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哈爾濱理工大學畢業(yè)論文
基于UG的頂尖座三維建模與虛擬裝配
摘要
鑒于傳統(tǒng)的二維畫圖的機械設計在空間上的局限性，本文利用UG的三維建模和裝配技術，對頂尖座的各個零部件進行三維建模和虛擬裝配。這樣不僅可以對設計有一個準確、形象的展示，更能簡化設計中的一些不必要的輔助環(huán)節(jié)，提高效率和降低設計成本，有利于頂尖座的優(yōu)化設計，這種設計方式已成為當今設計的流行趨勢。
關鍵詞 UG ；頂尖座 ；三維建模 ；虛擬裝配 ；爆炸圖；
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目錄
摘要 I
第1章 緒論 1
1.1 課題來源 1
1.2 課題背景 1
1.2.1 頂尖座的作用 1
1.2.2 頂尖座的工作原理 2
1.3 UG簡介 2
1.3.1概述 2
1.3.2UG的主要功能模塊 3
1.4設計任務 3
本章小結 3
第2章 頂尖座零件的建模 4
2.1 UG零件建模的基本步驟 4
2.2零件的三維建模 5
2.2.1尾架體的UG建模 5
2.2.2底座的UG建模 9
2.2.3手柄的UG建模 13
2.3其余主要零件的建模 15
本章小結 17
第3章 頂尖座的裝配 18
3.1新建裝配文件與添加組件 18
3.2裝配組件 19
3.2.1裝配定位板與底座 19
3.2.2裝配頂尖與頂尖套 20
3.3創(chuàng)建爆炸圖 21
3.3.1創(chuàng)建自動爆炸圖 21
3.3.2編輯爆炸圖 21
本章小結 23
結論 24
參考文獻 25
致謝 26
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第1章 緒論
1.1 課題來源
此論文為在學校學習三年的畢業(yè)課程設計，通過上網(wǎng)查詢和圖書館翻閱資料，并在與王老師探討后，最后確定以頂尖座為研究對象，采用UG進行其三維零件造型并進行虛擬裝配及運動仿真。最后課題名稱定為“基于UG的頂尖座三維建模與虛擬裝配”。
1.2 課題背景
1.2.1 頂尖座的作用
頂尖多位于機床的尾部。頂尖與安裝它的座件又合稱機床尾架。機床尾架在加工長車件的時候可以使用后座頂針防止車件因長而夾不住要車加工吃到刀的橫向力后掉下來,還有一個作用就是可以安裝各種鉆具,對車件進行鉆孔或者打中心角之類的工作。其具體作用可概括為：
1、安裝時利用尾座調(diào)整車床精度。
2、使用尾座可以鉆孔，打中心孔。
3、利用尾座可以車偏心軸。
4、和床頭行成同一中心線,在對超長的工件進行加工時可以起到一定的支承和頂緊作用。
5、防止工件在刀具的作用下偏離中心線過遠而不能加工。
6、尾座可以鉆孔也可以定位，最重要用作頂尖加工超長工件。
圖1-1 頂尖座的支承和頂緊作用
1.2.2 頂尖座的工作原理
當尾座套筒錐孔中心比床頭箱主軸錐孔中心偏低時，放松螺母M12，使定位螺桿8處于松弛狀態(tài)，用扳手轉動升降螺桿9，讓尾架體5和定位板15上升，同時也帶動頂尖套4的上升。以便讓尾座套筒錐孔中心與 床頭箱主軸錐孔中心處于同一水平線上。
在某些加工需要的情況下，可以調(diào)整鎖緊螺栓使頂尖的尖端與尾座套筒錐孔中心床頭箱主軸錐孔中心的水平線之間形成一定的便于加工零件的角度。
圖1-2 頂尖座的結構原理圖
1.3 UG簡介
1.3.1概述
UG是Unigraphics的縮寫，這是一個交互式CAD/CAM(計算機輔助設計與計算機輔助制造)系統(tǒng)，它功能強大，可以輕松實現(xiàn)各種復雜實體及造型的建構，是設計數(shù)字化的一種方法。
1.3.2UG的主要功能模塊
UG三維建模
建模分為4種方式：
1、 顯式建模 顯式建模對象是相對于模型空間而不是相對于彼此建立的，屬于非參數(shù)化建模方式。對于某一個對象所作的改變不影響其他對象或最終模型。
2、 參數(shù)化建模 為了進一步編輯一個參數(shù)化模型，應將定義模型的參數(shù)值隨模型一起存儲，且參數(shù)可以彼此引用，以建立模型各個特征間的關系。
3、基于約束的建模 在基于約束的建模中，模型的幾何體是從作用到定義模型幾何體的一組設計規(guī)則，這組規(guī)則稱之為約束，用于驅動或求解。這些約束可以是尺寸約束或幾何約束。
4、復合建模 復合建模是上述建模技術的發(fā)展與選擇性組合。
UG裝配
一個產(chǎn)品（組件）往往是由多個部件組合（裝配）而成的，裝配模塊用來建立部件間的相對位置關系，從而形成復雜的裝配體。部件間位置關系的確定主要通過添加約束實現(xiàn)。
UG裝配的特點：
1、利用裝配導航器可以清晰地查詢、修改和刪除組件以及約束。
2、提供強大的爆炸圖工具，可以方便地生成裝配體的爆炸圖。
3、提供了很強的虛擬裝配功能，有效地提高了工作效率。
1.4設計任務
畢業(yè)設計工作內(nèi)容：
1、明確所設計的頂尖座的功用和設計應完成的功能目標。
2、了解UG的主要功能及發(fā)展背景，并學會運用UG進行三維建模和虛擬裝配。
3、根據(jù)已知的零件設計尺寸，運用UG畫出各個零件的三維建模，并根據(jù)各個零件空間位置關系和約束條件進行裝配。
4、 撰寫論文及準備答辯。
本章小結
本章講述了課題的來源，著重分析了頂尖座的作用、工作原理和要使用的UG的主要功能，以及說明本論文的工作內(nèi)容。
第2章 頂尖座零件的建模
2.1 UG零件建模的基本步驟
進入UG6.0，單擊工具條中的“新建”按鈕，系統(tǒng)彈出“文件新建”對話框，在“模板”欄中選擇“模型”然后選擇“單位”為“毫米”，在”新文件名” 欄的“名稱”文本框中輸入“moxing”（僅輸入英文字母）, 在“文件夾”文本框中選擇UG6.0/UGⅡ為保存位置，單擊，完成新文件的建立，如圖2-1所示。
圖2-1 新建文件
系統(tǒng)進入模型設計界面，單擊主菜單中的“首選項”菜單，在下拉菜單中選擇“草圖”，系統(tǒng)彈出“草圖首選項”對話框，在“設置”欄中的“尺寸標簽”文本框中選擇“值”，“文本高度”文本框中改成“3”，其他采用默認設置，如圖2-2所示。單擊完成草圖首選項的設置。
圖2-2 首選項
單擊后，會出現(xiàn)圖2-3所示，若有草圖，則添加草圖。若無草圖則根據(jù)設計在界面內(nèi)繪制草圖，然后根據(jù)零件的實際情況選擇拉伸、旋轉等等繪制出零件的模型。需注意的是，由于零件比較復雜，不是每一個零件一步就能完成的，我們需要分步完成，在繪制零件的草圖之前，需要確定繪制步驟，先將零件分成幾部分（一般根據(jù)其形狀、尺寸、位置的定位等等）。由于在后邊的零件中會詳細描述，再此，不多贅述。
圖2-3 三維建模主頁面
2.2零件的三維建模
2.2.1尾架體的UG建模
新建文件。在UG NX 6.0模塊中執(zhí)行“文件”—“新建”命令，建立“ weijiati”文件。
(1)建立主體草圖。 在CSYS基準中的XY平面中建立如圖2-4所示的草圖。
圖2-4 尾架體主體草圖
(2)創(chuàng)建拉伸特征1。 執(zhí)行拉伸命令，在繪圖區(qū)選擇如圖2-4所示的草圖輪廓為拉伸輪廓，在“限制”欄的開始“距離”中輸入“0”， 結束“距離”中輸入“38”，單擊完成本次拉伸，如圖2-5所示。
圖2-5 輸入的參數(shù)和拉伸的結果
(3)創(chuàng)建拉伸特征2。 執(zhí)行拉伸命令，在繪圖區(qū)選擇所示的草圖輪廓為拉伸輪廓，在“限制”欄的開始“距離”中輸入“0”， 結束“距離”中輸入“85”，運算欄中的“布爾”下拉菜單中選擇“求差”，其余采用默認，單擊完成本次拉伸，如圖2-6所示。注意：在前一基礎上拉伸的我們需要進行必要的布爾運算，如求差，求差是我們建模中去除材料的一種方法。
圖2-6 特征2拉伸結果
(4)創(chuàng)建基準平面。 在工具欄中單擊基準平面，出現(xiàn)圖2-7類型選取“按某一距離”，并在拉伸的模型中選取定位平面在距離中輸入“-148”單擊完成本次創(chuàng)建。
圖2-7 基準平面的參數(shù)和它的定位平面
(5)創(chuàng)建拉伸特征3。 執(zhí)行拉伸命令，在繪圖區(qū)選擇所示的草圖輪廓為拉伸輪廓，在“限制”欄的開始“距離”中輸入“0”， 結束“距離”中輸入“50”，運算欄中的“布爾”下拉菜單中選擇“求差”，其余采用默認，單擊完成本次拉伸，如圖2-8 所示。
圖2-8 特征3拉伸結果
(6)創(chuàng)建內(nèi)螺紋特征。 從標題欄中單擊“插入”—“設計特征”—“螺紋”，出現(xiàn)圖2-9左的對話框，選中詳細出現(xiàn)圖2-9右的對話框，選中圖2-8中的內(nèi)圓，軟件自動算出螺紋的參數(shù)，采用默認，單擊完成本次創(chuàng)建，如圖2-10所示。
圖2-9 螺紋對話框
圖2-10 內(nèi)螺紋1
(7)同前所示，根據(jù)設計要求創(chuàng)建出圖2-11所示的螺紋2。
(8)同前面所述的一樣，我們也可根據(jù)設計創(chuàng)建圖2-12的通孔的拉伸。
圖2-11 內(nèi)螺紋2 圖2-12 通孔
至此，繪制完畢尾架體，如圖2-13所示。
圖2-13 尾架體
2.2.2底座的UG建模
新建文件。在UG NX 6.0模塊中執(zhí)行“文件”—“新建”命令，建立“ dizuo”文件。
(1)建立底板草圖。 在CSYS基準中的XY平面中建立所示的草圖右擊，完成草圖，在對話框中的結束距離中輸入“22”，單擊完成本次拉伸，如圖2-14所示。
圖2-14 地板的拉伸
(2)創(chuàng)建拉伸2。 單擊拉伸圖標，在前一個拉伸體上完成的草圖右擊，完成草圖，在對話框中調(diào)整拉伸的方向，在結束距離中輸入“2”，并選擇“布爾求差”，單擊完成本次拉伸，如圖2-15所示。
圖2-15 特征2拉伸結果
(3)創(chuàng)建拉伸3。 單擊拉伸圖標，在前一個拉伸體上完成的草圖右擊，完成草圖，在對話框中調(diào)整拉伸的方向，在結束距離中輸入“22”，并選擇“布爾求和”，單擊完成本次拉伸，如圖2-16所示。
圖2-16 特征3的拉伸結果
(4)創(chuàng)建拉伸4。 單擊拉伸圖標，在前一個拉伸體上完成的草圖右擊完成草圖，在對話框中調(diào)整拉伸的方向，在結束距離中輸入“32”，并選擇“布爾求差”，單擊完成本次拉伸，如圖2-17所示。
圖2-17 特征4的拉伸結果
(5)創(chuàng)建拉伸5。 單擊拉伸圖標，在前一個拉伸體上完成的草圖右擊，完成草圖，在對話框中調(diào)整拉伸的方向，在結束距離中輸入“177”，并選擇“布爾求差”，單擊完成本次拉伸，如圖2-18所示。
圖2-18 特征5的拉伸結果
(6)創(chuàng)建拉伸6。 單擊拉伸圖標，在前一個拉伸體上完成的草圖右擊，完成草圖，在對話中調(diào)整拉伸的方向，在結束距離中輸入“100”，并選擇“布爾求和”，單擊完成本次拉伸，如圖2-19所示。
圖2-19 特征6的拉伸結果
(7)對棱角進行倒角。 在標題欄里單擊邊圓角，再單擊每一個要單擊的棱，在標題欄如圖2-20輸入“10”，單擊完成本次倒角。
圖2-20 倒角的參數(shù)值及倒角
(8)同理，完成對圖2-21的倒角2，半徑為“100”。
圖2-21 倒角2
(9)創(chuàng)建拉伸8。 單擊拉伸圖標，在前一個拉伸體上完成的草圖右擊，完成草圖，在對話框中調(diào)整拉伸的方向，在結束距離中輸入“92”，并選擇“布爾求差”，單擊完成本次拉伸，如圖2-22所示。
圖2-22 特征8的拉伸結果
(10)創(chuàng)建拉伸9。 單擊拉伸圖標，在前一個拉伸體上完成的草圖右擊，完成草圖，在對話框中調(diào)整拉伸的方向，在結束距離中輸入“100”，并選擇“布爾求差”，單擊完成本次拉伸，如圖2-23所示。
圖2-23 特征9的拉伸結果
(11)創(chuàng)建拉伸10。 單擊拉伸圖標，在前一個拉伸體上完成的草圖右擊，完成草圖，在對話框中調(diào)整拉伸的方向，在結束距離中輸入“2”，并選擇“布爾求差”，單擊完成本次拉伸，如圖2-24所示。
圖2-24 特征10的拉伸結果
(12)創(chuàng)建拉伸11。 單擊拉伸圖標，在前一個拉伸體上完成的草圖右擊，完成草圖，在對話框中調(diào)整拉伸的方向，在結束距離中輸入“20”，并選擇“布爾求差”，單擊完成本次拉伸，如圖2-25所示。
圖2-25 特征11的拉伸結果
(13)單擊保存，同時完成對底座的三維建模如圖2-26所示。
圖2-26 底座
2.2.3手柄的UG建模
新建文件。在UG NX 6.0模塊中執(zhí)行“文件”—“新建”命令，建立“ shoubing”文件。
(1)在CSYS基準中的XY平面中建立所示的草圖，并回轉；右擊，單擊完成草圖，在對話框中角度輸入截面為剛才所繪草圖，軸為最下面的線，角度為“360”，單擊完成本次拉伸，如圖2-27所示。
圖2-27 繪制草圖、輸入的參數(shù)和回轉體結果
(2)單擊基準平面。 在類型選擇“相切”，參考幾何體為手柄的頂部單擊完成本次添加，如圖2-28所示。
圖2-28 輸入的參數(shù)和回轉體結果
(3)創(chuàng)建拉伸1。 單擊拉伸圖標，在前一個回旋體上完成草圖右擊，單擊完成草圖，在對話框中調(diào)整拉伸的方向，在結束距離中輸入“17”，并進行“布爾求差”，單擊完成本次拉伸，如圖2-29所示。
圖2-30 手柄第一次拉伸結果
(4)創(chuàng)建拉伸2。 單擊拉伸圖標，在前一個回旋體上完成草圖右擊，單擊完成草圖，在對話框中調(diào)整拉伸的方向，在結束距離中輸入“17”，并進行“布爾求差”，單擊完成本次拉伸，如圖2-31所示。
圖2-32 手柄第二次拉伸結果
(5)如步驟3所示，重復步驟3，直至完成如圖2-33所示。
圖2-33 手柄
2.3其余主要零件的建模
頂尖座的零件除上述所建模的以外，其余主要零件還有頂尖套、頂尖、定位螺桿、定位板、頂緊螺釘、夾緊螺釘、升降螺釘、板、定位卡、等。這些零件的三維建模與上述零件類似在此不再贅述，其三維建模如下：
a) 頂尖套的三維建模
b) 頂尖的三維建模
c) 定位螺桿的三維建模
d) 定位板的三維建模
e) 頂緊螺釘?shù)娜S建模
f) 夾緊螺釘?shù)娜S建模
g) 升降螺釘?shù)娜S建模
h) 板的三維建模 i) 定位卡的三維建模
圖2-34 其余零件的三維建模
本章小結
本章講述了使用UGNX6.0對頂尖座零件的三維建模的方法和零件的三維模型。這是UG的主要功能之一，也是本次設計的一個重要部分，為后面的裝配圖、爆炸圖做了重要的鋪墊，是以后工作的基礎。
第3章 頂尖座的裝配
3.1新建裝配文件與添加組件
(1)新建文件。單擊“標準”工具條中的“新建”按鈕，系統(tǒng)彈出“文件新建”對話框，選擇“模型”—“模板”中的“裝配”項，在“單位”下拉列表中選擇“毫米”，在“新文件名”欄的“名稱”文本框中輸入“zhuang pei”，單擊“確定”完成新建文件,如圖3-1所示。
圖3-1 新建裝配文件
(2)添加組件。執(zhí)行“裝配”—“組件”—“添加組件”命令，或單擊按鈕，系統(tǒng)彈出如圖3-2所示的“添加組件”對話框。然后單“打開”按鈕，然后在“部件名”對話框中選擇所需部件，然后單擊“確定”如圖3-3所示，，在“放置”欄的下拉菜單，中選擇“絕對原點”，并選中“分散”然后單擊確定，結果如圖3-4所示。
圖3-2 添加組件 圖3-3 選擇文件
圖3-4 添加結果
3.2裝配組件
3.2.1裝配定位板與底座
單擊裝配工具條中的“裝配約束”“命令”，彈出“裝配約束”對話框“配對類型”選擇“接觸對齊”，然后選擇“定位板內(nèi)表面”和“底座的內(nèi)表面”、“定位板頂面”和“底座的頂面”、“ 定位板的內(nèi)側面”和 “底座的側面”為要約束的對象，如圖3-5所示，三個面的的約束選定之
后，單擊“應用”按鈕。
圖3-5 接觸對齊約束和約束完成圖
3.2.2裝配頂尖與頂尖套
單擊裝配工具條中的“裝配約束”“命令”，彈出“裝配約束”對話框“配對類型”選擇“中心”，首先選擇“頂尖的中心”和“頂尖套的中心”為要約束的對象，如圖3-6所示，然后選擇“配對類型”選擇“距離”，選擇“頂尖的平面”和“頂尖套的平面” 為要約束的對象，距離為5單擊“應用”按鈕，如圖3-7所示。
圖3-6 中心約束
圖3-7 距離約束
說明：本次裝配僅用了“接觸對齊”、“ 中心” 和“距離”三種裝配類型，因此在此僅列舉這三種方式的裝配方法，其余不再贅述。其他零件也是這樣裝配，因此也不再贅述。
裝配的最終圖如圖3-8所示。
圖3-8 頂尖座裝配圖
3.3創(chuàng)建爆炸圖
3.3.1創(chuàng)建自動爆炸圖
單擊“爆炸圖”工具條的“創(chuàng)建爆炸圖”按鈕，在彈出測“名稱”對話框中填“bao zha tu”，單擊應用，然后單擊“自動爆炸”按鈕，然后單擊“全選”按鈕，確定后系統(tǒng)要求填寫“距離”，填為“100”單擊確定，系統(tǒng)自動創(chuàng)建爆炸圖。注意：由于自動創(chuàng)建的爆炸圖不一定很好的反應裝配圖中各個零件之間的裝配關系，因此，需要對爆炸圖進行編輯。
3.3.2編輯爆炸圖
單擊“爆炸圖”工具條中的“編輯爆炸圖”按鈕，如圖3-9所示。系統(tǒng)彈出“編輯爆炸圖”對話框，如圖3-10所示，點亮“選擇對象” 然后選擇“尾架體”如圖3-11所示，接著點亮“移動對象”按鈕，如圖3-12所示，最后用鼠標拖動坐標系移動到合適位置如圖3-13所示。其余零件均這樣操作，因此，再次不再贅述。頂尖座爆炸圖的結果如圖3-14所示。
圖3-9 爆炸圖工具條
圖3-10 選擇對象對話框 圖3-11 選擇對象 圖3-12 移動對象對話框
圖3-13 移動對象的結果
圖3-14 爆炸圖
本章小結
本章講述了頂尖座零件三維模型裝配的方法、頂尖座裝配的最終結果和爆炸圖的創(chuàng)建及編輯方法。本章是本次設計的一個重要部分。
頂尖座裝配圖形象的展示了各個零件之間的空間位置關系。而爆炸圖是裝配圖的一個延伸，它來自于裝配圖，是零件裝配結構的另一個平面表示方法，更有助于我們了解零件在裝配時的位置關系。
結論
本文講述的是通過UGNX6.0三維建模方式建立頂尖座零件的三維模型，然后再進行裝配的內(nèi)容。文章的內(nèi)容分為UGNX6.0的使用和頂尖座的設計兩部分。其中，UGNX6.0是完成三維建模和裝配的工具，在論文全文之中一直使用，并貫穿全文。頂尖座的結構設計是本文的主要目標，也是本文通過UGNX6.0完成的最終目的。在做本次基于UG的三維設計及裝配的過程中我得到了以下幾點收獲和結論：
1、明確了所進行結構設計的頂尖座的功用和設計應完成的功用目標。
2、了解UG的功能及發(fā)展背景，并學會使用UG的三維制圖及仿真；且對頂尖座的各個零件進行了三維建模。
3、UG的結構層次分明，具有建模和裝配、仿真于一體，通過此軟件的應用可以降低機械設計的設計成本。
4、將各個零件的UG三維建模進行裝配之前了解各個零件之間的空間位置關系，注意其在裝配時的所應該使用的約束。
同時，由于時間的倉促和能力水平有限，本文未能完成對頂尖座裝配圖的運動仿真，這是本文的一大不足。
參考文獻
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千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。“結論”以前的所有正文內(nèi)容都要編寫在此行之前。
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致謝
在本次論文寫作以及頂尖座的設計過程中，我首先感謝的是我的指導老師。在整個過程中他給了我很大的幫助，無論是從論文的選題、構思，還是最后定稿的各個環(huán)節(jié)都給予細心指引與教導,使我得以最終完成畢業(yè)論文寫作和頂尖座的設計。在學習中老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、豐富淵博的知識、敏銳的學術思維、精益求精的工作態(tài)度以及侮人不倦的師者風范是我終生學習的楷模，導師們的高深精湛的造詣與嚴謹求實的治學精神，將永遠激勵著我。在此，謹向老師們致以衷心的感謝和崇高的敬意！
此次畢業(yè)設計歷時三個多月，是我大學學習中遇到過的時段最長、涉及內(nèi)容最廣、工作量最大的一次，也是受益最多的一次。我相信無論在以后的學習道路上還是生活道路上這次經(jīng)歷都會給與我莫大的幫助。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯謝意！
同時也感謝學院為我提供良好的做畢業(yè)設計的環(huán)境。
最后再一次感謝所有在畢業(yè)設計中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學，以及在設計中被我引用或參考的論著的作者和對本文進行審閱，評議和參與本人論文答辯的各位老師表示感謝。