基于UG參數(shù)化設(shè)計的數(shù)控車削編程

俞麗青

（通用電氣能源杭州有限公司，杭州311231）

1 引 言

Unigraphics（UG）是優(yōu)秀的面向制造行業(yè)的CAD/CAM/CAE 高端軟件，各模塊之間高端集成，形成無縫結(jié)合。運用UG 強大的參數(shù)化設(shè)計功能，建立模型尺寸約束及拓撲關(guān)系，變化參數(shù)值，自動改變圖形形狀，形成新的與原零件相似的零件模型。這能縮短產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)的周期性，減少重復勞動，提高設(shè)計效率。

同時在該設(shè)計產(chǎn)品的CAM 模塊中對參數(shù)化方法建立的模型進行自動編程，生成程序模板，針對不同的相似產(chǎn)品，一旦模型改變，重新生成刀具軌跡，輸出NC 程序，就可以完成新零件的編程工作。使新產(chǎn)品模型確立后就已完成相關(guān)數(shù)控編程工作，大大縮短編程人員的編程時間,降低生產(chǎn)成本,提高工作效率。

2 三維模型建立

圖1 車削零件圖

圖1 是一個回轉(zhuǎn)體零件圖，材料是Q235A，毛坯材料為內(nèi)徑、外徑及厚度各單邊留10mm 的環(huán)形零件。

2.1 零件分析

2.1.1 工藝方案

該零件為簡單的回轉(zhuǎn)體，加工工藝方案如下：（1）夾外圓，車端面、內(nèi)圓及內(nèi)圓臺階面。（2）翻身撐內(nèi)圓，車外圓及端面。

2.1.2 建模前準備

參數(shù)化模型包括尺寸約束和幾何約束，如果全尺寸約束，那么通過尺寸的改變，可以變化出不同結(jié)構(gòu)的形狀，對于零件設(shè)計具有相對的優(yōu)點，但由于該模型文件中需要建立編程模板，尺寸約束過多，不僅對參數(shù)的管理增加負擔，而且增加了編程的復雜性。因此在建立該零件模型時，不要過多引入圖紙以外的尺寸約束，采用尺寸約束和幾何約束相結(jié)合的方式建模。

表1 零件參數(shù)表

該零件內(nèi)外圓和高度在毛坯上均留有10mm 余量，為了尺寸約束簡單，且便于余量調(diào)整修改，在此可引入余量參數(shù)S=10mm。

車削編程時，此零件的加工需要翻身，因此在編程時需要注意毛坯繼承關(guān)系，在建模時，提前關(guān)聯(lián)鏡像一個的草圖，第二工位的編程時不需要新建模型及截面線，可減少一定工作量。

車削需要設(shè)置車刀的進退刀點，直接引用模型中任意一點，在變換零件時，該退刀點不會根據(jù)零件變動，刀具軌跡會出現(xiàn)錯誤，因此進、退刀點也必須在草圖中進行約束，利用參數(shù)自動變更點位，進、退刀點自動跟隨模型變化。為簡化參數(shù)，統(tǒng)一設(shè)置進退刀點到端面及內(nèi)外圓的距離為H=20mm。

2.2 模型建立

新建一個part 文件后選擇合適的坐標系位置進入“Sketch”界面。

（1）草圖中畫出零件圖類似形狀的輪廓，并對各線段進行幾何約束，運用鏡像曲線命令，通過對稱軸對稱另一輪廓曲線。如圖2 所示。

（2）點擊“Delay Evaluation”命令，該命令可以保證曲線在添加尺寸時，不會跟隨尺寸變化形成另外的形狀曲線。根據(jù)圖1 添加各尺寸約束，為了管理參數(shù)簡單化，尺寸名稱與參數(shù)名應(yīng)一一對應(yīng)。尺寸約束結(jié)束后，點擊“Evaluate Sketch”，曲線由于尺寸約束自動變化成要求模型截面。如圖3 所示。

圖2 輪廓曲線創(chuàng)建

圖3 尺寸約束

（3）在已建好的零件輪廓周圍建立毛坯曲線，在適當位置設(shè)置好進、退刀點，并添加對應(yīng)的約束。如圖4 所示，毛坯及進、退刀點添加約束時原則上以直接參數(shù)或者以參數(shù)組成的表達式為好，且進、退刀點應(yīng)該從兩個工位上考慮其位置，結(jié)合關(guān)聯(lián)鏡像時，盡量減少點數(shù)量。

圖4 毛坯及進、退刀點設(shè)置

（4）完成草圖后，用“Instance Geometry”命令關(guān)聯(lián)鏡像一個零件曲線，然后用“旋轉(zhuǎn)”命令生成零件模型。如圖5所示。“Instance Geometry”命令中“Associative”設(shè)置可以保證兩個零件曲線輪廓的關(guān)聯(lián)性。

圖5 關(guān)聯(lián)輪廓曲線

（5）在“Tool”下的“Expression”中，“Export Expressions To File”輸出表達是文件PT08.exp（本例中選用序8 零件參數(shù)）。用記事本打開可得模型的所有參數(shù)表達式，如圖6 所示。從表達式可以看到，實際模型涉及到的參數(shù)只有表1 中A～G 及S、H 共9 個參數(shù)?？梢栽谖募腥サ舨幌嚓P(guān)的參數(shù)，對新模型不產(chǎn)生影響。

2.3 CAM 模板

進入UG CAM 模塊中，按照工藝方案建立兩個工位的程序，選擇適合的加工坐標系，建立刀具，幾何體及加工操作，并生成程序軌跡。兩個工位生成的軌跡如圖7 所示。

圖6 參數(shù)文件

圖7 刀具軌跡

（1）在第一工位中，選擇零件幾何體時，用“Curve Boundary”選擇草圖中零件的曲線即可，毛坯用“From Curve”命令選擇，但是在第二工位中，零件幾何體選用關(guān)聯(lián)的鏡像曲線，而毛坯則需用“From Workspace”選擇，該命令使得第二工位的毛坯直接引用第一工位程序后的毛坯，可避免仿真出錯。

（2）而在選擇進、退刀點時，則必須選中在草圖中參數(shù)約束的點。

（3）程序軌跡生成后，進行所有程序的仿真并經(jīng)過后處理生成適用于特定機床適用的數(shù)控程序。

3 其余零件程序生成

在輸出的PT08.exp 文件中，對應(yīng)參數(shù)表達式中尺寸用另外一個零件的參數(shù)尺寸替代，并保存修改后的文件。

在模型中“Tool”下“Expression”中選擇“Export Expressions From File”，導入重新保存的.exp 文件參數(shù)后，草圖即發(fā)生變化，同時實體模型更新成新的零件。

重新進入CAM 模塊后會發(fā)現(xiàn)所有程序文件都出現(xiàn)發(fā)紅。此時，只要全部選中程序，右擊“Generate”彈出對話框，選“OK”后，新零件的程序軌跡全部自動生成，然后再重新仿真一下，即可生成新零件的數(shù)控程序。

4 結(jié) 語

本文介紹了用UG 基于草圖的參數(shù)化設(shè)計，維持模型的拓撲關(guān)系不變，并在CAM 中建立標準模塊，通過改變表達式中的參數(shù)值來實現(xiàn)模型的重建及程序更新的方法。該方法可實現(xiàn)結(jié)構(gòu)類似或同系列的產(chǎn)品設(shè)計，生成標準的零件庫，同時大大減少了同類型零件的重復編程工作，提高工作效率，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期。

［1］ 王澤鵬，等.UG 6.0 中文版數(shù)控加工從入門到精通［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2009.

［2］ 王藝樹，張毅，梁強.基于UG 的參數(shù)化標準件庫的研究和實現(xiàn)［M］.信息與技術(shù)，2009，38（2）：127-129.

［3］ 張黎驊，呂小蓉.UG NX 6.0 計算機輔助設(shè)計與制造實用教程［M］.北京：北京大學出版社，2009.

（編輯 黃 荻）