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UG教程,齿轮设计,运动仿真,仿真加工

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来源：火烈鸟

作者：开心麻花

2025-09-19

UG教程,齿轮设计,运动仿真,仿真加工（精选7篇）

UG教程,齿轮设计,运动仿真,仿真加工第1篇

计算机辅助设计及制造

三次作业练习

班级：机妍 15 姓名：左海涛学号：5220150233 指导老师：曹建树

一、深沟球轴承自顶向下装配设计............................................................................3

1.问题描述.............................................................................................................3 2.实现过程.............................................................................................................4

2.1新建装配和组件.......................................................................................4 2.2设计轮廓图...............................................................................................6 2.3设计轴承外圈...........................................................................................6 2.4设计轴承内圈...........................................................................................9 2.5设计保持架.............................................................................................10 2.6设计滚珠.................................................................................................13 2.7设计完成.................................................................................................15

二、机构运动仿真....................................................................................................17 1.问题描述........................................................................................................17 2.实现过程...........................................................................................................17 2.1新建运动仿真.........................................................................................17 2.2新建连杆.................................................................................................18 2.3新建运动副.............................................................................................19 2.4新建传动副.............................................................................................22 2.5新建3D接触...........................................................................................23 2.6开始仿真.................................................................................................24

三、餐具加工..............................................................................................................27 1.问题描述...........................................................................................................27 2.实现过程...........................................................................................................27 2.1整体粗加工.............................................................................................27 2.2外表面精加工.........................................................................................36 2.3内表面精加工.........................................................................................42

一、深沟球轴承自顶向下装配设计

1.问题描述

试设计如下图所示深沟球轴承，具体尺寸如下所示，要求采用自顶向下的装配设计方法。

图1 轴承装配图

图2 轴承尺寸图 2.实现过程

2.1新建装配和组件

（1）打开NX8.5软件：开始→程序→NX8.5。

（2）新建装配：点击“新建”，出来“新建”对话框，类型为“装配”，修改新文件名里的“名称”和“文件夹”，注意更改的文件夹路径为英文目录下才有效，点击“确定”，如图3所示。

图3 新建装配

（3）点击菜单栏“装配”→组件→新建组件。

（4）在弹出的“新组件文件”对话框里，名称为“模型”，注意修改“新文件名”的名称及文件夹路径，路径应该与开始新建的“装配”一致，如图4所示。（3）按此步骤新建五个组件，分明命名为lunkuo、waiquan、neiquan、baochijia、gunzhu”，如图5所示。

图4 新建组件

图5 整体结构

2.2设计轮廓图

（1）在“装配导航器”里双击“轮廓”，如图6所示。

图6 激活轮廓

（2）创建草图：点击菜单栏“插入”→草图，弹出“创建草图”对话框，选择YZ平面，点击“确定”进入草图绘制界面。（3）绘制如图7所示的草图。

图7轮廓草图

2.3设计轴承外圈

（1）在装配导航器里，双击“装配”文件进行激活，右键点击“lunkuo”→替换引用集→整个部件。此时设计界面内会显示已设计完成的“骨架”图，如图8所示。

图8 轮廓图

（2）在装配导航器里，双击“waiquan”进行激活，点击“插入”→关联复制→WAVE几何链接器。

（3）弹出“WAVE几何链接器”，选择右侧的“矩形框”和“圆”如图9所示。

图9 关联外圈

（4）点击“回转”，弹出“回转”对话框；点击“创建草图”，弹出“创建草图”对话框，选择“YZ平面”；按照“关联复制”的矩形和圆绘制如图10所示的外圈回转草图。

图10 外圈回转草图

（5）点击“完成草图”回到“回转”对话框，选择回转轴为“Z轴”，点击“确定”完成轴承外圈的设计，如图11所示。

图11 轴承外圈

2.4设计轴承内圈

内圈的设计步骤参考外圈的设计步骤，步骤一致，只是回转草图的不同，在“关联复制”是注意选择的是左边矩形和圆。内圈的回转草图如图12所示，内圈设计完成图如图13所示。

图12 内圈回转草图

图13 轴承内圈

2.5设计保持架由于保持架上有滚珠孔，先设计没有滚珠孔的保持架，其步骤与外圈的设计步骤一样，没有滚珠孔的保持架设计完成图如图13所示。

图13 没有滚珠孔的保持架

设计保持架上的滚珠孔，步骤如下：

（1）在装配导航器里，双击“baochijia”进行激活，点击“插入”→关联复制→WAVE几何链接器，选择“圆”。

（2）点击“回转”，弹出“回转”对话框；点击“创建草图”弹出“创建草图”对话框，选择“YZ平面”；绘制与球相同直径的圆，点击“完成草图”回到“回转”框，创建球体，与保持架求差。

图14 回转求差

图15 一个孔

（3）点击插入→关联复制→阵列特征，“选择特征”保持架上的孔，旋转轴为“Z轴”，“布局”为圆形，“角度方向”间距数量和跨距，数量 10，点击“确定”，保持架设计完成效果如图16所示。

图16 保持架

2.6设计滚珠

（1）在装配导航器里，双击“滚珠”进行激活，点击“插入”→关联复制→WAVE几何链接器，选择“圆”。点击“插入”→关联复制→WAVE几何链接器，选择“圆的中心线”。

（2）点击“回转”，弹出“回转”对话框；点击“创建草图”弹出“创建草图”对话框，选择“YZ平面”；按照关联复制所得的圆绘制滚珠草图，回转轴选择关联复制所得的圆的中心线，生成滚珠如下图所示。

图17 生成滚珠

（3）点击插入→关联复制→阵列特征，“选择特征”为滚珠，旋转轴为“Z轴”，“布局”为圆形，“角度方向”间距数量和跨距，数量 10，点击“确定”，完成滚珠的设计，如图18所示。

图18 轴承滚珠

2.7设计完成

在装配导航器里，双击“装配”文件进行激活，依次右键点击“各个组件”→替换引用集→整个部件，把隐藏的全部显示，完成轴承的设计，设计完成效果如图19所示。

图19 深沟球轴承

二、机构运动仿真

1.问题描述

试对如下图所示机构进行进行运动仿真。

图20 整体结构图

2.实现过程

2.1新建运动仿真

依次点击“开始”-“运动仿真”，在导航器里选中仿真文件，右击“新建仿真”，如下图所示。

图21 新建仿真

2.2新建连杆

（1）选中“motion_1”右击“新建连杆”，如下图所示，依次创建连杆，其中L001为固定连杆，其他为活动连杆。

图22 新建连杆

（2）这里需要注意把大齿轮和与它相连的杆件作为一个连杆处理，如下图所示。

图23 创建连杆三

（3）总共创建了9个连杆，如下图所示。

图24 9个连杆

2.3新建运动副

（1）选中“motion_1”,右击选择“新建运动副”，选择“旋转副”，出现创建旋转副对话框，对小齿轮创建旋转副，并施加驱动。

图25 新建旋转副

图26 小齿轮的旋转副图27 施加驱动（2）创建滑动副，如下图所示创建滑轮的滑动副，啮合连杆选择“L005”,创建后的滑动副如下图29所示。

图28 创建滑动副

图29 创建后的滑动副（3）依次创建大齿轮的旋转副，大齿轮机构与滑块的旋转副，四个小支撑的旋转副，创建后的旋转副如下图所示。

图30 创建后的运动副

2.4新建传动副

选中“motion_1”，右击选择“新建传动副”-“齿轮副”，进入新建齿轮副对话框，依次选中大小齿轮的旋转副，比率选择2/3，如图31所示，点击确定。

图31 新建齿轮副

图32 齿轮副效果图

2.5新建3D接触

选中“motion-1”，右击选择“新建连接器”-“3D接触”，进入对话框，依次选择大滑块与下侧的小转轮，如下图所示，点击应用。接着建立另一个3D接触。

图33 建立3D接触至此所有的与运动相关的连杆，运动副，穿动副，连接器都已建完，如下图所示。

图34 运动导航器

2.6开始仿真

（1）选中“motion-1”,右击“新建解算方案”弹出解算方案对话框，时间选择10，步数100，点击确定，如下图所示。

图35 解算方案

（2）选中解算方案“solution-1”右击“求解”，点击“动画”按钮，弹出动画对话框，如图所示，即完成动画仿真。

图36 仿真运动中

三、餐具加工

1.问题描述

试加工如下图所示盘体，要求分三次加工。

图37 餐具实体图

2.实现过程

2.1整体粗加工

（1）进入加工环境：点击工具栏中的开始，在下拉菜单中选择加工。由于第一部是外轮廓加工，是型腔铣，所以类型为：mill-contour，名称可以自己定义，也可以默认。点击确定。在窗体左侧工序导航器中就会出现新的工序。

图38 创建新工序

（2）点击进入创建到具对话框，如下图所示，类型为：mill-contour，刀具子类型：，名称为了与其他区别，可以自己定义，此处定义为T1D14R1。点击确定，进入铣刀参数设置对话框，如上图所示，在工具中的尺寸中，设置直径为14，下半经为1，其它默认，点击确定。

图39 创建刀具图40 刀具参数设置

（3）点击创建几何体，进入创建几何体对话框。类型：mill-contour，名称：MCS-1。点击确定，进入MCS创建对话框，机床坐标系：默认，安全设置，安全设置选项：平面，选择加工零件的上表面，安全距离：10，点击确定。

图41 创建几何体

图42 设置安全距离

（4）再次点选创建几何体，选择WORKPIECE，位置中的几何体选择刚才创建的坐标系MCS-1，名称：WORKPIECE_1，点击确定，进入工件参数设置对话框。

图43 创建工件

在几何体中的指定部件：点击“指定部件”，进入部件几何体对话框，在窗体中框选整个部件，如下图所示。

图44 指定部件

在几何体中的指定毛坯：点击“指定毛培”，进入毛坯几何体对话框，类型：包容快，限制：XM-6，XM+6，YM-6，YM+6，ZM-0.0，ZM+6，点击确定，返回到工件对话框。点击确定。

图45 指定毛培

（5）点击创建方法，进入创建方法对话框，类型;mill-contour,名称：MILL_METHOD。点击确定，进入铣削方法对话框，部件余量：2，其他默认。

图46 创建方法

（6）点击创建工序，进入创建工序对话框，类型选mill-contour，程序选择刚才创建的程序PROCRAM，刀具选择刚才创建的刀具，几何体选择刚才创建的几何体，方法选择刚才创建的方法，名称：CAVITY_MILL_1。点击确定，进入型铣腔参数设置对话框，如下图所示。

图47 创建工序

（7）点击指定切削区域，进入切削区域对话框，几何体：框选整个零件，点击确定，返回到型铣腔参数设置对话框。

图48 指定切削区域

（8）刀轨设置中的，点击切削参数，进入切削参数对话框，策略中切削，切削顺序：选择深度优先。其它默认。点击确定，返回到型铣腔参数设置对话框。

图49 切削参数设定

（9）点击进给率和速度，进入进给率和速度对话框，主轴速度：1000，其它默认。点击确定，返回到型铣腔参数设置对话框。

图50 进给率和速度

（10）在操作中点击生成，操作界面会变化，点击确认。进入刀轨可视化对话框。点选2D动态，会出现加工动画。

图51 生成刀轨

图52 2D加工

2.2外表面精加工

这里不需要创建新程序。

(1)创建刀具，点击进入创建到具对话框，如下图所示，类型为：mill-planar，刀具子类型：，名称定义T2D10R1。点击确定，进入铣刀参数设置对话框，在工具中的尺寸中，设置直径为10，下半经为1，其它默认，点击确定。

图53 创建刀具

（2）创建方法，如下图所示，部件余量选择0。

图54 创建方法

（3）点击创建工序，类型选mill-planar，位置处的程序选择刚才创建的程序PROCRAM，刀具选择刚才创建的T2D10R1，几何体选择上部创建的几何体，方法选刚才创建的方法，名称：FLOOR_WALL_2，点击确定，进入到平面轮廓铣对话框。

图55 创建工序

（4）点击指定切削区底面，在弹出的对话框中选择上表面，如下图所示。

图56 指定切削区底面

（5）点击切削参数，进入切削参数对话框，设置切削方向：顺铣，切削顺序：深度优先，其它默认。

图57 切削参数设定

（6）点击进给率和速度，进入进给率和速度对话框，设置主轴速度：1000，其它默认。点击确定，返回到平面轮廓铣对话框。

图58 设定主轴速度

（8）在操作中点击生成，再点击确认，进入刀轨可视化界面，选择2D状态，点击播放，结果如下图所示。

图59 生成刀轨

图60 2D仿真加工

2.3内表面精加工

这里仍然不需要创建新程序。

（1）创建刀具，点击进入创建到具对话框，如下图所示，类型为：mill-contour，刀具选择如下所示，名称定义T3D8R0。点击确定，进入到铣刀参数对话框，在工具中的尺寸中，设置直径为8，下半经为0，其它默认，点击确定。

图61 创建刀具

（2）创建方法，如下图所示，部件余量选择0。

图62 创建方法

（3）点击创建工序，进入创建方法对话框，类型mill-contour，工序子程序为深度加工轮廓。位置处的程序：选择刚才创建的程序PROCRAM，刀具选择刚才创建的T3D8R0，几何体选择刚才第一部的几何体，方法选刚才创建的方法，名称：ZLEVEL_PROFILE_3。点击确定，进入到深度加工轮廓铣对话框。

图65 创建工序

图66 切削区域选择

（4）在刀轨设置里每刀的公共深度：残余深度。点击切削参数，进入到切削参数对话框，在策略的切削中切削方向：顺铣，切削顺序:深度优先。点击确定，返回到深度加工轮廓铣对话框。

图67 切削参数设定

（5）点击进给率和速度，进入进给率和速度对话框，主轴速度改为1000，点击确定，返回到深度加工轮廓铣对话框。

（6）在操作中点击生成，在点击确认，进入到刀轨可视化对话框，选择2D，点击播放，结果如下图所示。

图68 生成的刀轨

图69 2D仿真加工

（7）至此所有工序都完成了，导航器里会出现如下文件。

图70 结果文件

UG教程,齿轮设计,运动仿真,仿真加工第2篇

计算机仿真的过程，实际上就是凭借系统的数学模型，并通过该模型在计算机上的运行，来执行对该模型的模拟、检验和修正，并使该模型不断趋于完善的过程，1. 在试图求解问题之前，实际系统的定义最为关键，尤其是系统的包络边界的识别。对一个系统的定义主要包括系统的目标、目标达成的衡量标准、自由变量、约束条件、研究范围、研究环境等等，这些内容必须具有明确的定义准则并已于定量化处理。2. 一旦有了这些明确的系统定义，结合一定的假设和简化，在确定了系统变量和参数以及他们之间的关系后，即可方便的建立描述所研究系统的数学模型。3. 接下来做的工作是实现数学模型向计算机执行的转变，计算机执行主要是通过程序设计语言变成的程序来完成的，为此，研究人员必须在高级语言和专用仿真语言之间做出选择。4. 计算机仿真的目的，主要是为了研究或再现实际系统的特征，因此模型的仿真运行是一个反复的动态过程;并且有必要对仿真结果做出全面的分析和论证。否则，不管仿真模型建立的多么精确，不管仿真运行次数多么大，都不能达到正确的辅助分析者进行系统抉择的最终目的，

用户通过计算机进行运动仿真的过称为：1、.进入运动仿真模块2.建立连杆创建连杆的第一步是从连杆和运动付工具条中单击连杆图标，弹出连杆对话框。对话框中显示默认的名字，输入名字后按回车键即可。连杆对话框的第二项是自定义质量特性，它是一个可选项，在不涉及反作用力时可以将它关闭而使用自定义的质量特性。但尽管如此，有时还是要定义质量特性，此时其他窗口将被激活。包括质量、质心、惯性矩、初始速度等。接着要定义材料，材料是计算质量和惯性矩的关键因素。3.创建运动付定义运动付以前机构中的连杆是在空中浮动的，没有约束的。创建运动付的操作分为三步：(1)选择运动付要约束的连杆(2)确定运动付的原点(3)确定运动付的方向单击运动工具条中的运动付图标，或从菜单中选择插入-运动付，弹出运动付对话框。4.定义运动驱动运动驱动是赋在运动付上控制运动的运动服参数。当创建或修改一个运动付时就会弹出运动付对话框，如图所示它共有5中类型：无驱动，恒定驱动、简谐驱动、函数驱动、铰接驱动。之后就可以创建解算方案、求解并做运动仿真。

UG教程,齿轮设计,运动仿真,仿真加工第3篇

关键词：UG,齿轮油泵,参数化设计,虚拟装配,运动仿真

0前言

随着计算机技术的发展, 以Auto CAD为代表的传统二维设计越来越不能满足工业设计和生产的需求, 使用Auto CAD不仅产品开发时间长, 而且由于其功能单一, 在设计过程中不能够及时地发现存在的问题。每个企业面对激烈的市场竞争时, 都将产品设计这一环节作为企业的生命线, 没有创新产品, 就会在竞争中败下阵来。而创新产品的开发和研制离不开先进的设计技术, 虚拟设计是近年来计算机辅助设计 (CAD) 技术和虚拟现实 (VR) 技术相结合而发展起来的一种新兴的设计技术, 与传统的设计方法相比, 虚拟设计开发周期短, 可以及时有效地发现和解决设计中存在的问题, 提高了设计品质和效率。大型CAD/CAE/CAM集成化软件UG可以很好地实现机械产品的虚拟设计[1]。

1 UG简介

UG软件起源于美国麦道飞机公司, 其后, UG以其强大的功能广泛应用于航空航天、造船、汽车、机械等领域, 并且发展成为世界一流的机械CAD/CAE/CAM软件系统。UG的内容博大精深, 不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和工程图设计等功能, 而且在设计过程中可进行机构运动仿真分析, 同时, 可用UG建立的三维模型直接生成数控代码, 用于数控加工, 极大地提高了产品的开发速度和可靠性。

2 齿轮油泵三维参数化设计

2.1 齿轮油泵的三维模型的创建

UG采用基于特征的参数化驱动建模技术, 具有交互建立和编辑复杂实体模型的能力, 可以快速地进行概念设计和结构细节设计。它为三维建模提供了多种不同的应用模块, 如实体建模、特征建模、自由曲面建模等。齿轮油泵由近20种零部件组成, 主动齿轮轴是其中的主要部件之一, 下面以主动齿轮轴为例简述其参数化建模过程:1) 在草图环境下创建主动齿轮轴轮廓, 回转得到主动齿轮轴实体;2) 用曲线、拉伸、相减命令创建键槽;3) 根据要求确定齿轮的基本参数, 包括模数、齿数、压力角、齿顶圆直径等, 绘制齿轮廓曲线, 生成齿槽曲面图形, 执行拉伸命令, 从齿轮齿坯上切除材料, 形成齿槽, 最后执行圆周阵列命令, 形成所有齿槽, 相应也就创建了所有齿轮;4) 对主动齿轮轴模型进行细化, 如倒角等, 完成整个主动齿轮轴的造型。

以类似步骤对齿轮油泵其他零件建立三维模型, 部分零件三维模型见图1。

利用UG提供的Part families工具, 在相关参数化模型基础上, 借助零件族的Excel工作表, 可以快速准确地创建标准件、通用零件及其他产品系列化设计所需的三维模型库。参数化设计零件可以大大提高模型的生成和修改的速度, 在产品的系列设计、相似设计及专用CAD系统开发方面都具有较大的应用价值。

2.2 齿轮油泵的虚拟装配

UG软件采用虚拟装配模式, 提供了自顶向下、自底向上和混合装配的装配方法, 它可以使零部件灵活地配对和定位。装配模型中的零件数据是对零件本身的链接映象, 它是通过配对条件在零部件之间建立约束关系来确定零部件在产品中的位置, 而不是简单地将零件复制到装配图中, 这样既保证了装配模型和零件设计完全双向相关, 减少了存储空间的需求, 零件设计修改后装配模型中的零件会自动更新, 同时可在装配环境下直接修改零件, 因此极大地加快了产品的设计速度。

在三维模型完成后, 由Application (应用) 进入Assemblies (装配) 模块, 通过Components (组件) 下的Add Existing (添加已有部件) 将在Modeling (建模) 模块中建立的部件模型引入其中, 引用集均采用Model (实体) 。在Mating Conditions (装配条件) 中, 通过Mate (配对) 、Conter (中心对齐) 、Parallel (平行) 等关系将各部件组装在一起, 以实现齿轮油泵各部件的相对定位关系, 完成齿轮油泵的装配, 其装配图见图2。

在装配过程中, 一旦发现有干涉或配合关系不合理, 可立刻返回到三维零部件状态进行修改, 修改后再回到装配体状态。可从三维模型的各个侧面查看机械总体效果, 根据需要修改、调换零件, 甚至改变组合方案。装配模型不但完整地表达了产品信息, 而且还描述了产品设计参数的继承关系和其变化的约束机制, 这样就保证了设计参数的一致性, 从而支持产品的并行设计, 以适应新的产品需求。

为了能清楚形象地查看装配中各部件间的装配关系, 在完成装配后, 可用爆炸图将其装配的各部件按照预先设定的方向和距离自动爆炸分离。通过Assemblies (装配) 下的Exploded Views (爆炸视图) 中的选项对齿轮油泵创建爆炸图, 结果见图3。

3 运动仿真

当齿轮油泵装配为系统之后, 需要对齿轮油泵做运动分析, 检查运动轨迹和运动干涉等, 从而进行三维动态仿真, UG的运动分析模块 (scenaroi for motion) 是CAE应用软件, 用于建立运动机构模型, 可在屏幕上模拟真实的机构运动。当各个零件通过装配模块组装成一个完整的机构后就可进入机构运动分析模块[2,3]。运动仿真之前, 先对每个零件编号, 用motion (运动) 模块下的link (构件) 按钮, 将每个零件按顺序设置为运动的最小单元, 再用joint (运动副) 按钮对这些单元之间的运动进行定义, 建立起运动副, 完成运动副的定义之后, 点击动画 (animation) 按钮, 机构开始三维运动仿真, 并对仿真运动作干涉分析、运动分析及动力分析。

4 结语

通过应用UG对齿轮油泵进行参数化设计和运动仿真, 可以实现在齿轮油泵的设计阶段对齿轮油泵进行干涉检测以及各部件之间的间隙调整。本文利用UG软件对齿轮油泵进行三维建模、虚拟装配、运动仿真, 运动仿真不仅可以动态地观察齿轮油泵的传动运动状况, 发现其真实的运动情况, 验证机构设计的正确性与合理性, 及早发现问题, 而且可以通过修改三维模型的参数快速地修改和优化设计方案, 提高了设计的可靠性。

参考文献

[1]李锐.基于UG的三缸活塞式空气压缩机的虚拟设计[J].机械工程与自动化, 2008 (10) :65-67.

[2]曹争光.基于UG的三环减速器运动仿真与啮合分析[J].煤矿机械, 2010 (2) :79-81.

UG三维数控加工仿真第4篇

【关键字】UG；五轴数控加工；加工仿真

现阶段，使用的五轴数控仿真系统通常只有二维动画仿真，且整个仿真系统的几何功能有所限制，加工零件和机床模型必须借助其他CAD软件才能建模，整个模型的仿真精度不高。基于UG软件创建五軸数控机床仿真模型，能够准确读出数控代码，并为机床的各个部件实施三维仿真，同时对零件加工环节机床各部件之间的干涉进行检查，为合理修改刀具轨迹提供可靠依据，避免因文件格式转化导致仿真精度降低的情况。

创建三维仿真系统的步骤

（一）仿真系统工作流程

三维仿真环境是基于计算机虚拟系统中，以不消耗能源和资源真实加工系统的映射，虚拟环境的操作应于实际加工系统所具备的功能相互一致。五坐标数控机床建立的仿真系统具体流程如图1.五坐标联动机床进行加工的零件极为管饭干，可以综合考虑工件、道具等物品的外形、参数的变化，通过装配的形式把制作的CAD模型加入仿真系统内，从而提升仿真系统的灵活性。用户依照实际加工操作基于UG环境下创建刀具、工件等模型，进一步方便对这些模型的尺寸进行修改，在仿真系统的操作直视下，用户只要挑选最佳的部件和位置，

就能把工件、夹具等模型装配至仿真系统的模板文件内。

图1 仿真系统程序具体流程图

初始化仿真环境

建立合理的仿真模型之后，应对UG环境展开初始化操作，随之进入运动分析模块。为了方便在仿真系统内合理控制机床的各个运动部件，在开展仿真操作前要对机床模型中的几何体实施遍历，随后获得相关几何体的指针。

解释NC代码语义

基于NC代码对整个机床加工环节进行仿真操作，必须准确解释机床NC代表的意义，把代码指令进行转化，从而得到机床不同轴的联动运动。机床NC代码是由大量繁乱的机床运动指令组成，每次读取的代码都必须进行语义解释，从而把NC代码内有用的控制命令和数据转换为机床各个轴的位移。

基于三维造型仿真加工过程

使用三维实体造型的办法，能在仿真环境内更改不同的视角并无需重新进行计算，准确表示刀具与工件之间的几何关系和位置。把NC代码予以转化成各个轴的位移，并对其运动情况实施仿真操作。在三维造型中把动画一帧帧的展示出来，并保存到UG后台数据库内。经过存储的仿真动画能够反复回放，可以根据各行的NC代码依次显示，实际显示时可以进行放大、缩小及变换视角等操作。基于三维造型对整个加工环节进行仿真操作，能够准确展现出空间内实体之间的位置关系，三维效果非常好。

干涉检查仿真过程

对仿真过程进行干涉和检查操作，主要是对加工操作中刀具、夹具、刀柄与工件之间进行干涉。因整个仿真过程采用三维实体造型的模式，因此干涉检查就是对机床模型运动时是否相交进行判断。采用模型的几何体指针，对加工环节内可能出现的干涉部件其位置关系展开检查计算。如果运动部件遭到干涉，创建干涉产生的实体，并通过UG系统获取干涉部位的深度、体积等相关信息，并输出形成干涉效果的NC代码，为合理修改刀具轨迹提供可靠依据。

五坐标机床仿真系统实现

文中以五坐标联动机床为研究对象，为该机床建立仿真模型，同时为三元叶轮的铣削加工环节实施仿真操作。整体式三元叶轮形状非常复杂，具有大量的约束条件，因此加工难度较大，这是五轴数控加工操作中独具代表性的零件。根据数控机床具体的传动尺寸，基于UG环境创建仿真模型，对机床各个轴的运动方向及副作性质进行设定，同时把建立的模型存储为模板文件。五坐标联动机床的运动轴是由2个转动轴，和三个移动轴组合而成。根据实际机床部件的具体尺寸，使用UG/Modeling模块为机床部件创建各自的实体模型，随后使用UG/Assemblies模块把不同部件进行装配操作，从而形成完整的实体模型。在UG/Motion运动分析模块挑选工作台等机床部件定义成连杆，移动副由机床的X、Y、Z轴定义，B、C轴表示转动副，根据设定的机床传动轴运动方向进行操作，同时设定运动副其驱动方式是Articulation。对仿真完成的机床模型进行保存，就能加载各类工件、刀具及夹具，如此采用同个机床对各类工件进行加工时，不需要反复创建仿真模型。通过UF_UI_FILENAME函数弹出的对话框，挑选应该装配的部件，同时输入待装部件的位置，采用UF_ASSEM_assembly函数对部件进行装配，并把部件实体指针设置为运动副。若装配部件有必须隐藏的地方，可通过UG中Blank命令对其进行隐藏操作。

【结束语】：总之，基于UG建立的数控加工仿真模型，可以对整个加工过程机床干涉情况进行检查，为合理修改刀位提供有效依据，提升整个数据加工的工作效率，具有优良的实用性。

【参考文献】

[1] 范蓉.整体叶轮曲面造型及数控加工仿真研究[J].中国机械，2013，（6）：102-103.

[2] 章芳芳.基于Vericut的车削中心仿真系统研究[J].科技视界，2013，（28）：180-180.

[3] 丁刚强.整体叶轮五轴数控加工技术的研究[J].制造技术与机床，2013，（4）：100-103.

[4] 杜丽，张信，赵爽宇等.S 形检测试件五轴联动数控加工方法研究[J].中国机械工程，2014，（21）：2907-2911.

UG教程,齿轮设计,运动仿真,仿真加工第5篇

传统数控铣床的设计是基于经验建立在物理样机上的，开发周期时间长，研发费用高，如果物理样机试验不够充分，会造成不可预知的结果[1]。UG包括数字化设计，有限元分析以及虚拟运动仿真等技术，作为新一代的大型三维仿真软件已被广泛应用。此次研究利用UG对数控铣床进行虚拟设计以及虚拟仿真[2]，更加快速便捷地验证设计的合理性，避免了实际操作数控铣床实体造成不必要的损失，大大缩短开发周期。

1 UG三维仿真工作流程

UG三维仿真工作流程如图1所示。

2 基于UG/ISV的鼠标外壳数控加工仿真模型的建立

设计和模拟加工鼠标外壳具有一定的典型性和示范性，鼠标外壳（见图2）作为型腔铣零件，刀轴垂直于加工表面并固定，由于轨迹形状在不同的切削层上是不同的，所以有一些残料会存留在零件上，为了能够去除残料，通常采用曲面轮廓铣，如图3所示。

应用UG/ISV进行零件仿真加工，必须建立机床仿真模型，因为鼠标是简单的型腔铣，所以采用3轴数控立式铣床对其进行仿真加工。

2.1 数字化虚拟样机的建立

数字化虚拟样机建立的实质是建立数控铣床的虚拟模型，首先建立各个零件的虚拟模型，利用UG的装配功能进行零件装配，具体过程如下[3]:

(1）虚拟样机概念设计：概念设计即确定数控铣床的功能要求和工作参数，从而确定总体设计方案；

(2）数字模型的建立：确定数控铣床各个零件的尺寸，建立零件的数字模型，并利用UG的装配功能将零件进行装配，如图4所示；

(3）仿真模型的建立：以建立的数字模型为基础，增添各种仿真信息，完成整机的仿真。

2.2 数控铣床的运动仿真

完成装配后，就有了数控铣床的整体试图，进入机床构造器MTB进行机床运动模型的定义，机床运动模型是用来描述机床运动情况的，所以只有定义了运动模型各组件的运动才得以确定。

2.2.1 定义机床基础部件

机床基础部件是定义机床运动关系的基础，一般定义机床床身，如图5所示。

2.2.2 创建坐标系

创建连接坐标系是为了便于描述各运动轴之间的运动关系，使数控铣床处于原始状态时，工件坐标系、刀具坐标系和机床坐标系保持一致，使机床正常工作。创建坐标系过程[4]如下：

(1）在数控铣床基础件上建立机床坐标系和机床原点，机床坐标系轴的方向很重要，原点的位置可定义在机床的任意位置，创建一个名为MACHINE-ZERO，分类为machinezero的连接坐标系，如图6所示。

(2）在机床工作台创建一个PART-MOUNT-JCT的连接，用于在模仿仿真时，安装加工工件将零件安装坐标系，定在当前坐标系位置；同样方式在刀具主轴端面创建一名为TOLL-MOUNT-JCT的连接，用于模仿仿真时安装刀具。x轴为刀具安装轴，如图7所示。

(3）创建机床运动轴：定义xyz轴的运动行程和连接关系，如图8所示。

2.2.3 数控铣床模型入库

将建立好的数控铣床模型添加到虚拟仿真机床库后通过后置处理实现加工过程的仿真与认证。数控铣床模型入库步骤如下：

(1）首先在加工环境下打开要验证的已生成刀具路径的加工件，使导航器切换到刀具导航器，并载入建立好的机床运动模型。

(2）定义加工件及夹具：打开机床构造导航器在载入的虚拟机床上定义数控铣床加工件，毛坯及夹具等。

(3）定义加工刀具：在MTB环境下对加工所需的刀具装配模型进行运动模型定义。

(4）定义机床驱动器：在Post Builder中为机床建立POST处理器，可自动生成机床驱动文件。

(5）进行ISV仿真。

整个过程步骤如图9～图11所示。

3 结论

UG将设计与加工过程及NC代码生成集成在统一平台上，为数控机床加工仿真提供仿真所需信息，实现从CAPP到CAM的信息集成和功能集成[5]。

本文利用UG/ISV以鼠标外壳的仿真加工为例对数控铣床进行了建模、分析以及仿真，通过UUGG实现了对数控铣床的产前设计、分析和修正，使设计更加合理性[6]，同时还提高了生产效率，缩短了生产周期，降低了生产成本，这在传统机床设计中是不可能实现的。

注：本文通讯作者为张长。

参考文献

[1]LEVENTU G,KHALID B,ROGER A.Virtual prototype for ahybird electric vehicle[J].Mechatronics,2002(12):575-593.

[2]应华,熊晓萍,姜春晓.UG NX 5.0机械设计完全自学手册[M].欧阳宇,王崧,译.北京:机械工业出版社,2007.

[3]杨晓京,傅中裕,史孝文.数控机床虚拟样机的虚拟加工实现[J].机床与液压,2007,35(1):45-47.

[4]Unigraphics Solutions Inc.UG CAM实用教程[M].北京:清华大学出版社,2003.

[5]喻丕珠.UG在数字化制造集成中的应用[J].机械制造与研究,2009,38(5):29-30.

UG教程,齿轮设计,运动仿真,仿真加工第6篇

由于复杂曲面零件形状的多变性, 实际加工很难保证一次完成, 因此, 在实际加工之前, 通过虚拟仿真, 对程序进行验证及优化是非常有必要的。充分利用UG和Vericut软件的优势, 完成实际加工前的模拟仿真。UG软件首先完成复杂曲面的建模, 然后, 进行刀位数据模拟。鉴于UG软件不能进行NC程序的数控模拟, 因此, 借助Vericut进行NC的加工仿真, 能够检验和优化数控程序。

本文以一个复杂的曲面为加工对象, 利用UG和Vericut的有效结合, 完成零件的建模、加工和虚拟仿真的全过程。

1 复杂曲面的建模方法

1.1 生成UG能够识别的曲面截面上的型值点

曲面是根据截面上的型值点来拟和的, 所以必须把原始数据文件处理成UG所能识别的格式, 为后续建模提供合法的数据源文件。

UG对数据源文件的要求是:数据源文件的格式必须为dat格式。曲面原始数据提供的是设计图纸上的理论数据, 需要按照UG对数据源文件的格式要求人工输入截面上的型值点。

1.2 曲面的生成

1) 导入建好的.dat文件, 生成样条曲线

打开UG软件, 并进入到建模环境下, 单击菜单栏中的【插入】【曲线】【样条】通过点, 导入建好的文件, 系统会自动生成封闭的样条曲线。如图1所示。

2) 通过曲线组生成曲面实体

单击工具栏中的“通过曲线组”按钮, 依次选取已经创建好的样条曲线, 保证矢量方向相同, 否则会使生成的曲面发生扭曲, 如图2所示。

3) 曲线质量分析

单击【菜单】【分析】【曲率梳】, 可以对所生成的曲线进行分析。图1曲面的模型建立在截面曲线基础上, 每条曲线的质量直接关系到生成曲面实体的质量。利用UG中的曲线分析工具, 可以对每条曲线进行曲率分析, 从中找出曲线中的坏点 (导致曲线交叉, 重叠或使曲率发生突变的点) 进行修改调整, 直至整条曲线光滑, 曲率过渡平缓。

4) 曲面的质量分析

单击【菜单】【分析】【形状】, 可以对生成的曲面进行分析。在曲线调整好的情况下, 再通过曲线生成实体, 观察实体是否出现凹凸、褶皱, 并找出相应的曲线及曲线上的点, 进行调整。若在上一步曲线分析较好的情况下, 实体上会出现较少的凹凸、褶皱。同样地, 反复观察调整, 直至整个曲面实体的表面较为光滑。图3表示的是调整之前的实体的曲面反射分析, 图4表示的是调整之后的实体的曲面反射分析。

最终要加工的曲面如图5所示。

2 数控加工

加工曲面前的毛坯如图6所示。利用UG软件, 以一侧曲面的粗加工为例, 进行加工仿真。UG刀轨生成流程如图7所示。

2.1 进入加工环境。

单击【开始】【加工】, 进入UG加工环境, 弹出加工环境对话框, 选择类型为mill_contour, 工序子类型选择固定轴轮廓铣削FIXED_CONTOUR, 弹出固定轴轮廓铣削对话框, 如图8所示。

2.2 创建各个节点

对图7中父节点组中的几何体、刀具、程序、方法等节点进行设置。即对图8中几何体、驱动方法、刀具、刀轨设置等进行设置。驱动方法采用曲面驱动, 可以设置切削方向和曲面百分比, 如图9所示。其他设置在此不再详述。

2.3 生成曲面刀路

因为曲面径向长度较长, 所以采用分层加工。如图10所示。

3 利用VERICUT进行加工仿真

VERICUT软件是美国CGTECH公司开发的基于Windows及UNIX平台的模拟数控机床加工仿真软件, 它能够真实地模拟在加工过程中刀具的切削、加工零件、夹具、工作台及机床各轴的运动情况, 该软件不仅能够对NC程序进行仿真、验证、分析及优化, 而且能够对机床进行仿真。通过该软件模拟机床加工的过程, 能真实反映加工过程中遇到的各种问题, 包括加工编程的刀具运动轨迹、工件过切情况和刀、夹具运动干涉等错误, 甚或可以直接代替实际加工中试切的工作, 并且提供了对刀位轨迹和加工工艺优化处理的功能, 可以大大提高零件的加工效率和机床的利用率。

3.1 创建新工程

单击FileNew ProjectMillimeter即可创建一个新工程, 如图11所示。图中的control和machine可以先进行设置。控制系统选择sin840d控制系统, 曲面的粗加工选择三轴铣床即可。

3.2 加载毛坯和设计曲面

1) UG中输出STL文件

在UG中打开:文件导出STL打开快速成型对话框, 进行参数设置, 公差一般应在0.01之内。

2) vericut中导入毛坯和曲面

双击图11中的stock (0, 0, 0) , 弹出对话框, 点击Browse选择步骤 (1) 中导出的毛坯STL文件, 依次点击AddApplyOK, 完成毛坯的添加。

同样, 双击图11中的Design (0, 0, 0) , 重复上述操作完成设计曲面的添加。

3) 创建刀具

双击图11中的双Tooling, 弹出Tool Manager对话框, 可以进行刀具设置。选择直径为10mm, 圆角为1的立铣刀完成曲面一侧的粗加工。注意vericut中选择的刀具应和UG中使用的刀具相同。

4) 创建坐标系

导入毛坯和设计曲面后经过调整, 使得Vericut中的坐标系和UG中的加工坐标系完全重合。若用G代码仿真, 需要在Vericut中需要创建机床坐标系。即要知道机床原点在UG加工坐标系XM-YM-ZM (也是编程坐标系) 中的各个方向的偏置量。

5) 程序的加载

用UG算好刀轨后, 直接输出CLS文件, 仿真可以选择用CLS文件仿真或者将CLS文件经过后置处理转为G代码文件再仿真。

双击图11中NC Programs按钮, 弹出Nc Program对话框。Nc Program Type主要有G-Code Data和UG CLS等。Tool Change By选择刀具可以用刀具ID号 (Tool Number) , 右边的Use Selected Files、Initial Tool、Tool Override全部打钩, 后面选上仿真要用的刀具ID号。

点击Add添加程序, 并选择坐标系和刀具, 然后Apply>OK。完成程序的添加。

6) 仿真加工

通过该软件模拟机床加工的过程, 能真实反映加工过程中遇到的各种问题, 包括加工编程的刀具运动轨迹、工件过切情况和刀具、夹具运动干涉等错误, 甚至可以直接代替实际加工中试切的工作, 并且提供了对刀位轨迹和加工工艺优化处理的功能, 可以大大提高零件的加工效率和机床的利用率。仿真加工如图12所示。

7) 分析功能

可以利用vericut的分析功能分析过切和欠切, 并可以观察下刀抬刀、横越位置, 分析可能存在的问题。

4 结论

本文利用UG软件完成复杂曲面的建模和自动加工过程, 并生成刀轨和后处理程序。利用Vericut软件完成了三轴机床的虚拟仿真过程。经与实际加工结果相比, 验证了Vericut系统的正确性。Vericut不仅能够进行加工的模拟, 还能够优化程序、缩短工时, 改进加工质量, 检查过切、防止机床碰撞和超程等功能。因此, 实际加工前, 进行Vericut虚拟仿真是非常有必要的。

参考文献

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[4]陈波.赵福令.基于VERICUT的数控加工过程仿真技术[J], 机械设计与制造, 2006 (6) :58-60.

UG教程,齿轮设计,运动仿真,仿真加工第7篇

随着机械加工工艺和方法的不断发展和完善, 数控加工技术已经普遍应用于实际生产中, 同时复杂类零件也越来越多, 对加工精度的要求也越来越高。保证高精度的加工质量, 提高加工效率, 缩短产品的开发周期已经成为现在企业增值的方向。传统的手工编程只能针对点位加工或简单的几何形状零件, 现在更多的是利用CAM软件进行自动编程, 要确保所生成的加工程序不存在任何问题十分困难, 为保证数控加工程序的正确性, 必须在加工前对程序进行仿真加工、检测并进一步优化, 得到最优质的加工程序。

UG NX所有加工模块都提供一个相同的、界面友好的图形化窗口环境, 用户可以在图形形式下观测刀具沿轨迹运动的情况并可对其进行图形化修改, 但UG加工系统的虚拟仿真加工只能仿真刀具的运动, 不能实现对虚拟机床、夹具的仿真, 同时除了验证刀路轨迹的正确性外, 不能检验数控加工过程中是否发生干涉、碰撞等意外情况。VERICUT软件是CGTECH公司开发的数控加工仿真系统, 可以仿真多种数控加工设备的加工过程, 同时进行NC程序优化、缩短加工时间, 可以检查过切、欠切, 防止机床碰撞、超行程等错误。UG与VERICUT无缝接口采用人机交互的友好界面方式, 将所有毛坯、夹具和模型这些几何数据自动传入VERICUT, 并确定定位, NC程序、刀具信息、机床和控制系统以及其它模型参数也一起传入VERICUT。现通过一凸模零件为例, 来实现整个加工过程。

1 UG零件的建模与数控加工

UG的加工模块提供了众多的数控加工功能, 如平面铣加工、轮廓铣削加工、多轴加工、孔加工、车削加工以及线切割加工等, 具有刀具轨迹生成和仿真功能, 其后处理也支持多种类型的数控机床, 生成相应的NC程序, 图1为UG加工数控加工流程图。

1.1 建立制造模型

通过UG6.0建立如图2所示凸模零件模型和在加工模块中通过“自动块”命令生成的毛坯模型。

1.2 加工工艺分析 (如表1)

1.3 加工仿真

下面以零件的型腔铣粗加工为例进行UG加工仿真。型腔铣主要用于粗加工, 以切除大部分毛坯材料, 几乎适用于粗加工任意形状的几何体, 也可应用于大部分的粗加工和直臂或者斜度不大的侧壁的精加工, 也可用于清根加工。

1) 进入加工环境。打开模型文件, 选择“开始”下拉菜单中的“加工”命令, 在“加工环境”对话框中选择“Mill contour”选项, 进入加工环境。

2) 创建坐标系和安全平面。切换至几何视图, 在操作导航器中双击节点“MCS_MILL”, 在“Mill orient”对话框中, 创建机床坐标系。同时在“间隙”区域中, 设置安全平面。

3) 创建部件几何体。在操作导航器中双击“WORKPIECE”, 在“部件几何体”对话框中选择“几何体”然后单击“全选”。在“毛坯几何体”对话框中选择“自动块”, 生成毛坯, 如图2所示, 完成部件几何体的创建。

4) 创建刀具。切换至机床视图, 选择“创建刀具”, 创建一把D5R0的平底立铣刀, 用于型腔铣削的粗加工。

5) 创建型腔铣操作。切换至程序顺序视图, 创建程序名为1的程序。选择“插入”/“操作”命令, 在“创建操作”对话框中, 加工类型选择“轮廓铣削”, 子类型中选择“等高加工”并在其它项目中选择已经建立好的程序名, 刀具以及几何体。并在刀轨设置中分别设置合适的切削模式、每刀深度、切削层、切削参数、非切削移动以及进给和速度等参数。确定后生成刀具路径, 如图3所示为型腔铣刀具轨迹生成, 确认无误后, 进入“刀轨可视化”进行2D动态仿真, 如图4所示。

6) NC代码的生成。选择后处理图标, 在后处理器中选择“MILL_3_AXIS”, 选择好输出文件的路径, 生成型腔铣削粗加工NC程序, 如图5所示。其它各工序都通过此步骤实现。

2 VERICUT中加工仿真的实现

2.1 N X与VER ICU T的连接

NX与VERICUT接口, 简称NXV, 是基于OPEN API开发的第三方软件接口, 采用人机交互式的界面, 实现NX与VERICUT之间的数据传递, NXV接口需要设定CGTECH_INSTAL和CGTECH_PRODUCTS两个环境变量, 完成后利用VERICUT安装目录“cetech7.0windowscommands”下的批处理文件“NX6.0.bat”启动UG。

2.2 零件的仿真加工

2.2.1 仿真参数的设定

启动UG软件后, 在加工模块中选择工具栏的“VERICUT”图标按钮即可启动参数设定窗口, 对模板文件、零件模型、毛坯模型、刀具、模型坐标系、程序等信息进行设定, 完成后点击“out and run”启动VERICUT界面, 查看通过接口转换的各项数据, 建立机床组件模型树如图6所示。

2.2.2 仿真加工

在这里我们调用“sim840d”控制系统, 选择“3_axis_tool_chain”三轴立式铣床, 建立起虚拟机床模型, 对工件进行模拟机床仿真, 加工仿真过程如图7所示。根据仿真结果观察工件在加工中碰撞、干涉、过切、欠切情况的检查。

2.2.3 程序优化

单击主菜单中的“优化”“控制”后, 在“优化方式”中选择“开”选项打开优化功能。设定优化后文件的保存路径和文件名, 同时选择优化的材料和机床, 单击“确定”。再对工件进行仿真, 输出优化后的文件。优化前后的NC程序文件可以通过主菜单“优化”“比较文件”查看和进行对比。截取部分代码对比, 如图8所示。同时优化前后加工时间, 优化率也可以通过日志文件查看, 经计算优化率为33.61%。

3 结语

本文利用一简单凸模零件的模拟加工仿真过程, 讨论了UG软件的CAM功能以及加工流程和方法, 通过UG与VERICUT的接口技术, 在VRICUT软件中进行模拟机床仿真, 检查过切、欠切、碰撞等错误, 从而检验程序的正确性。并通过对NC程序的优化, 得到更为合理的NC程序, 从而大大缩短了加工时间, 也降低了企业实际加工试切的成本, 提高了加工的安全性, 缩短了产品的开发周期, 也提高了机床的使用效率和生产效率, 在实际生产中具有很大的现实意义。

摘要：介绍了UG加工模块与VERICUT仿真软件的功能, 在UG中建立一凸模零件, 进行加工、仿真, 后置处理生成相应程序, 利用UG和VERICUT的无缝连接建立机床仿真, 对相应程序进行检验和优化, 得到更加合理的NC程序。对于降低实际生产中的风险和成本、缩短产品开发周期、提高生产效率和产品质量都有很大作用。

关键词：UG,VERICUT,加工仿真,NC程序

参考文献

[1]展迪优.UG NX6.0数控加工教程[M].北京:机械工业出版社, 2013.

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[5]孙德英, 崇凯, 王霄.基于UG/CAM和Vericut的数控加工仿真与优化[J].机床与液压, 2011 (23) :147-149.

[6]阮晓光, 王寅晨, 张党飞.基于UG与VERICUT的数控加工仿真[J].煤矿机械, 2012 (3) :126-127.