轮胎三维CAD/CAM系统的研究应用及开发

摘要

随着汽车产业和轮胎工业的迅速发展,轮胎从材料到结构都发生了巨大变化.计算机技术作为先进的辅助手段,在轮胎行业得到广泛应用.特别是功能强大的CAD/CAE/CAM集成软件系统在轮胎设计和制造过程中的应用,提高了产品的质量、产量,加快了新产品的研制开发.目前,轮胎的三维化设计及数字制造技术已经成为轮胎行业发展的必然趋势.因此,对于轮胎CAD/CAM系统的研究和应用是非常有意义的.通过大量文献资料的查阅和总结,该论文首先论述了轮胎的发展历程以及中国轮胎工业现状,分析了CAD/CAM集成系统的发展现状和趋势,对目前流行的CAD/CAM软件系统作了简单介绍,详细讨论了计算机辅助方法在轮胎配方优化、结构设计和有限元分析模拟等方面的应用以及目前的一些研究热点问题.任何一种设计分析软件都是以一定的建模理论和方法为基础的,该文探讨了线框建模、表面建模和实体建模三种主要的几何建模方法.目前,实体模型已经成为CAD/CAM软件普遍采用的建模方法,常用的实体造型方法有:边界表示法、构造实体几何法、扫描表示法、八叉树表示法等,文中分别对它们的含义和模型数据结构进行了总结.参数化设计和特征造型是另外两种非常重要的建模技术,该文对此也作了一些探讨.Unigraphics软件是由Unigraphics Solutions公司生产,集CAD/CAE/CAM为一体的系统.可用于产品的整个开发过程,包括产品概念设计、造型设计、分析和编程加工.因此,该文以UG作为研究对象及设计手段,主要研究了UG三维造型技术、NC加工编程和仿真模拟、CAD/CAM集成等方面的内容,并分析了轮胎三维实体的特点,按照轮胎设计要求,分别进行了横向花纹和纵向花纹轮胎三维造型设计.该文应用UG中多种二次开发方法,UG/Open API、UG Tools、UG/Open UIStyler、UG/Open Menuscript等,开发出了轮胎模具三维自动分模系统,并利用该系统设计出三维轮胎模具.轮胎模具三维化的实现,为NC加工编程提供了前提条件,文中利用UG软件的CAM模块,编制了轮胎模具NC程序,并应用UG的VeriCut进行了仿真切削,不仅检验了所编程序的可靠性,并可视化地预见了加工效果.在CAM软件中编制的程序必须经过后置处理,才能转换成NC机床代码文件并被加工机床所识别,因此,文中对刀位轨迹文件后置处理技术进行了研究,并利用UG的后处理模块生成NC机床代码文件.

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1轮胎的发展历程及我国轮胎工业现状

1.2 CAD/CAM技术发展概况及发展趋势

1.3目前流行的CAD/CAM软件

1.4计算机辅助设计与制造在轮胎工业中的应用

1.5本课题研究的背景及意义

第二章 CAD/CAM建模理论及技术

2.1 CAD/CAM几何建模理论及方法

2.1.1形体的定义

2.1.2集合运算和欧拉检验公式

2.1.3线框模型

2.1.4表面模型

2.1.5实体模型

2.1.6实体造型方法

2.2参数化设计原理

2.3特征造型技术

2.3.1特征的概念和分类

2.3.2特征的表达方式

2.3.3特征设计

2.3.4特征建模的特点

第三章 UGII CAD/CAM系统的研究

3.1 UG软件及其应用研究现状

3.1.1 UG功能简介

3.1.2 UG应用研究现状

3.2 UG参数化三维设计原理

3.2.1主要模块功能简介

3.2.2草图设计(Sketch Design)

3.2.3参数化设计实现途径

3.3数控加工技术

3.3.1数控设备的组成和工作原理

3.3.2数控机床的坐标系统

3.3.3 CNC系统的内插补原理

3.4 CAM编程原理

3.4.1 CAM图形交互式软件自动编程流程

3.4.2刀具补偿原理

3.4.3刀位轨迹生成方法

3.5 UG中NC加工方法的研究

3.5.1常用术语

3.5.2平面铣（Mill_Planar）

3.5.3轮廓铣(Mill_Contour)

3.5.4固定轴轮廓铣(Fixed_Contour)

第四章 轮胎产品的三维实体设计

4.1胎面花纹的分类及特点

4.2轮胎三维形体特点分析

4.2.1横向花纹特点分析

4.2.2纵向花纹特点分析

4.3轮胎三维实体造型设计

4.3.1无花纹轮胎三维造型设计

4.3.2横向花纹三维设计

4.3.3纵向花纹三维设计

4.4产品数据交换技术

4.4.1 IGS标准

4.4.2 STEP 标准

4.5轮胎三维文字设计

第五章 轮胎模具的结构设计和三维实体设计

5.1轮胎模具设计

5.1.1轮胎模具的分类

5.1.2轮胎模具结构设计技术要求

5.1.3橡胶制品收缩率的确定

5.1.4模具型腔尺寸的计算

5.1.5模具强度刚度的校核

5.1.6模具分型面压应力计算

5.2轮胎模具三维实体设计

第六章 轮胎模具NC加工编程及机床代码生成

6.1轮胎模具制造工艺

6.1.1传统手工刻花制造工艺

6.1.2焊花、镶花制造工艺

6.1.3数字化制造工艺

6.2 UG加工编程的一般步骤

6.3 CAM模块的初始化

6.4刀具的分类及特点

6.5轮胎模具粗加工

6.5.1定义毛坯

6.5.2加工部件的选择

6.5.3刀具选择及其参数的确定

6.5.4加工余量的确定

6.5.5切削深度的确定

6.5.6主轴转速和进给速度的确定

6.5.7程序的生成

6.6轮胎模具半精加工

6.7刀具路径检验及编辑

6.8仿真切削(VeriCut)

6.9刀位轨迹文件后置处理技术

6.10 NC机床数据文件的生成

第七章 轮胎模具三维自动分模系统的开发

7.1 UG二次开发模块简介

7.1.1 UG/Open MenuScript

7.1.2用户工具(UserTools)

7.1.3 UG/Open UIStyler

7.1.4 UG/Open GRIP

7.5.1 UG/OpenAPI

7.2轮胎模具三维自动分模系统的总体设计

7.2.1需求分析

7.2.2预期目标

7.2.3开发平台的确定

7.2.5系统运行流程

7.3二次开发相关设置

7.3.1系统环境设置

7.3.2 VC++中的设置

7.4用户界面的开发

7.4.1主菜单的编制

7.4.2对话框设计

7.5三维模架库的建立

7.5.1三维参数化数据库的建立

7.5.2利用UG/OPEN API创建零件族

7.6程序的编制

7.6.1对象选择功能

7.6.2对象的种类及查询

7.6.3控件属性的查询和设置

7.6.4模架数据库的应用

7.6.5建模功能的实现

7.7应用实例

第八章 结论和展望

8.1结论

8.2展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文目录