CN101592939A - 基于ug的五轴数控机床建模与虚拟装配的方法 - Google Patents

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张青雷
郑明耀
邵玉珍
童刚
王颖
桂士弘
张无波
郭井宽
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Abstract

本发明公开了一种基于UG的五轴数控机床建模与虚拟装配的方法，它包括以下步骤：对单个零件进行三维建模步骤，即按照五轴数控机床的零件的实际尺寸，画出三维图形；装配步骤，即在对五轴数控机床的所有零件进行三维建模后，利用UG三维平台进行虚拟装配，在装配图的环境下，分别调入需要装配的环境以及需要装配的零部件，通过约束条件对各零件进行位置方向约束，然后再对五轴数控机床的各部件进行虚拟装配，最后对机床总体进行装配。本发明能够对五轴数控机床进行模拟仿真，可以使设计人员通过建模与虚拟仿真及早发现可能存在的问题，降低制造成本，提高制造精度。

Description

基于UG的五轴数控机床建模与虚拟装配的方法
技术领域
本发明涉及一种五轴数控机床建模与虚拟装配的方法，尤其涉及一种基于UG的五轴数控机床建模与虚拟装配的方法。
技术背景
五轴数控机床是在现有的加工中心基础上，加入A轴和C轴旋转，具有五轴加工能力的数控设备。立式加工中心(三轴)最有效的加工面仅为工件的顶面，卧式加工中心借助回转工作台，也只能完成工件的四面加工。目前高档的加工中心正朝着五轴控制的方向发展。如配置上五轴联动的高档数控系统，还可以对复杂的空间曲面进行高精度加工。
许多国外企业都很重视分析工作在产品设计中的作用，在产品开发过程中尽可能多的采用分析技术，进行反复的设计、分析迭代，以便保证产品的性能。产品数字化定义与建模技术、虚拟样机技术的研究和应用，实现了产品开发全过程的电子化，产品开发过程从设计→样机制造→试验→设计仿真，把样机制造放在最后，与产品成为一体。
立式五轴数控机床的回转轴有两种方式，一种是工作台回转轴。这种设置一般工作台不能设计太大，承重也较小，特别是当A轴回转大于等于90度时，工件切削时会对工作台带来很大的承载力矩。
另一种是依靠立式主轴头的回转。这种结构非常受模具高精度曲面加工的欢迎，这是工作台回转式加工中心难以做到的。为了达到回转的高精度，高档的回转轴还配置了圆光栅尺反馈，分度精度都在几秒以内，但是这类主轴的回转结构比较复杂，制造成本也较高。
若何通过设计与分析的协作及早发现和解决制造过程中可能存在的问题是本发明亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，而提供一种基于UG的五轴数控机床建模与虚拟装配的方法，它能够对五轴数控机床进行模拟仿真，可以使设计人员通过建模与虚拟仿真及早发现可能存在的问题，降低制造成本，提高制造精度。
实现上述目的的技术方案是：基于UG的五轴数控机床建模与虚拟装配的方法，其中，它包括以下步骤：
对单个零件进行三维建模步骤，即按照五轴数控机床的零件的实际尺寸，画出三维图形；
装配步骤，即在对五轴数控机床的所有零件进行三维建模后，利用UG三维平台进行虚拟装配，在装配图的环境下，分别调入需要装配的环境以及需要装配的零部件，通过约束条件对各零件进行位置方向约束，然后再对五轴数控机床的各部件进行虚拟装配，最后对机床总体进行装配。
上述的基于UG的五轴数控机床建模与虚拟装配的方法，其中，所述的装配步骤后，还包括制作爆炸图步骤，即在装配步骤后，制作虚拟装配得到的装配体的爆炸图。
上述的基于UG的五轴数控机床建模与虚拟装配的方法，其中，所述的对单个零件进行三维建模步骤包括自制零部件建模步骤以及标准零部件建模步骤，其中：
所述的自制零部件建模步骤为用于基于UG平台进行建模，通过显示建模、参数化建模和基于约束的建模进行建模；
所述的标准零部件建模步骤为建立结构形状相同仅尺寸不同的标准零部件模型以加快零件的建模，通过设置设计变量和将设计变量分配给模型，然后创建一个含有这些变量的外部电子表，将电子表链接到当前模型中。
上述的基于UG的五轴数控机床建模与虚拟装配的方法，其中，所述的标准零部件建模步骤包括以下步骤：
分析零件特征，即对零件进行分析，明确零件所需特性、特性的次序、特性的内在联系以及进行驱动的参数以对零件进行尺寸约束和几何约束；
建立零件模型，即在分析零件特征的基础上，根据零件的各自特点，创建三维参数化模型所需的各种特征，建立零件模型；
创建并分配设计变量，即基于UG软件上，通过表达式在驱动尺寸与零件的模型之间建立关联关系；
建立表驱动，在基于UG软件上，把某一零件的尺寸完整的建立在电子表格中，形成一个零件数据库以方便对数据库的管理、编辑、扩展。
上述的的基于UG的五轴数控机床建模与虚拟装配的方法，其中，在对单个零件进行三维建模步骤或装配步骤后，还包括创建两维工程图步骤，工程图上零件的尺寸与实际三维模型是联系在一起的，可以通过修改工程图上尺寸来修改零件。
上述的基于UG的五轴数控机床建模与虚拟装配的方法，其中，所述的约束条件包括对齐、重合、插入、点线面间的距离、角度大小。
本发明的有益效果是：本发明通过UG软件，对五轴数控机床进行建模与虚拟装配，这样设计人员能够及早发现存在的问题，提高制造效率，降低制造成本。
附图说明
图1是本发明的基于UG的五轴数控机床建模与虚拟装配的方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
请参阅图1，图中示出了本发明的基于UG的五轴数控机床建模与虚拟装配的方法，本实施例中，采用UG NX4.0软件，本发明包括以下步骤：
对单个零件进行三维建模步骤1，即按照五轴数控机床的零件的实际尺寸，画出三维图形，该步骤包括自制零部件建模步骤以及标准零部件建模步骤，其中：
自制零部件建模步骤为用于基于UG平台进行建模，通过显示建模、参数化建模和基于约束的建模进行建模，这三种建模方法组合到一起就是复合建模，其特点为：
(1)提供在设计过程中更多的灵活性。
(2)建立全相关、参数化的模型。
(3)能够使用遗留的产品模型数据。
(4)许多传统的曲线已改造成参数化曲线。
标准零部件建模步骤为建立结构形状相同仅尺寸不同的标准零部件模型以加快零件的建模，通过设置设计变量和将设计变量分配给模型，然后创建一个含有这些变量的外部电子表，将电子表链接到当前模型中，该标准零部件建模步骤具体包括以下步骤：
分析零件特征，即对零件进行分析，明确零件所需特性、特性的次序、特性的内在联系以及进行驱动的参数以对零件进行尺寸约束和几何约束；
建立零件模型，即在分析零件特征的基础上，根据零件的各自特点，创建三维参数化模型所需的各种特征，建立零件模型；
创建并分配设计变量，即基于UG软件上，通过表达式在驱动尺寸与零件的模型之间建立关联关系；
建立表驱动，在基于UG软件上，把某一零件的尺寸完整的建立在电子表格中，形成一个零件数据库以方便对数据库的管理、编辑、扩展，具体地说，可以任意修改表格中的某一或某些数据、增加一组新的零件数据、增加设计变量等等，最终产生用同一实体模型的系列零件三维模型。
装配步骤2，即在对五轴数控机床的所有零件进行三维建模后，利用UG三维平台进行虚拟装配，在装配图的环境下，分别调入需要装配的环境以及需要装配的零部件，通过约束条件对各零件进行位置方向约束，约束条件包括对齐、重合、插入、点线面间的距离、角度大小等，然后再对五轴数控机床的各部件进行虚拟装配，最后对机床总体进行装配，在装配的环境里，也可以方便地设计和修改零部件，可以动态地查看装配体的所有运动，并且可以对运动的零部件进行动态的干涉检查和间隙检测。
在装配步骤2后，还可以包括制作爆炸图步骤，即在装配步骤后，制作虚拟装配得到的装配体的爆炸图，在UG NX4.0环境下，现的通过自动爆炸视图或者手动爆炸视图的方式，把部件里的零件一个一个的放到需要的地方，还可以根据需要显示出零件的爆炸路径，让人一目了然的明白零件在部件里的位置关系。
本实施例中，在对单个零件进行三维建模步骤1或装配步骤2后，还包括创建两维工程图步骤，工程图上零件的尺寸与实际三维模型是联系在一起的，可以通过修改工程图上尺寸来修改零件。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.基于UG的五轴数控机床建模与虚拟装配的方法，其特征在于，它包括以下步骤：
对单个零件进行三维建模步骤，即按照五轴数控机床的零件的实际尺寸，画出三维图形；
装配步骤，即在对五轴数控机床的所有零件进行三维建模后，利用UG三维平台进行虚拟装配，在装配图的环境下，分别调入需要装配的环境以及需要装配的零部件，通过约束条件对各零件进行位置方向约束，然后再对五轴数控机床的各部件进行虚拟装配，最后对机床总体进行装配。
2.根据权利要求1所述的基于UG的五轴数控机床建模与虚拟装配的方法，其特征在于，所述的装配步骤后，还包括制作爆炸图步骤，即在装配步骤后，制作虚拟装配得到的装配体的爆炸图。
3.根据权利要求1所述的基于UG的五轴数控机床建模与虚拟装配的方法，其特征在于，所述的对单个零件进行三维建模步骤包括自制零部件建模步骤以及标准零部件建模步骤，其中：
所述的自制零部件建模步骤为用于基于UG平台进行建模，通过显示建模、参数化建模和基于约束的建模进行建模；
所述的标准零部件建模步骤为建立结构形状相同仅尺寸不同的标准零部件模型以加快零件的建模，通过设置设计变量和将设计变量分配给模型，然后创建一个含有这些变量的外部电子表，将电子表链接到当前模型中。
4.根据权利要求3所述的基于UG的五轴数控机床建模与虚拟装配的方法，其特征在于，所述的标准零部件建模步骤包括以下步骤：
分析零件特征，即对零件进行分析，明确零件所需特性、特性的次序、特性的内在联系以及进行驱动的参数以对零件进行尺寸约束和几何约束；
建立零件模型，即在分析零件特征的基础上，根据零件的各自特点，创建三维参数化模型所需的各种特征，建立零件模型；
创建并分配设计变量，即基于UG软件上，通过表达式在驱动尺寸与零件的模型之间建立关联关系；
建立表驱动，在基于UG软件上，把某一零件的尺寸完整的建立在电子表格中，形成一个零件数据库以方便对数据库的管理、编辑、扩展。
5.根据权利要求1所述的的基于UG的五轴数控机床建模与虚拟装配的方法，其特征在于，在对单个零件进行三维建模步骤或装配步骤后，还包括创建两维工程图步骤，工程图上零件的尺寸与实际三维模型是联系在一起的，可以通过修改工程图上尺寸来修改零件。
6.根据权利要求1所述的基于UG的五轴数控机床建模与虚拟装配的方法，其特征在于，所述的约束条件包括对齐、重合、插入、点线面间的距离、角度大小。
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