選定一個與所需 平面平行的平面，偏移輸入偏移尺寸既得如圖（ 3-36）所示 圖（ 3-36）創(chuàng)建輔助平面 單擊【草圖】選定所建草繪平面，繪制草圖。如圖（ 3-37）所示完成草圖后退出， 單擊【旋轉槽】指令，彈出【旋轉槽】對話框，選中草圖并在【旋轉槽】西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 18 對話框中選擇旋轉軸線，預覽無錯后，確定既得如圖 （ 3-38） 所示。 圖（ 3-37）繪制草圖及尺寸 圖（ 3-38） 旋轉槽特征生成圖 18.由于旋轉槽比較多，在此就不一一列出，省略一些旋轉槽步驟，然后根據圖紙把所需部位倒角既得，如圖（ 3-39）所示 圖（ 3-39）零件模型 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 19 第四章 零件的仿真加工 4.1 CAM 簡介 計算機數控仿真是應用計算機技術對 數控加工 操作過程進行模擬仿真的一門新技術。該技術面向實際生產過程的 機床 仿真操作，加工過程三維動態(tài)的逼真再現，能使每一個學生，對 數控加工 建立感性認識，可以反復動手進行數控加工操作，有效解決了因數控設備昂貴和有一定危險性，很難做到一人一機的問題，在培養(yǎng)全面熟練掌握數控加工技術的實用型技能人才方面發(fā)揮顯著作用。 面向虛擬制造的虛擬數控加工是各種制造仿真技術的集成，其核心是建模技術、數控編程技術和數控加工仿真技術等。 數控加工編程是指根據圖樣規(guī)定的技術特性、幾何尺寸及工藝要求等，加以必要的分析和處理，確定出合理的加工工藝，生成合理刀的位軌跡，然后通過后置處理生成機床可識別的數控程 序并加以校驗的過程。數控加工程序的編制目前主要有手工編程和自動編程兩種方法。自動編程由計算機繪制刀軌，節(jié)財省時，大大提高了編程效率，而且編程人員可及時發(fā)現錯誤并進行修改，同時避免了繁瑣的人工數值計算，解決了復雜零件手工編程難的問題。 4.1.1 數控加工仿真技術 數控加工仿真集制造技術、機床控制理論、 CAD、 CAM、建模和仿真于一體，是數控機床在虛擬環(huán)境中的映射。此技術可以直觀、形象地模擬數控加工的全過程，實現切削過程中刀具的運動及切削狀態(tài)的三維顯示，可以實時觀察過切、欠切、碰撞和干涉等情況，是驗證數控程序可 靠性和預測切削加工情況的良好工具。 4.1.2 虛擬數控加工的主要流程 虛擬數控加工的整個過程是通過計算機來實現的，是虛擬建模技術、數控加工編程技術和數控加工仿真技術的集成。一方面根據提取的零件參數，繪制零件西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 20 的幾何模型，分析零件的加工工藝，選擇合適的數控編程模塊生成加工刀位數據文件，再經過后置處理自動生成適合特定機床的數控程序；另一方面構建虛擬加工環(huán)境，以生成的數控程序或刀位文件為驅動，動態(tài)仿真零件加工的整個過程，檢查加工中出現的碰撞、干涉等問題，并對加工質量進行評估。 4 .1.3 基于 CATIA-CAM 的刀位軌跡的生成 合理的刀位軌跡是保證零件質量的關鍵，零件越復雜，程序越容易出錯。因此，研究零件的刀位軌跡十分必要。通過 CATIA-CAM 進行數控自動編程生成刀位軌跡既方便 又準確。 4.2 仿真加工 4.2.1 創(chuàng)建毛胚 1.單擊桌面上的 CATIA V5R21 圖標 ，啟動并進入 CATIA V5R20 軟件界面。 2. 單擊標準工具欄上的打開圖標 ，系統(tǒng)打開文件選擇對話框，選擇合適的路徑，找到并雙擊文件進入零件設計界面。 圖（ 4-1）創(chuàng)建 零件加工 3. 執(zhí)行菜單中的開始 加工 曲面加工命令，進入曲面加工界面 。 如圖（ 4-1）所示。 4. 單擊如圖 所示幾何管理工具欄上的創(chuàng)建毛胚圖標西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 21 ，系統(tǒng)彈出如圖 4-1所示的毛胚創(chuàng)建對話框，在該對話框的目標下的特征樹中單擊 ，系統(tǒng)彈出如圖 4-1所示的是創(chuàng)建幾何體提示窗口，單擊是按鈕，在對話框的零部件下的特征樹中單擊特征樹中的 . 零件幾何體 ，在對話框中的 X， Y，Z 的最大值，最小值的數值框中輸入相應數值，輸入完畢后， DX,DY,DZ 隨之變化。單擊對話框中的 OK 按鈕，系統(tǒng)自動生成如圖 4-2毛胚。在你特征樹中增加了結點。如圖（ 4-2）（ 4-3）所示 圖 （ 4-2）建立毛坯 圖（ 4-3）建立毛坯 完成 4.2.2 創(chuàng)建坐標系 1.創(chuàng)建定義坐標系要用到的參考點。在模型樹中雙擊 ，系統(tǒng)進入零件設計界面。單擊如圖（ 4-4）所示的參考元素工具欄上的圖標 ，在毛胚上選取坐標點。 2.單擊模型樹中的加工設定結點，系統(tǒng)返回曲面加工界面。 3.單擊加工特征欄上的圖標 ，系統(tǒng)彈出加工坐標系對話框。單擊對話框中的坐標系圓點位置，對話框消失，到圖形區(qū)單擊步驟一建立的參考點，系統(tǒng)重新彈出如圖（ 4-4）的對話框，現在對話框中的坐標 系由紅色變?yōu)榫G色，表示在參西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 22 考點處創(chuàng)建了新的加工坐標系，單機確定，結束加工坐標系創(chuàng)建。 圖 （ 4-4）加工坐標系 4.2.3 零件操作定義 零件操作定義主要是設置數控加工用的機床、加工的坐標系統(tǒng)、加工的目標零件、用于加工的目標零件毛胚、安全平面等內容。 1.在 PPR 特征樹中雙擊“加工設定”，系統(tǒng)彈出如圖（ 4-5）所示的零件操作對話框。在零件操作對話框中單擊機床按鈕 ，系統(tǒng)彈出如圖（ 4-5）所示的數 圖（ 4-5）數控機床編輯器 控 機 床 編 輯 器 對 話 框 。 保 持 默 認 狀 態(tài) ， 選 擇 5 軸 機 床 ，單擊確認，返回如圖 （ 4-6） 的對話框，此時在機床按鈕后面的信息欄中出現 5 軸機床樣。在 PPR 特征樹中的加工資源結點出現西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 23 了床名字。 圖 （ 4-6）機床 選擇 2.設定加工坐標系。在零件操作對話框中單擊參考機床坐標系按鈕 ，系統(tǒng)彈出如圖 （ 4-7） 的對加工坐標系對話框。單擊對話框中的坐標系圓原點位置，對話框消失，到圖形區(qū)單擊步驟 2 創(chuàng)建的坐標系的原點處，單擊確定，對話框消失。返回圖 （ 4-6） 對話框。 圖（ 4-7） 加工坐標 3. 選擇加工目標零件。在圖（ 4-6）所示的零件操作對話框中選擇幾何選項卡單擊仿真用加工零件按鈕 ，選擇一個目標加工零件，在特征樹中選擇零件，也可以在圖形區(qū)中選擇加工的目標零件，但是事先需要將毛胚零件隱藏。選擇零件后，雙擊鼠標左鍵，返回零件操作對話框。 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 24 4.選擇毛胚。在零件操作對話框中單擊毛胚按鈕 ，接著在 PPR 特征樹中選擇毛胚，或在圖形區(qū)選擇所需的毛胚。選擇完成后，雙擊鼠標左鍵零件操作對話框。 5.選擇安全平面。在零件操作對話框中單擊安全平面按鈕 ，在幾何區(qū)域中選擇毛胚零件的上表面。選擇完成后自動回到零件 操作對話框。接著在幾何區(qū)域中右擊安全平面，彈出安全平面預留快捷菜單，即對所選安全平面進行偏置，重新建立一個安全平面。此時在快捷菜單中輸入偏置距離。，形成新的安全平面。 6.結束參數設置。單擊確定按鈕，完成零件操作的參數設置。 4.2.4 零件的加工操作 在曲面銑削加工中的加工操作工具欄中單擊挖槽按鈕 ，接著選擇特征樹中零件操作結點，彈出如 圖（ 4-8） 所示的挖槽對話框。在該對話框中列出了 5 個加工操作設置標簽，進給率 和進刀 /退刀 。隱藏毛胚。 圖（ 4-8） 挖槽對話框 1.設置幾何參數 。在“幾何參數 ” 標簽中，單擊封閉的減輕槽。在對話框中選擇加工零件底部，對話框消失，在幾何圖形區(qū)鼠標選擇加工零件的底部，返回對話框中。在感應區(qū)域點擊引導元素，在圖形區(qū)點擊零件的輪廓。在感應區(qū)域點擊上方平面，在圖形區(qū)選取零件上方返回對話框。如 圖（ 4-8） 所示幾何參數標簽圖標紅燈變?yōu)榫G燈，表示必要的幾何區(qū)域定義已經完成，當然還可以繼續(xù)定西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 25 義其它可選擇的參數。 2.設置刀具參數。 單擊“刀具參數”標簽 ，再單擊平銑刀按鈕 ， 預覽如圖 4-9 所示?？梢孕薷牡毒呙Q。如果對刀具要進行修改，可以在 圖（ 4-9）設置刀具參數 相應 尺寸上雙擊，然后在彈出的對話框中進行修改；或者在對話框中單擊“詳細”按鈕，展開如圖 4-10 所示的刀具參數隱藏部分，在其中對右邊對話框中的參數進行修改。如圖（ 4-2-10） 中 陰影數字，改直徑為 10mm。 圖 （ 4-10）刀具 更多參數 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 26 3.設置刀具路徑參數。 單擊“刀具路徑”標簽 ，出現如圖（ 4-11） 對話框。 徑向參數：選項卡下的刀路間距選擇最大距離輸入數值。 軸向參數：在選項卡的模式一欄選擇層數，在層數欄輸入數值 10。如圖中陰影數字 10，單位默認為 mm。 圖（ 4-11）設置 加工層數 4.設置進給速度參數。 單擊“進給率”標簽 ，設置進給速度和主軸轉速。 5.設置進刀退刀參數。單擊“進刀 /退刀”標簽 ，設置進、退刀及之間參數。如圖 （ 4-12） 所示 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 27 圖（ 4-12） 進、退刀參數 4.2.5 刀路仿真 在完成刀路參數設置之后，可以進行刀路仿真。在銑槽對話框中單擊播放刀具路徑按鈕 ，系統(tǒng)對刀具路徑進 行計算，計算完成后，系統(tǒng)彈出如圖（ 4-12-13）的對話框，在圖形區(qū)顯示了如圖 4-13 所示的刀路情況，包括刀具的尺寸、進刀、退刀、刀路的形式。如圖圖（ 4-13）所示 圖（ 4-13）加工路徑 單擊返回仿真按鈕 ，和向前仿真按鈕 ?？梢杂^看走刀的演示動畫。在對話框中單擊全圖像按鈕 ，顯示了毛胚和刀具，單擊 和 按鈕，如圖（ 4-14）的切削仿真結果。單擊仿真和挖槽對話框中的確定按鈕，完成刀路參數設置和道具路徑模擬后，按成了挖槽加工。如圖 此時在特征樹種出現了挖槽加工步驟中所建立的刀具。如果需要對 挖槽加工這個步驟的參數進行修改，還可以雙擊挖槽步驟，在系統(tǒng)彈出的對話框中進行對相關參數的修改編輯。 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 28 圖（ 4-14）加工效果 4.2.6 后處理 完成數控加工步驟的設置后，需要進行后處理，根據數控加床的型號和要求生成數控程序。 1.選擇后置處理器。執(zhí)行主菜單中的工具 選項，彈出對話框。在左邊的結構特征樹中選擇加工；在選項對話框的右側單擊輸出，在后置處理器選項區(qū)域中選中 單擊按鈕，還可以在陰影處設置保存路徑。單擊確定按鈕，完成后置處理器的選擇。 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 29 圖（ 4-15）后置處理設置 2.進入生成數控程 序界面。在數控輸出管理工具欄中單擊交互式生成數控代碼按鈕，彈出如下圖所示的交互式生成數控輸出對話框。在數控數據類型下拉列表中選擇數控代碼類型，表示輸出數控程序。在輸出文件下面選中程序保存路徑。 圖（ 4-15）后置處理設置 3.選擇數控系統(tǒng)。單擊數控代碼標簽，在后置處理文件下拉列表框中選擇系統(tǒng)。如圖 （ 4-16） 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 30 圖（ 4-16） 選擇數控系統(tǒng) 4.生成數控程序。在如圖 4-16 的對話框中單擊執(zhí)行按鈕，彈出提示窗口，提示用戶輸入將要輸出的數控程序號。之后點繼續(xù)按鈕，系統(tǒng)彈出提示窗口，提示用戶數控 程序輸出成功，單擊確定按鈕。 5.生成的數控文件。在當前零件文件所在的目錄下存在兩個文件，起分別是數控程序和刀位文件。用記事本打開，可以查看其中內容。由于生成的程序太多，在此只截取部分程序，如圖 （ 4-17） 所示。 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 31 圖 （ 4-2-17） 程序生成 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 32 第五章 總結 在本次畢業(yè)論文中，首先對 CAD/CAM 進行了概述，然后對 CAD/CAM 技術的發(fā)展歷程進行了闡述。通過對零件圖進行分析，確定造型思路與方法，同時對將要使用的 CATIA 建模與加工模塊的功能與流程進行了介紹，并且在進行三維實體 造型前，對實體造型進行了概述，然后按照造型思路，應用合適的 UG 造型工具進行實體造型，其中包括凸臺，孔，旋轉，等特征功能的應用。在徹底完成了實體造型以后，然后對數控加工進行了概述，然后對實體的加工方案進行確定，并且利用 CATIA 里面的加工模塊對實體進行加工仿真，其中包括定義刀具，生成刀軌，進給和速度等特征功能的應用。主要對實體造型與加工模擬的步驟進行了詳細的介紹，并且采用文字與圖形相結合的方式進行闡述。