基于UG軟件的數(shù)控加工研究

馮銳

摘 要：隨著數(shù)控加工技術(shù)在機械制造領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，以往存在的復(fù)雜、多變、小批量等零件加工問題均得到了有效解決，數(shù)控加工的效率與加工方案和加工參數(shù)的選擇和優(yōu)化密切相關(guān)。文章主要對基于UG軟件的數(shù)控加工進行分析和探討，利用UG軟件建立3D模型生成數(shù)控代碼，將其應(yīng)用于產(chǎn)品加工中，以便支持各類型數(shù)控機床，提供數(shù)控加工效率。

關(guān)鍵詞：UG軟件；數(shù)控編程；零件加工；3D模型

中圖分類號：TP319 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）20-0089-02

數(shù)控加工是一種新興的綜合性技術(shù)，即在工件加工前，利用計算機編寫程序生成刀具軌跡，并將程序輸入數(shù)控機床進行指令性加工，為保證零件加工達到預(yù)期效果，提高數(shù)控程序編制質(zhì)量尤為必要。作為高端的CAD/CAM/CAE軟件，UG集成了多種功能，可為數(shù)控銑、數(shù)控車以及數(shù)控電火花線切割機編程，能夠節(jié)省編程時間，降低生產(chǎn)成本，同時程序的精確性和安全性得到有效保證，也有利于提高數(shù)控加工的質(zhì)量和效率。

1 數(shù)控加工編程原理及UG軟件加工工藝分析

1.1 數(shù)控加工編程原理

數(shù)控機床的加工質(zhì)量和使用效率直接取決于數(shù)控編程的質(zhì)量，因此，明確數(shù)控加工編程原理尤為必要。作為一種高效自動化設(shè)備，數(shù)控機床的編程系統(tǒng)由CAM系統(tǒng)和數(shù)控加工設(shè)備兩部分組成，前者根據(jù)工件幾何信息計算數(shù)控加工軌跡，設(shè)置工藝參數(shù)，并為系統(tǒng)編制數(shù)控加工程序；后者按照數(shù)控程序指令完成各項工作動作。數(shù)控加工編程原理即根據(jù)數(shù)控程序提供的加工軌跡，由數(shù)控機床完成表面成型運動，獲取產(chǎn)品的表面形狀，其編程的核心工作是生成刀具軌跡和計算刀位點，刀軌插補誤差和殘余高度直接影響到數(shù)控加工的質(zhì)量。由于數(shù)控加工類型的不同，刀位軌跡計算方法也不同。以截面法為例，刀具沿著截出的交線運動，可保證刀具與曲面的切點軌跡處在同一平面上，從而完成曲面的加工，其步驟為：偏置加工表面、選擇截平面選擇和計算刀位點。借助CAM系統(tǒng)編程，需結(jié)合該系統(tǒng)的特點，明確數(shù)控加工工藝路線，加工工藝流程為：毛坯→熱處理→通用機床加工→數(shù)控機床加工→通用機床加工→成品。

1.2 UG軟件加工工藝

UG軟件是屬于CAD/CAM/CAE高端軟件，其在實體造型、裝配、工程圖生成及數(shù)控加工等方面展現(xiàn)了強大的功能，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于機械制造領(lǐng)域，該軟件融合了實體造型、線框造型和曲面造型等多項技術(shù)，其加工模塊具有十分強大的計算機輔助制造功能，在此基礎(chǔ)上建立3D模型生成數(shù)控代碼對產(chǎn)品進行加工，處理程序后續(xù)操作可支持多種類型的數(shù)控機床，其自動編程過程為：建立零件輸血模型→確立加工數(shù)字模型→生成刀具軌跡→模擬加工→后置處理→數(shù)控加工程序→數(shù)控機床。以平面銑數(shù)控編程開發(fā)為例，首先要設(shè)置平面銑參數(shù)，然后加工幾何體，包括PG、BG、CG、TG和底平面，利用UG軟件仿真加工，PG、BG和底平面是必備元素，幾何加工均有邊界定義，可選用的加工方法較多，如單向切削、往復(fù)式切削、仿形零件、仿形外輪廓等，選定加工方法后，還要確定切削步距，即相鄰兩次走刀之間的距離，可選用刀具直徑、恒定值等步距指定方式，此外還要完成零件余量、增加側(cè)余量、零件材料、切削深度等設(shè)置。

2 基于UG軟件的數(shù)控加工程序及應(yīng)用開發(fā)

2.1 數(shù)控加工程序

CAN零件設(shè)計過程中，可利用UG建模仿真功能完成零件仿真圖的模擬，而基于UG軟件的CAM模塊則是利用各數(shù)控加工過程仿真專業(yè)技術(shù)及NC編程實現(xiàn)演示材料的模擬，待進入加工模塊后，對刀具和加工路徑進行設(shè)置，然后由UG軟件提供零件加工模擬功能，并對已設(shè)置工藝參數(shù)的和合理性進行檢測，同時對數(shù)控加工前應(yīng)完成的各項操作進行驗證。上述模擬達到預(yù)定要求，便可利用后處理程序生成數(shù)控代碼，形成刀位軌跡文件。因控制系統(tǒng)并不能直接識別G代碼、M代碼等數(shù)控指令，待產(chǎn)生刀位軌跡文件后，需要將其轉(zhuǎn)換成特定的數(shù)控指令，以驅(qū)動數(shù)控機床工作。由于不同數(shù)控設(shè)備組成的數(shù)控系統(tǒng)，其加工程序格式也存在一定的差異，應(yīng)選用對應(yīng)的后處理程序，對G代碼進行后處理，由此生成的數(shù)控代碼經(jīng)適當修改后便可以供數(shù)控加工使用，此時利用UG后處理功能，即可生成NC文件。基于UG軟件的數(shù)控加工程序為：分析圖紙→利用實體、曲面等建立3D模型→確定加工部分及參數(shù)→選擇加工軌跡并仿真→產(chǎn)生G代碼→形成G代碼文件。

2.2 UG應(yīng)用開發(fā)

UG應(yīng)用開發(fā)借助UG軟件平臺，結(jié)合實際應(yīng)用需求，開發(fā)面向行業(yè)及設(shè)計流程的CAD/CAM系統(tǒng)，其應(yīng)用開發(fā)模塊可提供一個較為全面的應(yīng)用開發(fā)工具集，實現(xiàn)對UG系統(tǒng)的的開發(fā)，能夠滿足數(shù)控機床的應(yīng)用需求，該類開發(fā)工具由UG/Open API（應(yīng)用編程接口）、UG/Open GRIP、UG/Open MenuScript及UG/Open UIStyler共4個部分組成，UG/Open API是UG軟件與外部程序之間的接口，提供函數(shù)集合并利用C/C++語言編程對其進行編程，可實現(xiàn)操作UG文件、創(chuàng)建用戶定義對象及交互式程序界面等功能，其函數(shù)類型包括tag-t、Structure type、Union type和Enum type等類型，供數(shù)控加工編程開發(fā)使用；UG/Open MenuScript是UG軟件用于定義菜單的腳本語言，無需開發(fā)C語言程序便可創(chuàng)建和修改UG的主菜單和下拉菜單，MenuScript函數(shù)由UG/Open API提供，通過該函數(shù)可定制菜單選項；UG/Open UIStyler是一種新開發(fā)的可視化工具，比以往應(yīng)用的User Tools的功能還要強大，因其能夠自動生成C代碼和UIStyler文件，無需進行GUI編程，此類對話框編輯器可提供Radio Box、Scrolled Window、Push Button、Single Select List等多種控件，能夠節(jié)省開發(fā)時間，便于對控件屬性的修改。

3 基于UG軟件數(shù)控加工的應(yīng)用實例

以手柄零件的車削加工為例，選用UGNX版本的UG軟件，分析其在數(shù)控加工中的實際應(yīng)用情況。首先利用UG軟件獲取手柄CAD數(shù)據(jù)模型，在此基礎(chǔ)上建立3D實體圖；然后選擇“turning”設(shè)計加工方案，定義加工環(huán)境，確定加工對象和加工區(qū)域，通過模板和刀具庫選擇刀具并創(chuàng)建加工刀具尺寸參數(shù)，充分考慮待加工類型、表面形狀及部位尺寸大小等因素，明確切削順序、方向和余量等參數(shù)；根據(jù)參數(shù)計算刀軌，生成加工刀具路徑，并后處理輸出NC程序，基于不同廠商生產(chǎn)的機床硬件條件存在一定的差異，所選用的控制系統(tǒng)并不一致，即便是同一功能的控制系統(tǒng)也需要進行特定設(shè)置，否則后處理難以直接送至數(shù)控機床，也無法完成對零件的加工品，根據(jù)具體參數(shù)對源文件進行格式化，即可生成數(shù)控機床可識別的NC程序，從而滿足不同數(shù)控加工的特殊要求；最后是機床試切加工，由數(shù)控程序?qū)υ嚽屑M行驗證，試切件用料以硬塑料、硬石蠟等為主，試切件可多次重復(fù)使用，有效降低成本。本次試驗中，通過對各加工程序的模擬，實現(xiàn)了數(shù)控程序的自動生成，而且有效控制了人為因素產(chǎn)生的誤差，產(chǎn)品的加工精度得到了有效保證。

4 結(jié) 語

綜上所述，基于UG軟件的數(shù)控加工，有效解決了編程數(shù)據(jù)來源問題，克服了以往數(shù)控語言編程存在的缺陷，有利于提高加工的質(zhì)量和產(chǎn)品的制造能力，而且在實際產(chǎn)品加工中，能夠簡化生產(chǎn)流程，縮短生產(chǎn)周期，其在機械制造領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分廣闊。

參考文獻：

[1] 李俊濤，吳讓利.基于UGNX6.0的整體葉輪數(shù)控加工仿真研究[J].陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2011，（2）.

[2] 戶鳳榮.缸體零件基于UG與VERICUT虛擬數(shù)控加工仿真技術(shù)的研究[D].長春：吉林大學(xué)，2011.

[3] 孫娟娟.基于UG環(huán)境的數(shù)控彎管自動編程與工藝仿真[D].長沙：中南大學(xué)，2014.

[4] 常安勇，張發(fā)亮，李軍.基于UG軟件的圓柱凸輪槽的數(shù)控加工研究[J].裝備制造，2014，（1）.

[5] 燕杰春.基于UG和Vericut軟件平臺的多軸數(shù)控加工編程與仿真加工研究[J].制造業(yè)自動化，2012，（3）.