基于UG的侧壁零件的数控加工与仿真

基于UG的侧壁零件的数控加工与仿真 毕 业 设 计 (论 文) 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 学生姓名 学 号 课 题 基于UG的侧壁零件的数控加工与仿真 指导教师 2014年 6月 12 日 1 摘要 装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业(如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业)的使能技术和最基本的装备。UG NX是美国UGS公司PLM产品的核心组成部分。PLM Solutions可以提供具有强大生命周期管理(PLM)解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，包括产品开发、制造规划、产品数据管理、电子商务等的产品解决方案，而且还提供了一整套面向产品的完整服务。UG NX功能过十分强大，它的应用贯穿了一件产品从设计、分析、生产、测试到发布的全过程，是人们现象直观的看到一件产品从无到有的过程，在航天航空、交通运输、精密机械、医疗卫生等方面都有着非常广泛的应用。UG NX系统提供了各种复杂零件的粗精加工，用户可以根据零件结构、加工表面形状和加工精度要求选择合适的加工类型。 本次毕业设计论文主要是基于UG软件的仿真加工与编程，并针对侧壁零件的数控加工与设计。具体内容:1.利用UG建模功能模块完成侧壁零件的三维建模;2.在建模完成的基础上，利用UG/CAM进行刀具的创建，设置刀具的加工路径及退刀等工艺参数，完成零件的仿真加工;3.在数控仿真的基础上，利用UG/CAM模块进行数控仿真加工后处理，生成侧壁零件的三坐标加工的NC代码程序。 关键词:装备工业 UG 仿真加工 NC代码 2 Abstract The technological level of equipment industrial and modernization determines the level and degree of modernization of the whole national economy, numerical control technology and equipment is the development of new high-tech industry and high-tech industries (such as information technology and industry, biological technology and industry, aviation, aerospace and defense industries) enabling technology and the most basic equipment. UG NX is the core American UGS PLM part of the product. PLM Solutions can provide a powerful life cycle management (PLM) solutions, including solutions for product development, production planning, product data management, e-commerce and other products, but also provide a complete service is a set of product oriented. The UG NX function is very powerful, it applied throughout a product from design, production, testing, analysis of the whole process is released, people phenomena intuitive to see the process from scratch a product, have a very wide range of applications in the aerospace, transportation, precision machinery, medical and health aspects. The UG NX system provides a variety of complex machining parts, the user can choose the type of processing the right according to the parts of the structure, shape and machining accuracy of machined surface. This design graduate thesis is mainly based on the UG software simulation machining and programming, and lateral wall parts of NC machining and design. Contents: 1. The use of UG modeling function module to complete the wall parts of 3 d modeling; 2. On the basis of the completion of the modeling, using UG/CAM tools to create, set up the tool machining path and return process parameters, such as complete parts of the simulation processing; 3. On the basis of numerical simulation, using the simulation module of UG/CAM numerical control processing and post processing, generate side parts of three coordinates processing of NC code. Keywords: equipment industrial ;UG ;simulation of machining ;NC code 3 目录 摘要................................................................................................................................ 2 第一章 绪论................................................................................................................ 7 1.1 UGS公司简介......................................................................................................... 7 1.2 UG产品概述 ........................................................................................................... 7 1.3 CAD/CAM简介 ...................................................................................................... 7 1.4 CAD/CAM集成制造技术 ...................................................................................... 8 1.5本章小结.................................................................................................................. 8 第二章 模具零件实体造型 ......................................................................................... 9 2.1零件的实体三维造型与分析.................................................................................. 9 2.2建模.......................................................................................................................... 9 2.3本章小结................................................................................................................ 17 第三章 基于UG自动编程的侧壁零件的加工 ....................................................... 18 3.1 零件分析............................................................................................................... 18 3.2 加工工艺分析....................................................................................................... 18 3.3 加工准备............................................................................................................... 18 3.4创建顺序铣操作.................................................................................................... 23 3.5设置进刀运动........................................................................................................ 26 3.6设置连续运动刀轨................................................................................................ 31 3.7设置退刀运动........................................................................................................ 35 3.8仿真........................................................................................................................ 38 第四章 后处理生成程序 ........................................................................................... 38 4.1后处理.................................................................................................................... 38 4.2生成程序................................................................................................................ 39 4.3本章小结................................................................................................................ 40 第五章 总结和展望 ................................................................................................. 41 4 致谢.............................................................................................................................. 42 参考文献...................................................................................................................... 43 附录一 科技文献翻译 ............................................................................................... 44 附录二 毕业设计任务书 ........................................................................................... 64 图目录 图2- 1 建模实体 ...................................................................................................... 9 图2- 2 “新建”对话框图表 .................................................................................. 10 图2- 3草图 ............................................................................................................ 11 图2- 4绘制矩形 ..................................................................................................... 11 图2- 5矩形倒圆角 ................................................................................................. 12 图2- 6 “拉伸”对话框 ......................................................................................... 12 图2- 7 拉伸实体 .................................................................................................... 13 图2- 8“拔模”对话框 ........................................................................................... 13 图2- 9拔模体 ........................................................................................................ 14 图2- 10 “抽壳”对话框........................................................................................ 14 图2- 11 抽壳实体 .................................................................................................. 15 15 图2- 12 设置平面 ..................................................................................................图2- 13 进入草图 .................................................................................................. 16 图2- 14 做封闭半圆............................................................................................... 16 图2- 15 “拉伸”对话框........................................................................................ 17 图2- 16 拉伸实体 .................................................................................................. 17 图3- 1 零件实体 .................................................................................................... 18 图3- 2 “加工环境”对话框 .................................................................................. 19 图3- 3 创建刀具 .................................................................................................... 20 图3- 4 “刀具参数”对话框 .................................................................................. 20 图3- 5 MCS对话框 ................................................................................................ 21 图3- 6 坐标系设定 ................................................................................................ 21 图3- 7 铣削几何体 ................................................................................................ 22 图3- 8 设置加工件 ................................................................................................ 22 图3- 9 设置毛坯 .................................................................................................... 23 图3- 10 “创建工序”对话框................................................................................. 23 图3- 11 “顺序铣”对话框 .................................................................................... 24 图3- 12 速度 ......................................................................................................... 25 图3- 13 进给率...................................................................................................... 25 图3- 14 “进刀运动”对话框................................................................................. 26 图3- 15 设置进刀 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ........................................................................................... 27 图3- 16 位置点坐标............................................................................................... 28 图3- 17 定义几何体............................................................................................... 30 图3- 18 “五轴选项”对话框................................................................................. 30 图3- 19 进刀运动 .................................................................................................. 31 5 图3- 20 设置驱动曲面 ........................................................................................... 31 图3- 21 “检查曲面”对话框................................................................................. 32 图3- 22 第一个刀路............................................................................................... 32 图3- 23 第二个刀路............................................................................................... 33 图3- 24 第三个刀路............................................................................................... 33 图3- 25 第五个刀路............................................................................................... 34 图3- 26 “退刀运动”对话框................................................................................. 35 图3- 27 矢量选择 .................................................................................................. 35 图3- 28 “退刀方法”对话框................................................................................. 36 图3- 29 “退刀运动”对话框................................................................................. 36 图3- 30 顺序铣刀路............................................................................................... 37 图3- 31 “结束操作”对话框................................................................................. 37 图3- 32 “刀轨可视化”对话框 ............................................................................. 38 图4- 1 “后处理”对话框 ...................................................................................... 39 图4- 2 生成程序 .................................................................................................... 40 6 第一章 绪论 1.1 UGS公司简介 UGS公司是全球著名的MCAD供应商，主要要为日用消费品、汽车与交通、航空航天、通用机械以及电子工业等领域通过其虚拟产品开发的理念提供多极化的、集成的、企业级的包括软件与服务在内的完整的MCAD解决方案。 UGS公司的产品主要为机械制造企业提供包括从设计、分析到制造应用的UG NX软件、基于Windows的设计与制图产品Solid Edge、集团级产品数据管理系统iMAN、产品可视化技术以及被业界广泛使用的高精度边界表示的实体建模核心Parasoild在内的全线产品。 UGS进入中国公司后，很快就以其先进的管理理念、强大的 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 背景、完善的技术功能以及专业化的技术服务队伍赢得了广大中国用户的赞誉，为推动中国CAD/CAM行业的发展做出了卓越的贡献。 1.2 UG产品概述 UG最早是由美国EDS公司推出的一套集CAD/CAE/CAM于一体的三维参数化软件系统，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。它的功能覆盖了从概念设计到场品生产的整个过程，广泛应用于航空航天、汽车轮船、通用机械和电子工业领域。 1.3 CAD/CAM简介 计算机辅助设计，简称CAD(Computer Aided Design)，是采用计算机开展机械产品设计的技术。计算机辅助设计技术已经渗透到机械设计的各个方面，根据该技术的应用领域可以把CAD技术分为三类:计算机辅助绘图(Computer 7 Aided Drawing);计算机辅助设计(Computer Aided Design);产品模型的计算机辅助分析CAE(Computer Aided Engineering)。 计算机辅助制造，简称CAM(Computer Aided Manufacturing)，根据其覆盖的应用领域不同，也可以分为两大类:狭义的CAM，即计算机辅助编程，具体包括代码生成和代码仿真;广义的CAM，指应用计算机进行制造信息处理的全过程，主要包括计算机辅助工艺规程编制CAPP (Computer Aided Program Planing)和计算机辅助质量控制CAQ(Computer Aided Quality)。 1.4 CAD/CAM集成制造技术 自20世纪70年代以来，计算机的应用几乎深入到产品开发过程的所有领域，形成了很多计算机辅助的分散系统，这些独立的分散系统，分别在产品设计自动化、工艺过程设计自动化和数控编程自动化等方面起到重要作用。随着计算机应用的日益广泛深入，人们很快认识到，只有当CAD系统一次性输入的信息能为后续活动继续应用时才是最经济的，为此提出了CAD/CAPP/CAM集成的概念， 、CAPP和CAM系统之间数据自动传递和转换的研究，以便将已经存在致力于CAD 的CAD/CAPP/CAM系统集成起来。 CAD/CAM技术已经是一个相当成熟的技术。波音公司新一代大型客机以4年半的周期研制成功，采用的新结构、新发动机、新的电传操纵等都是一步到位，立刻投入批量生产，飞机出厂后直接交付客户使用，故障返修率几乎为零，媒介宣传中称之为“无纸设计”，而波音公司本身认为，这主要归功于CAD/CAM设计制造一体化。 1.5本章小结 本章主要介绍了UG NX 的概况与发展现状以及在当今世界上广泛的应用前景，UG NX 日新月异的发展速度，方便实用的发展方向完全符合人们的需求。 8 此外本章还介绍了计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)的狭义和广义概念以及发展状况与应用。 第二章 模具零件实体造型 2.1零件的实体三维造型与分析 零件的实体造型 图2- 1 建模实体 通过图形分析可知: (1) 零件主要涉及拉伸、拔模的造型方法。 (2) 零件可以通过建立草图、拉伸、拔模等命令用来造型。 2.2建模 (1)打开UG NX8，单击新建图标，在“新建”对话框图2-2下新建建模文件“side wall.prt”。 9 图2- 2 “新建”对话框图表 (3) 创建草图，并进入草图界面，如图2-3。 10 图2- 3草图 (4)单击矩形绘制一个如图2-4的矩形，单击倒角对矩形进行倒角， 如图2-5，完成草图。 图2- 4绘制矩形 11 图2- 5矩形倒圆角 (5)单击拉伸图标，弹出“拉伸”对话框，选择上面绘制的曲线，并设置参数如图2-6所示，点击“确定”按钮，得到拉伸实体，如图2-7。 图2- 6 “拉伸”对话框 12 图2- 7 拉伸实体 (6)在【插入】工具条“细节特征”中选择“拔模”，设置参数如图2-8，得到 拔模体如图2-9。 图2- 8“拔模”对话框 13 图2- 9拔模体 (7)在【插入】工具条“偏置/缩放”中选择“抽壳”，设置参数如图2-10，得 到壳体，如图2-11。 图2- 10 “抽壳”对话框 14 图2- 11 抽壳实体 (8)创建草图，“平面方法”选择“现有平面”，如图2-12，进入草图界面， 如图2-13。 图2- 12 设置平面 15 图2- 13 进入草图 (9)进入草图，以侧壁中点为圆心，建立一个封闭的半圆，如图2-14，完成草图。 图2- 14 做封闭半圆 (10)点击对封闭的半圆进行拉伸，设置参数如图2-16，得到拉伸体，如图2-17。 16 图2- 15 “拉伸”对话框 图2- 16 拉伸实体 2.3本章小结 本章主要介绍了侧壁零件的三维建模过程。它的建模过程分为:通过拉伸功能，然后通过拔模，得到零件的轮廓，然后进行抽壳，再进入草图，对零件进行修剪，拉伸选择布尔求差，完成了零件的建模。 17 第三章 基于UG自动编程的侧壁零件的加工 3.1 零件分析 零件实体模型如图3-1所示，材料为45钢，工件为厚度1.5mm的半开腔体零件。底面尺寸为100mm*60mm的矩形，并有长边两侧倒了两个半径为13.5mm的圆角，侧壁长均为35mm，倾斜角为82?，中间侧壁有个半径为15的半圆孔。 图3- 1 零件实体 3.2 加工工艺分析 顺序铣主要加工具有倾斜角度的侧壁。顺序铣包括粗加工和精加工两部分，由于粗加工和精加工的刀轨一样，所以本次设计是对一个有斜度侧壁零件的精加工，顺序铣刀具运动包括进刀运动和退刀运动两个过程。 3.3 加工准备 3.3.1设置加工环境 18 打开零件图，单击开始图标，选择【加工】选项，选择“mill,multi-axis”选项设置加工环境，如图3-2单击【确定】按钮进入CAM加工环境。 图3- 2 “加工环境”对话框 3.3.2创建刀具 使用“创建刀具”工具，选择立铣刀，如图3-3，创建直径为“6”、底面 4。 半径为“0.5”、长为“75”的立铣刀，如图3- 19 图3- 3 创建刀具 图3- 4 “刀具参数”对话框 20 3.3.2坐标系设定 在操作导航器上显示几何视图，然后双击MCS，如图3-5。将MCS向ZM正方向移动35mm,如图3-6。 图3- 5 MCS对话框 图3- 6 坐标系设定 3.3.3创建几何体 点击【几何视图】按钮，进入工序导航器-几何，并双击“WORKPIECE”，如图3-7。 21 图3- 7 铣削几何体 3.3.4点击“指定部件”后面的【部件几何体】按钮，部件几何体选择整个实 -8，点击“指定毛坯”后面的【毛坯几何体】按钮，毛坯几何体体，如图3 选择整个实体，如图3-9。 图3- 8 设置加工件 22 图3- 9 设置毛坯 3.4创建顺序铣操作 3.4.1点击创建工序按钮，选择精铣加工，如图3-10。 图3- 10 “创建工序”对话框 23 3.4.2随后程序弹出【顺序铣】对话框，然后在对话框中设置最小安全距离，如图3-11。 图3- 11 “顺序铣”对话框 3.4.3单击【默认进给率】按钮，然后在弹出的【进给率和速度】对话框中设置“主轴速度”和“切削”进给，如图3-12和3-13所示，单击【确定】按钮关闭对话框。 24 图3- 12 速度 图3- 13 进给率 25 3.5设置进刀运动 3.5.1在【顺序铣】对话框中单击【确定】按钮，弹出【进刀运动】对话框，如图3-14。 图3- 14 “进刀运动”对话框 3.5.2依照下图所示步骤设置进刀运动的“进刀方法”，最后点击确定。 26 图3- 15 设置进刀方法 27 3.5.3在【进刀运动】对话框中按照如图3-16所示的步骤设置进刀速率、参考点、刀轴等参数。在后续的连续运动刀轨中，进刀速率均为“50”。 图3- 16 位置点坐标 28 3.5.4单击【几何体】按钮，在系统弹出【进刀几何体】对话框中，按信息提示 在模型中依次选择驱动曲面、部件表面和检查表面，如图3-17所示。 29 图3- 17 定义几何体 3.5.5在【进刀运动】对话框的刀轴下拉列表中选择“5轴”，然后在系统弹出的【五轴选项】对话框中设置刀轴方法为“平行于驱动曲面”，如图3-18所示。 图3- 18 “五轴选项”对话框 3.5.6单击【进刀运动】对话框中的【确定】按钮，程序自动生成进刀运动，如图3-19。 30 图3- 19 进刀运动 3.6设置连续运动刀轨 3.6.1生成进刀运动刀路后，进入【连续刀轨运动】对话框，如图3-20所示，设 置驱动曲面。 图3- 20 设置驱动曲面 31 3.6.2单击【检查曲面】按钮，程序弹出【检查曲面1】对话框，然后在模型上选择如图3-21所示的面作为第一个连续刀轨运动的检查表面，并选择【驱动曲面-检查曲面相切】选项。 图3- 21 “检查曲面”对话框3.6.3单击【连续刀轨运动】对话框中的【确定】按钮，生成第一 个连续刀轨运动的刀路，如图3-22所示。 图3- 22 第一个刀路 32 3.6.4在进行第二个连续刀轨设置时，保留部件表面和驱动表面的默认指定，单击【检查曲面】按钮后，选择有半圆的侧壁内测作为检查表面，生成刀轨如图3-23所示，第三个刀路，如图3-24，第三、第四检查曲面及生成的刀路同理。 图3- 23 第二个刀路 图3- 24 第三个刀路 33 3.6.5第五个连续刀轨的检查曲面即生成的刀路如图3-25所示，进刀运动的检查曲面和第五个连续刀轨的检查表面为同一曲面，因此确定“停止位置”时，应选择【近侧】选项。 图3- 25 第五个刀路 34 3.7设置退刀运动 3.7.1在【连续刀轨运动】对话框的子操作类型的列表中选择【退刀】选项，随后进入【退刀运动】对话框，如图3-26所示。 图3- 26 “退刀运动”对话框 3.7.2单击【退刀方法】按钮，弹出【退刀方法】对话框，在该对话框的【方法】下拉列表中选择【仅矢量】选项，再次弹出【矢量】对话框，然后在图形区的矢量轴上选择如图3-27。 图3- 27 矢量选择 35 3.7.3在【退刀运动】对话框中输入退刀距离值，然后单击【确定】按钮关闭该对话框，如图3-28所示。 图3- 28 “退刀方法”对话框 3.7.4在【退刀运动】对话框中输入退刀运动进给率的值，如图3-29。 图3- 29 “退刀运动”对话框 36 3.7.5最后单击【退刀运动】对话框中的【确定】按钮，生成退刀运动刀路，如图3-30。 图3- 30 顺序铣刀路 3.7.6最后单击【结束操作】按钮，弹出【结束操作】对话框，如图3-31，单击【确定】，结束操作。 图3- 31 “结束操作”对话框 37 3.8仿真 3.8.5在“操作”选项区中单击“生成”按钮，系统将自动生成加工刀轨路径，单击【确认刀轨】按钮， 弹出【刀具可视化】对话框，可以选择【3D动态】、【2D动态】进行仿真，如图3-32。 图3- 32 “刀轨可视化”对话框 第四章 后处理生成程序 4.1后处理 单击【后处理】，选择已经编辑设置好的MILL-5- AXIS系统后处理文件，指定存放位置，确认输出，生成G代码，至此，加工完成。如图4-1。 38 图4- 1 “后处理”对话框 4.2生成程序 如图4-2。 后处理生成的程序， 39 图4- 2 生成程序 4.3本章小结 本章试在上一章的基础上，介绍了零件仿真加工后NC代码程序的生成过程。至此，成功完成了侧壁零件从建模、仿真加工到生成NC代码的全过程。 40 第五章 总结和展望 这是一个悲伤的季节，也是一个收获的季节。 同学们即将踏上自己人生的征程，也许未来人生不会再有交点，只有这一次四年的陪伴。在这四年了也得了很多老师传授的知识和为人处世的道理，的同学之间的友谊，自己的成长和蜕变。 在这毕业前三个多月的时间里，完成了自己在大学生涯里重要的一次设计—毕业设计。此次的毕业设计题目是基于UG的侧壁零件的数控加工与仿真，在此过程中学到了好多东西，不仅仅是知识，更重要的是学习方法和坚持。 此次毕业设计并不是一帆风顺的，暴露出了自己很多的不足，也遇到了好多棘手的问题，诸如UG操作不熟练、初次建模时侧壁之间不相切、铣削侧壁时刀具的入刀位置确定等等，最终在李辉老师和同学的帮助下和自己查阅资料中得到解决。在这个过程中，我学到了好多知识，提高了使用UG的熟练程度，培养了自己的动手能力，这对今后的工作大有裨益。 马上要毕业了，但自己的求学之路不会结束，在生活中，在工作中要不断的学习，学习如何成为一个技术人才，如何生活，如何实现自己人生意义。 我国数控机床行业的旺盛需求仍将保持高速增长，尤其是高档数控机床将迎来更大的市场空间，未来几年，我国数控机床行业市场增长率将达到10%以上。这必将带动我国国产数控机床及其数控系统和相关功能部件的市场发展，也无疑为国内数控系统生产厂商不断发展自己的技术，扩大市场提供了极好的机遇。我国数控机床的发展将努力解决主机大而不强、数控系统和功能部件发展滞后、高档数控机床关键技术差距大、产品质量稳定性不高、行业整体经济效益差等问题，将培育核心竞争力、自主创新、量化融合以及品牌建设等方面提升到战略高度。 作为一名机械专业的学生，即将步入数控加工这个行业，自己还有很长的路要走来融入这个行业。我相信通过自己的努力，会成为这个行业里一份子。 41 致谢 本次毕业设计的完成，首先要感谢***老师，她是一位平凡的大学老师，却做着不平凡的事，将自己的青春奉献给了祖国的高等教育事业，成为伟大教师行业的一份子。很庆幸能成为***老师的一名学生，能受到***老师的严谨治学态度和求真精神的熏陶，让我对大学的学习有了正确的理解，求学之路有了正确的方向。在本次毕业设计过程中，她给了我极大的帮助，提出了好多宝贵的意见，耐心讲解我们提出的问题，知无不答。***老师在中期答辩的时候给我提了好多中肯和宝贵意见，指出了我的毕业设计中的不足和改进方法。再次深深的感谢李辉老师和帮助我的老师，感谢您对我的无私付出，感谢帮助过我的老师，感谢帮我和我一起奋斗的同学们。 在我的这么多年求学之路上，遇到了好多恩师益友，他们的鼓励和帮助，是我在求学之路上不竭的动力，克服了一个个困难一直走到了现在，在此，允许我用平凡的文字来赞美他们对我的无私帮助。 最后，衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位老师、专家和教授。 42 参考文献 [1] 沈春根，李海东，周丽萍编著. UG NX三维造型与自动编程案例精选.北京:化学工业出版社，2007.8 [2] 丁明超，白羽编著.UG NX8.0中文版数控加工设计高手速成.北京:电子工业出版社，2012.10 [3] 翔宇工作室，黄成，张文丽编著.UG NX7.5数控编程基础与典型范例.北京:电子工业出版社，2011.2 [4] 大连理工大学工程图学教研室编著. 机械制图. 北京:高等教育出版社，2007.7 [5]艾兴编著.切削用量简明 手册 华为质量管理手册 下载焊接手册下载团建手册下载团建手册下载ld手册下载 .北京:机械工业出版社，2007.9 [6] 卫兵工作室编著.UG NX 中文版数控编程入门与实例进阶.北京:清华大学出版社，2007.2 [7] 展迪优编著.UG NX8.0数控加工教程.机械工业出版社.2011.12 [8] 王庆林，李莉敏，韦纪祥，王荣生编著.UG CAM应用案例集(NX版)，2003.6 [9] 孟少农编著.机械加工工艺手册. 北京:机械工业出版社，1991 [10] 王永章、杜君文、程国全编著.数控技术.高等教育出版社.2001年12月 [11]赵长旭编著.数控加工工艺. 西安电子科技大学出版社，2007.9 [12] 郝根生，康亚鹏编著.UG NX7.5数控加工自动编程[M]3版.北京:机械工业出版社，2011. [13]翟元盛，宋笑然，郭鸿书编著.UG NX8.0数控加工从入门到精通.中国铁道出版社，2012. [14]云杰漫步多媒体科技CAX设计教研室编著.UG NX6中文版数控加工[M].北京:清华大学出版社，2009 [15]康亚鹏，杨小刚，左立浩编著.UG NX8.0 数控加工自动编程.北京:机械工业出版社，2013.1 [16]何华妹、林智敏编著.NX6产品模具设计与数控加工入门一点通.清华大学出版社，2010.2 [17]周华编著.UG NX 6.0数控编程基础与进阶.机械工业出版社.2009年7月. [18]张洪伟、陈书军、肖凯编著. UG NX高级应用. 中国水利水电出版社. 2006 43 附录一 科技文献翻译 UG-based research and development of 3D pipe layout system of the aircraft engine LV Yanjie, ZHAO Gang Abstract Standardized design method is important for the airworthiness certification. Based on the principles and features of the aircraft engine external pipe system, in this paper, the research on the theory of automation of pipe layout has been done. We also put forward the process of automatic and mixed generation of pipe layout, the design of pipe layout system and the resolution of arbitrariness of pipe layout. In order to improve the efficiency of the system, a parameterized component library has been built, on the basis of the secondary development of UG. Therefore, the automation pipe layout and the real-time modification have been achieved. According to the predefined rules, constraint test and result output of the system can be conducted. NTRODUCTION 1. I Pipe layout system plays an important role in the aerospace, automotive, oil and other fields. The U.S. General Electric Company finds that 50% accidents of air parking events are caused by the damage or failure of external pipe, wires and sensors, after they summarize the cause of air parking events [1-2]. In China, the pipe layout of aircraft engine is still on the stage based on experience and experiments [3], and relying on manual work. The quality and efficiency of pipe layout is very low. When laying pipe by manual work, it is not only time-consuming, high cost, labor intensive, but also difficult to achieve optimal design results, which will lead to frequent failures of pine system, and possible to affect the overall performance of the engine. Facing the increasingly fierce market competition and the consequent shorter product life cycles, it is extremely required of the enhancement of design efficiency. For product developers, a design system to help conduct production corresponding with market demand, with shortest production cycle and least cost is in great need, and at the same time, standardize the process of pipe design, optimize pipe layout can 44 improve the engine’s stability, benefit the airworthiness certification and maintenance of the engine, so for us, the reformation of pipe laying system is on the way. The digital 3D design method gives a novel resolution to speed up the pipe layout efficiency in mechanical systems and to improve the quality [4-6]. If we design the external pipe of aircraft engine with the aid of computer pipe layout system, the design intent can be understood intuitively through the 3D model and the reasonable designs will be aware and modified in time, so the intuition and un operability will be improved. In addition, it will combine the design and analysis well at the same time, so the interference phenomenon can be completely avoid. Thanks to the operation on digital prototype model, it avoids the repeat of construction, shortens the development cycle and reduces the development costs. What is more important is hat it changes the developers’ design methods and modes of thinking. It can help the t designers to understand the spatial location, shape, size and so on to improve the design success rate. Though some CAD software has provided pipe layout module, it doesn’t play well in product design, so it has some limitations to satisfy the users’ pipe layout. For example, needs. So this kind of software isn’t widely used to do the when using the pipe layout module of UG, users have to choose all control point one by one by mouse selection. Especially, for a three-dimension point, it is hard to be selected precisely in a two-dimension plane. Even though with the provision of the function to generate a pipeline through assigning the start and end point, it constrains the pipeline just by the means of setting the shortest length and least segments condition, so the result of the path isn’t practicable in engineering. It does not work well to create a pipeline satisfying certain constraints. Therefore, in this paper, based on UG developing object-oriented technology, the research develops the 3D pipe layout system catering to the users, makes up the deficiency of the pipe layout modules of UG, and realizes the function of the automation of laying pipe. 2. DESIGN OF PIPE LAYOUT SYSTEM Pipe layout system is consist of four modules that are the component library module, pipe laying module, constraint checking module and the result output module which are shown in Fig 1. The parameterized model is used for the pipe connecting 45 and fixing and stored in the component library, such as plug, nut, T-connector, etc. ipe laying module is used to create the route path, set bend radius, show solid route P model and then check the interference. If the interference exists, it adjusts the route path using route editing tools. On the term of the mach inability, manufacturability and heat distortion, the pipe has to meet certain constraints. If the checking result of the constraints on the pipe does not satisfy the requirements, adjustment is needed. At last, the output of the bending document report, through the result output module for the manufacturing of pipe bending machine, can be obtained. And the materials list shows the pipe laying information of the entire route. 3. COMPONENT LIBRARY There will be lots of standard connector used in pipe laying, as shown in Figure 2. If the similar connector has to redesign just for the size reason, it will waste lots of time and energy of engineer. By building 3D Parametric Modeling of the connector as shown in Fig 3, performing parametric analysis, creating parametric table, putting all kinds of information (including dimensions, materials, number and other attributes) [7] nto the database, we can edit and manage the part family by operating on the i database [8] and generate a new entity through size driven. So the connector template and parametric table set up the component library collaboratively. Fig. 1 Design of pipe layout system 46 Fig. 2Architecture of component library Piping component library is composed by three layers: presentation layer, function layer and database layer. Show in Fig 2. Data layer consists of two parts: database and file system. Database is used to store information on the size, materials and etc. of the connector. File system is used to store the connector template. Function layer provides operations on component library, including adding, deletion, and searching template and so on. It can get the spare parts’ dimension information from part table, the template from file system and then create the instance of the CAD model for users. Display layer is the interface of UG from which the functions can be called to insert all kinds of standard pipe part into the workspace for pipe layout. Fig. 3 Pipe connector Fig. 4 Trend model of pipeline 4. PIPE LAYOUT The principle of pipe layout is to ensure the safety and reliability of the system, to make its structure compact, easy to maintain on the basis of meeting the need of 47 design and operating. It is also required to satisfy the priority rule with the following path mode: the prior rule of laying pipe along the side of the engines, the prior rule of laying pipe in dense area, the prior rule of laying pipe parallel, the prior rule of laying thicken pipe and the rule of laying pipe axial and circumferential and etc. under the premise of meeting the design, using and technical requirements. To make the structure of pipe lay compact and easy to fix, laying the pipe axial and circumferential along the engine surface as close as possible, so better vibration characteristics and outline size can be obtained. The path isn’t the only way in three-dimensional space. For the pipeline whose direction is axial or circumferential, according to the direction and coordinates of the initial path, Three basic pipeline trend modes are summarized (line segment on behalf of the starting path, rectangle on behalf of connectors, broken line is a black box which contains the middle section of the path). They are the abstraction for three-dimensional elements in two-dimensional plane. The head and tail section are involved with the connector. They have close relationship with the type and interface direction of the connector. The pipeline is divided into three segments, head segment, middle segment and tail segment, which are created separately to simplify the process of pipe layout. The first and tail segments are the creation of single pipeline. The middle segment is composed by several， polyclinic, each of which has three elements: start point, end point and several segments on the surface. The schematic of polyclinic in the three-dimensional space and the projection of it in the two-dimensional space are shown in Figure 5. As any pipeline of the engine is consist of a number of line segments, whose main parameters are the coordinates of the start and the end. Therefore, after finding out the coordinates of every control points, connecting with line, setting the bend radius, you can build a complete path. The create process of pipeline is shown in Figure 6. 48 Fig. 5 Projection of middle pipe on two-dimensional plane 4.1. PIPE LAYOUT MANUALLY This pipe layout method is used mainly for the pipeline which is arranged irregular. The process of manual pipe layout is to input the coordinates of every control points of the pipe, or select the control points using mouse and so on to omplete the formation of pipe’s centerline, and then assign cthe characteristics such as the diameter of the pipeline, bend radius and so on to finish the pipe laying. 4.2. PIPE LAYOUT AUTOMATICALLY The engine casing has the characters of cylinder. In this paper, engine casing has been treated as a combination of cylinder and cone, and the pipe as lay axial and circumferential along the engine surface commonly. According to the distribution character of the head and tail segments of the pipe, in the same cylinder; in the cylinder and cone separately; in the same cone and so on, different algorithms that generate control points of pipeline have been adopted. Users just need to choose the start and end points, the rules of laying pipes and set the initial condition of pipe layout. The system will generate the pipeline according to the rule of laying pipe axial and circumferential along the engine surface. Figure 6 shows the process of using the method of pipe layout automatically to generate pipeline when the pipes lay along the cylinder-cone surface. 49 Fig. 6 Flow chart of pipeline creating cylinder-cone surface Fig. 7 Pipe layout automatically along 50 4.3. PIPE LAYOUT WITH MIXED METHOD With the mixed method of pipe layout, the control points are divided into two types in the pipeline: generated by mouse selecting or inputting the coordinates; generated automatically after given initial conditions by the pipe layout system. If the whole path is divided into n segments, the sets of every segments control points are C1, C2… Cn, and the set of control points for the whole pipeline is AC(C1, C2…Cn). Users can divide the complex pipeline into simple parts, and select pipe layout rules for each segment, and then the pipeline will be generated automatically. The system will connect the control points of all segments to generate the whole pipe automatically after users finish the creation of these segments. Pipe layout with mixed method is suitable for the generation of complex pipeline as it can divide complex pipelines into simple ones to control respectively and then join them together to form a complex pipeline. This method adopts the pipe layout algorithms which have been built according to the pipe layout rules separately. It simplifies the complexity of pipeline generating algorithm, improves the stability of the system. Shown in Figure 8, as to generate a pipeline between two points of A and B, we divide the pipeline into segments of AC and BC. AC segment adopts cone pipe layout algorithm to lay the pipe automatically and BC segment adopts cylinder-cone layout algorithm. Figure 8 shows the segmentation, creation and finally pipeline entities. Fig. 8 Mixed method of pipe layout generating process 5. CONSTRAINT CHECKING 51 According to the principle of pipe layout, the reliability, assembling, manufacturability mach inability and so on, the constraints between parameters can be generated, such as that the length of every segment should not less than 4 times of the pipe diameter and the gaps between pipes should not less than 3mm and so on. If it is not satisfied with the requirements, the system will give warning or error message. 6. RESULT OUTTING After user completes pipe layout and chooses the pipe, the system will output the length of the pipe, the bend radius, corner messages, material and so on. The output data can be used to the production of bent pipe with CNC tube bending machine directly. 7. EXSMPLESE In the environment of UG, we test the 3D pipe layout system of the aircraft engine. The result shows that it makes up the disadvantage of the original pipe layout module, achieves the function of laying pipe automatically, changing association, and testing the constraints and so on. All of these make pipe layout more standardized, reduce the costs, shorten the development cycle, improve the quality of the product nd design success rate. Standardized pipe layout method which changes the arbitrary a of pipe layout implements the airworthiness requirements into the aircraft design work, it is important to get the airworthiness certification and gain the market competition. Fig. 9 Pipe layout instance ACKNOWLEDGMENT 52 This paper is sponsored by China’s 863 programs--" Digital Assembly Technology And Equipment of Large Aircraft Door". The project number is 2007AA041902. References [1] LI Guoyue. Intelligent routing system research of aircraft engine[D]. Beijing: Beihang University，2000. [2] FAN Jiang. 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[8] LIU Defang, CHEN Jun, CHEN Qing. Foundation of standard part library on UGII[J]. Machine Building & Automation, 2000, (9): 24-25. 基于UG的研究和开发飞机发动机的三维布管系统 LV严杰，赵岗 摘要 53 标准化设计方法的适航认证是非常重要的。基于原则和航空发动机外部管路系统的特点，在本文中，对管道设计自动化理论的研究已经完成。我们还提出了自动和混合管图的生成过程，布管系统的设计和布管任意分辨率。为了提高系统的效率，在UG二次开发的基础上，参数化的构件库已经建成。因此，自动化的管道布置和实时修改已经实现。根据预定义的规则，约束的系统测试和结果输出可以进行。 1.简介 布管系统在航空航天，汽车中起着重要的作用，石油和其他领域。美国通用电器公司发现，空中停车事件50%的事故都是由外管的损坏或故障引起，导线和传感器，在总结了空中停车事件[1-2]的原因。在中国，航空发动机管路布置在舞台上仍然依靠经验和实验[ 3 ]，并依靠手工工作。质量和效率是非常低的管道布置。 当管道敷设的体力劳动，这不仅是费时，成本高，劳动强度大，而且很难实现优化设计结果，这将导致松系统故障频繁，并可能影响发动机的整体性能。面对日益激烈的市场竞争和随之而来的产品生命周期的缩短，这是设计效率的提高非常需要。产品开发人员，以帮助指导生产与市场需求相应的设计系统，以最短的生产周期和最小的成本是非常需要的，并在同一时间，规范管设计过程，优化管道布置可以提高发动机的稳定性，利于发动机适航认证和维护，这样对我们，铺管体制改革的道路上。 数字三维设计方法，给出了一种新的决议，加快机械系统的管路布置的效率和提高质量[4-6]。如果我们设计的飞机引擎的外管与管布置系统计算机辅助，设计意图可以通过三维模型直观地理解和不合理的设计将在时间意识和修改，所以直觉性和可操作性将得到改善。此外，它将分析与设计在同一时间，因此可以完全避免干扰现象。数字样机模型操作谢谢，避免重复建设，缩短了开发周期，降低开发成本。更重要的是，它改变了开发商的设计方法和思维方式。它可以帮助设计人员理解的空间位置，形状，尺寸，以提高设计的成功率。虽然一些CAD软件提供了管道布局模块，并在产品设计中发挥不好，所以它必须满足用户的需求有一定的局限性。因此这类软件不能广泛应用于管道布置。例如，利用UG的 54 管路布局模块时，用户必须用鼠标选择所有的控制点。特别是，对于一个三维点，很难在一个二维平面精确选择。尽管随着功能提供通过指定的开始和结束点生成一个管道，它限制了管道的最短长度和至少部分设置条件意味着，这样的路径不可行的工程结果。它不工作，创建一个管道，满足一定的约束。因此，在本文中，基于UG二次开发的面向对象的技术，研究开发了三维布管系统面向用户，弥补了UG的管路布局模块的不足，实现了对铺设管道的自动化功能。 2.布管系统的设计 管道布置系统包含四个模块，组件库的模块，管道敷设模块，约束检查模块和结果输出模块，如图1所示。参数化模型是用于管道连接固定和存储在组件库，如插头，螺母，T形接头，等管道敷设模块用于创建路径，设置的弯曲半径，表明固体路线模型，然后检查干扰。如果存在干涉，它调整的路径，路径编辑工具的使用。在马赫数无力的术语，可制造性和热畸变，管道必须满足一定的约束条件。如果管道上的约束检查结果不满足要求，需要调整。最后，该弯曲文档报表输出，通过结果输出模块的弯管机的制造，可以得到。和材料清单显示管铺设信息的整个路线。 3.构件库 会有很多用于管道敷设标准连接器，如图2所示。如果类似的连接器必须只为大小的原因进行重新设计，这将浪费大量的时间和精力的工程师。通过建立三维参数化建模的连接器，如图3所示，进行参数分析，建立参数表，把各种信息(包括尺寸，材料，数量和其他属性)[ 7 ]进入数据库，我们可以编辑和管理部分家庭通过对数据库的操作，通过尺寸[ 8 ]驱动生成一个新的实体。因此，连接器的模板参数表建立构件库协作。 55 图1管路布置系统的设计 图2组件库的体系结构 管道组件库由三层:表示层，功能层和数据库层。图2显示。数据层由两部分组成:数据库和文件系统。数据库是用来存储信息的大小，材料和连接器等。文件系统用于存储接口模板。功能层提供操作的组件库，包括添加，删除，和查询模板等。它可以从表中获取零件的尺寸信息，模板文件系统并为用户创建的CAD模型的实例。显示层是UG界面的功能可以被称为插入各种标准管件在管道布置工作。 56 图3管道连接器 图4趋势模型的管道 4.管道布置 管道布置原则是保证系统的安全性和可靠性，使其结构紧凑，易于维护，在满足设计需求的基础上和操作。它也需要下列路径模式满足优先规则:铺设沿发动机侧管现有规则，铺设在密集区管现有规则，铺设管道并行现有规则，铺设加厚管铺设管道的轴向和周向等满足设计的前提下规则的优先规则，使用和技术要求。使管结构布置紧凑，易于安装，铺设管道的轴向和圆周沿发动机表面尽可能接近，所以更好的振动特性及外形尺寸可以得到。 路径不是唯一的方法在三维空间。对于管道的方向是轴向或周，根据初始路径的方向和坐标，三个基本的管道走向模式进行了总结(对起始路径，代表线段矩形代表连接器，折线是一个黑盒子的包含路径的中间部分)。他们是在二维平面上的三维元素的抽象。 头部和尾部都参与了连接器。他们与连接器的类型和接口方向的密切关系。管道分为三段，首段，中间段和尾段，这是单独创建简化管路布局过程。第一尾段管道单体创作。中间段是由若干，医院，每个有三个要素:起点，终点和几段的表面上。. 在三维空间中的二维空间中的投影的综合示意图如图5所示。任何管道的发动机是由若干个直线段，其主要参数为起点和终点的坐标。因此，在发现的每一 57 个控制点的坐标，连接线的弯曲半径，设置，你可以建立一个完整的路径。创建进程的管道，如图6所示。 图5投影中间管的二维平 4.1.管道布置手动 这布管方法主要用于管道设置不规则。人工布管的过程是输入管的各控制点的坐标，或选择使用鼠标控制点等完成管道中心线的形成，然后分配如管道直径的特点，弯曲半径等完成管道铺设。 4.2.管道布局自动 发动机壳体具有圆柱特征。在本文中，发动机壳体已被视为一个组合的圆柱体和圆锥体，与管在轴向和周向的表面通常沿发动机。根据管道的头和尾段的分布特性，在相同的气缸;在圆柱和圆锥分开;在相同的锥等，不同的算法，生成控制点已通过管道。用户只需要选择的开始点和结束点，管道敷设，管道布局的初始条件的规则。系统会根据敷设管道轴向和周沿发动机表面生成规则的管道。图6显示了使用管道布置的方法自动生成管道时，管道铺设沿圆锥表面的过程。 58 图6管道创建圆锥表面的流程图 59 图7自动沿管布置 4.3.混合方法的管道布置 随着管道布置的混合方法，控制点分为两种类型:管道中用鼠标选择或输入坐标生成;经管道布置系统给定的初始条件的自动生成。如果整个路径分成n段，每段的控制点C1组，C2„„CN，和整个管道控制点的设置是AC(C1，C2„„CN)。用户可以将复杂的管道为简单的部分，选择每段管道的布局规则，然后管道将自动生成。系统将连接的所有段的控制点自动生成整个管用户完成本段后创造。混合方法的管道布置适用于复杂的管道的一代能够分解复杂的管道成简单的分别控制，然后将它们连接在一起，形成一个复杂的管道。该方法采用已分别根据管道的布局规则，建立管道的布局算法。它简化了管道生成算法的复杂度，提高了系统的稳定性。 60 图8所示，在A和B两个点之间的管道，将管道的AC和BC段。AC段采用锥管布局算法来铺设管道自动和BC段采用圆锥布局算法。图8显示了分割，创造和最后管道实体。 图8管路布局生成过程的混合方法 5.约束检查 根据管道的布置原则，可靠性，装配工艺性无能，马赫数等参数之间的约束，可以产生，例如，每段的长度应不小于4倍管径和管之间的间隙不应小于3mm等。如果不满足要求，系统会给出警告或错误消息。 6.结果 当用户完成管道布置与选择管，系统将输出管道的长度，弯曲半径，角信息，材料等。输出数据可用于数控弯管机弯管生产直接。 7.总结 在UG环境下，我们测试的飞机发动机的三维布管系统。结果表明，它弥补了原有管道布局模块的缺点，实现了自动改变铺设管道，协会的作用，和测试等方面的约束。所有这些使管道布置更加标准化，降低成本，缩短开发周期，提高产品设计的质量和成功率。标准化的管道布置方法改变了管道布置图的任意实现适航要求到飞机的设计工作，这是获得适航认证和赢得市场竞争的重要。 61 图9管布局实例 确认 本文由中国863计划项目;“大型飞机门”的数字化装配技术与设备;。项目编号是2007aa041902。 工具书类 [ 1]李国乐著.航空发动机智能路由系统的研究[ D ].北京:北京航空航天大学，2000. .基于MAS的分布式协同航空发动机管路系统的设计[D].北京:北京航[ 2]樊江著 空航天大学，2003. 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[ 8 ]刘德芳，陈俊，陈青著.在UGII系统[J ]的标准件库的建立.机械制造与自动化， 2000，(9):24-25. 63 附录二 毕业设计任务书 毕业设计(论文)任务书 基于UG的侧壁零件的数控加工与仿真 课题名称 机电学院 系 别 机械设计制造及自动化 专 业 张鹏 姓 名 10210010236 学 号 2014 2 22 2014 6 12 15 年 月 日至 年 月 日共 周 指导教师签字 系主任签字 2014 2 24 年 月 日 64 一、毕业设计(论文)的内容 Uigraphics(简称UG)作为当前世界上最先进和紧密集成的、面向制造业CAD/CAM/CAE的高端软件之一，为制造行业产品的迅速制造和新产品的开发饿全过程提供了一种最优的解决方案。 本课题目的是以UG软件为载体，以CAD/CAM 基础知识为主线，深入研究UG在模具设计中应用。 本设计的主要内容分为:侧壁零件建模、数控仿真及加工。 二、毕业设计(论文)的要求与数据 设计者需具备计算机基础，计算机编程语言，计算机绘图及机械制造技术基础、数控机床等前期知识;利用UG 软件进行复杂曲面建模、数控编程及加工仿真。 三、毕业设计(论文)应完成的工作 1、UG实体建模; 2、基于UG的数控加工编程与加工过程仿真; 3、毕业论文; 、英文文献翻译。 4 四、毕业设计(论文)进程安排及实习安排 序 号 设计(论文)各阶段名称 日 期 1 熟悉课题、查阅资料 1,2周 2 毕业实习 3,5周 3 UG侧壁零件建模 6,7周 4 基于UG的侧壁零件数控加工与仿真 8,14周 5 毕业论文 15,17周 65 6 毕业答辩 18周 五、应收集的资料、主要参考文献及实习地点 1、基于UG的CAD/CAM技术 2、数控编程与加工相关书籍 [1] 沈春根，李海东，周丽萍. UG NX三维造型与自动编程案例精选.北京:化学工业出版社，2007.8 [2] 丁明超，白羽.UG NX8.0中文版数控加工设计高手速成.北京:电子工业出版社，2012.10 北京:电[3] 翔宇工作室，黄成，张文丽.UG NX7.5数控编程基础与典型范例.子工业出版社，2011.2 [4] 大连理工大学工程图学教研室. 机械制图. 北京:高等教育出版社，2007.7 [5]艾兴.切削用量简明手册.北京:机械工业出版社，2007.9 [6] 卫兵工作室.UG NX 中文版数控编程入门与实例进阶.北京:清华大学出版社，2007.2 [7] 展迪优.UG NX8.0数控加工教程.机械工业出版社.2011.12 [8] 王庆林，李莉敏，韦纪祥，王荣生.UG CAM应用案例集(NX版)，2003.6 [9] 孟少农.机械加工工艺手册. 北京:机械工业出版社，1991 [10] 王永章、杜君文、程国全.数控技术.高等教育出版社.2001年12月 [11]赵长旭.数控加工工艺. 西安电子科技大学出版社，2007.9 [12] 郝根生，康亚鹏.UG NX7.5数控加工自动编程[M]3版.北京:机械工业出版社，2011. 66 [13]翟元盛，宋笑然，郭鸿书.UG NX8.0数控加工从入门到精通.中国铁道出版社，2012. [14]云杰漫步多媒体科技CAX设计教研室.UG NX6中文版数控加工[M].北京:清华大学出版社，2009 [15]康亚鹏，杨小刚，左立浩.UG NX8.0 数控加工自动编程.北京:机械工业出版社，2013.1 [16]何华妹、林智敏.NX6产品模具设计与数控加工入门一点通.清华大学出版社，2010.2 [17]周华.UG NX 6.0数控编程基础与进阶.机械工业出版社.2009年7月. [18]张洪伟、陈书军、肖凯. UG NX高级应用. 中国水利水电出版社. 2006 3、网络资源 67