UG CAM模塊在集成制造中的應(yīng)用

唐為民

（浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江寧波315012）

UG CAM模塊在集成制造中的應(yīng)用

唐為民

（浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江寧波315012）

隨著貿(mào)易市場(chǎng)的全球化，對(duì)產(chǎn)品需求逐漸人性化從而引發(fā)零件外觀結(jié)構(gòu)趨向復(fù)雜及多樣，導(dǎo)致模具成型零件（型芯和型腔）曲面流線光順而難于加工，三維設(shè)計(jì)數(shù)控集成加工呈流行趨勢(shì)，敏捷制造柔性加工模式應(yīng)運(yùn)而生，高端軟件UG似乎成為其中引領(lǐng)潮流的佼佼者?？梢灾苯邮褂肬G CAD數(shù)據(jù)模型作為UG CAM加工環(huán)境的幾何區(qū)域，配搭簡(jiǎn)便的人機(jī)交互形式，利用UG CAM模塊強(qiáng)大的信息集成功能，完成刀具路徑生成、仿真加工演示、后置代碼處理等一系列自動(dòng)加工過(guò)程。這一方法比較適合沒有大型CAPP系統(tǒng)但不乏經(jīng)驗(yàn)豐富的工藝人員的中小型企業(yè)。

數(shù)字集成；敏捷制造；柔性系統(tǒng)；模具型芯型腔；工藝參數(shù)；邊界定義

隨著貿(mào)易市場(chǎng)的國(guó)際化，企業(yè)的運(yùn)作環(huán)境不可預(yù)知地持續(xù)變化，產(chǎn)品需求更趨復(fù)雜和多樣化，使得企業(yè)為適應(yīng)未來(lái)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)而必需在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造方面采取更新穎的模式。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃、柔性制造、敏捷制造等先進(jìn)工藝?yán)砟钜龑?dǎo)著未來(lái)制造系統(tǒng)領(lǐng)域高度柔性化和集成化發(fā)展趨勢(shì)。

UG作為信息化高端軟件在中國(guó)得到普遍運(yùn)用，它將設(shè)計(jì)、裝配、加工、分析功能在一個(gè)平臺(tái)上統(tǒng)一集成，使得數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)及并行設(shè)計(jì)成為現(xiàn)實(shí)。本文擬對(duì)UG CAM模塊的運(yùn)用進(jìn)行探討。

有人曾提出過(guò)一種集成制造應(yīng)用模式：利用CAPP直接從UG CAD模塊中獲取零件的諸多信息（幾何信息、材料信息等），通過(guò)CAPP產(chǎn)生大量加工信息，最后向UG CAM輸出其所需各種信息。CAPP對(duì)于保證信息化制造系統(tǒng)中的信息流暢是非常重要的，能實(shí)現(xiàn)真正意義上的制造集成。但由于CAPP要求很高的工藝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化，涉及成組技術(shù)工藝設(shè)計(jì)、工藝決策技術(shù)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)技術(shù)等單元研究模型，UG CAD/CAM模塊缺乏與CAPP的有效信息集成，數(shù)字化制造系統(tǒng)中CAD/CAM軟件與仿真軟件接口不成熟。因此，必須對(duì)CAD/CAPP/CAM進(jìn)行專門信息集成處理流程，才能獲得滿意的集成柔性制造系統(tǒng)。鑒于CAPP標(biāo)準(zhǔn)化、復(fù)雜化、大型化的特征，對(duì)大型企業(yè)較為適用，而對(duì)江浙許多中小型模具企業(yè)由于計(jì)算機(jī)信息資源和人才的匱乏，要理想地實(shí)現(xiàn)從CAPP到CAM的信息集成和功能集成是有一定難度的。筆者企圖繞過(guò)CAPP，利用人機(jī)交互模式直接使用CAD數(shù)據(jù)信息并轉(zhuǎn)換為CAM模塊中的刀路文件，達(dá)到模具成型零件（型芯和型腔）自動(dòng)編程精密數(shù)控加工的目的。由于UG CAM模塊中數(shù)控銑的模板類型較多，我們以平面銑模板中的分層平面銑為例進(jìn)行研究，其結(jié)果則可以推廣到更普遍的范圍。

1 信息處理方框圖

UG CAD/CAM數(shù)控加工流程如圖1所示。整個(gè)UG CAM模塊基于先進(jìn)的面向?qū)ο缶幊棠Ｊ健惗x，封裝、繼承、多態(tài)地顯示數(shù)控工藝過(guò)程中的參數(shù)設(shè)置。首先，利用UG產(chǎn)生的CAD零件模型分析制訂數(shù)控加工工藝；然后，選擇UG CAM數(shù)控加工環(huán)境：平面銑或輪廓銑；接著，創(chuàng)建UG CAM數(shù)控銑加工的四個(gè)父節(jié)點(diǎn)組，一是程序父節(jié)點(diǎn)組選program，二是父刀具組直接設(shè)置整個(gè)數(shù)控加工過(guò)程中所需使用的各種刀具，三是幾何父節(jié)點(diǎn)組需確定加工坐標(biāo)系、安全平面、毛坯幾何體、零件幾何體，四是加工方法父節(jié)點(diǎn)組需要在粗加工、半精加工、精加工中設(shè)置加工余量和公差。其中關(guān)鍵的一步是創(chuàng)建操作，其中切削參數(shù)的設(shè)置和加工區(qū)域的確定是UG CAM的核心技術(shù)；最后，通過(guò)UG CAM的集成功能完成刀具路徑及后處理代碼轉(zhuǎn)換。

1.1 加工區(qū)域的確定

UG CAM數(shù)控銑加工參數(shù)的確定依賴于工藝員與計(jì)算機(jī)的人機(jī)交互，而加工區(qū)域的確定則取決于該操作的刀具路徑形成方式，只有用正確的方式選擇加工區(qū)域，才能形成最終正確的刀具路徑。這就是說(shuō)，UG CAM真正的核心技術(shù)是如何根據(jù)不同的零件幾何，確定相應(yīng)的加工方法，選擇合理的加工區(qū)域，生成正確的刀具路徑。數(shù)控銑模板類型很多，歸納為幾種重要的分類如圖2所示，不同的數(shù)控銑模板類型對(duì)應(yīng)于不同的加工區(qū)域確定方法，但其數(shù)學(xué)描述模式應(yīng)該是一致的。我們以平面銑作為研究對(duì)象，闡述加工區(qū)域的確定機(jī)制，其結(jié)論應(yīng)該在UG CAM模塊內(nèi)全程有效。對(duì)于平面銑我們使用一句嚴(yán)格的工程術(shù)語(yǔ)將其描述：平面銑操作使用幾何邊界定義切削范圍，使用底平面定義切削深度。平面銑操作全程設(shè)置如圖3所示，該圖表詳盡地揭示了平面銑操作中切削參數(shù)的設(shè)置和加工區(qū)域幾何邊界的定義。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，在平面銑操作中定義幾何體只能使用邊界。

在平面銑中因?yàn)榧庸?duì)象由平面（底面或頂面）及垂直面（側(cè)面）構(gòu)成，這就形成了柱體模型，UG CAM將其定義成島嶼（Island），實(shí)際上它是凸臺(tái)和孔的總稱。平面邊界的確定方法可以有很多，這里有兩種行之有效的方法。

第一種是在平面銑操作對(duì)話框零件邊界定義中選擇“面”模式，然后選擇平面，該平面上的所有邊界都被選中，利用編輯功能逐段加亮各段邊界，當(dāng)某段邊界不需要時(shí)就可以刪除之，從而完成該平面的邊界定義。如圖4所示，點(diǎn)選方塊頂面，該面上所有邊界都被選中，然后用編輯功能刪除兩個(gè)小邊界（圖中白色邊界），這一道工序就不會(huì)加工這兩個(gè)方孔（因?yàn)榉娇滋∵@道工序刀具直徑插不進(jìn)去）。

第二種是在平面銑操作對(duì)話框零件邊界定義中選擇“線”模式，然后定義平面使其垂直刀軸的軸線，選擇曲線將其投影到所定義平面，在該平面上獲得封閉的邊界，通過(guò)邊界定義確定加工平面。如圖5所示，方塊周邊頂面有一腰子形孔缺口，定義周邊頂面為投影平面（圖中小三角形所在面），分別選擇內(nèi)外周邊邊界，投影后得到平面邊界（圖中只顯示了外平面邊界，內(nèi)輪廓邊緣尚未投影）。當(dāng)內(nèi)外周邊平面邊界形成時(shí)就能加工完整的周邊頂面，而用下一道工序加工腰子形缺口。

以上兩種由邊界定義平面加工區(qū)域的方式簡(jiǎn)便易懂，由此就能進(jìn)一步掌握所有的平面銑工序。在輪廓銑加工模塊中，我們選擇一些表面（曲面）作為加工區(qū)域，定義投影平面，設(shè)法使加工區(qū)域的某些輪廓邊緣投影到平面上形成修剪邊界，從而規(guī)范加工區(qū)域利于刀路的形成。

2 UG CAM的功能和信息集成

與其它CAD/CAM系統(tǒng)不同，UG CAM模塊采用父幾何組中定義毛坯幾何與零件幾何，在子操作方法中設(shè)置切削區(qū)域和剪裁邊界相結(jié)合的方式確認(rèn)加工幾何（加工區(qū)域），從而使得加工區(qū)域的選擇精確、完整、規(guī)范，顯示了UG CAM與其它CAM模塊的不同之處和特色優(yōu)勢(shì)。在UG環(huán)境下，定義一個(gè)加工工步，從操作工序的選擇、指定加工特征、定義幾何要素、設(shè)置各種工藝參數(shù)等，全部工作都以人機(jī)交互的方式完成輸入。曾經(jīng)有學(xué)者認(rèn)為這種模式工作量大，對(duì)用戶要求太高，這種看法有失偏頗。首先，對(duì)于一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的工藝人員，用人機(jī)交互設(shè)置所需工藝參數(shù)恰似輕車熟路并非十分繁瑣復(fù)雜；再者，由于UG軟件本身具備統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)和全相關(guān)特征，CAD設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的改動(dòng)都會(huì)引起CAM加工模式的變化，這種數(shù)據(jù)信息的高度完備統(tǒng)一符合未來(lái)數(shù)字化集成制造技術(shù)的發(fā)展。筆者認(rèn)為無(wú)需利用IGES中性文件格式，通過(guò)特殊的CAPP集成，重新將工藝規(guī)劃結(jié)果返回UG CAM（盡管此方法也是數(shù)字集成制造系統(tǒng)中的一種技術(shù)應(yīng)用）；相反，利用UG提供的高度集成信息，充分利用友好的屏幕界面進(jìn)行人機(jī)交互，將刀具參數(shù)、切削參數(shù)、幾何參數(shù)、機(jī)床參數(shù)等各種加工信息直接、合理地從CAD模塊流向CAM模塊，最后由UG CAM模塊根據(jù)完整的工藝參數(shù)信息及合理的加工幾何信息生成刀具路徑文件，完成數(shù)控自動(dòng)編程集成制造工藝。

綜上所述，UG CAD/CAM模式高度的功能和信息集成技術(shù)為我們創(chuàng)建了數(shù)字化柔性集成制造系統(tǒng)平臺(tái)，對(duì)模具行業(yè)來(lái)說(shuō)，在UG CAD中建立的型芯型腔模型（確切地說(shuō)應(yīng)該是模具向?qū)е欣梅中图夹g(shù)得到的型芯型腔模型）實(shí)際就是UG CAM模塊中的零件幾何信息，配合豐富的人機(jī)交互參數(shù)設(shè)置及嚴(yán)格精確的加工區(qū)域與剪裁邊界定義，完成刀具路徑的生成，最后利用UG CAM模塊的仿真和后置處理集成功能，得到加工中心可識(shí)別的NC代碼。這其中加工區(qū)域的幾何選擇與剪裁邊界的定義（兩者的配合）是UG CAM技術(shù)的關(guān)鍵，也是UG CAM模塊優(yōu)于其它CAM模式的亮點(diǎn)之一。本文對(duì)這一技術(shù)難點(diǎn)通過(guò)UG CAM模塊中的平面銑操作的加工邊界定義進(jìn)行了探討，其方法可以推廣到UG CAM模塊中的所有加工形式。

[1]周超明.UG NX數(shù)控編程技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.

[2]張春麗.UG NX4.0數(shù)控編程基礎(chǔ)與進(jìn)階[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［責(zé)任編輯：熊榮生］

Application of UG CAM Mould in Integration M anufacturing

TANG Wei-min
（Zhejiang Business Technology Institute，Ningbo 315012，China）

With the globalization of trade market and the humanization of product demand，product construction becomes increasingly complicated and diversified.It is hard to processing the molding parts;meanwhile the digital integration has become a trend.This brings about the agile manufacturing and the inflexible system.The advanced software UG NX is in the lead.Referring to mode for CAD/CAPP/CAM，the author makes his own opinion about the mode for UG CAD/UG CAM.The data model from UG CAD is directly exchanged into the geometry area of UG CAM accompanying the input for technology parameters in the user interface.Adopting the powerful integration function of UG CAM it is accomplished to inducing tooling path and realize simulation demonstration and post treat into NC program.

digital integration；agile manufacturing;inflexible system；mould core and cavity；technology parameter；boundary definition;

TP273文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1671-9565（2010）03-029-03

2010-08-29

唐為民（1957-），男，浙江杭州人，浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院工程師，主要從事模具結(jié)構(gòu)方面研究。