UG三維數(shù)控加工仿真

李旭 谷建

【摘要】UG是綜合CAD/CAE/CAM為一體的參數(shù)化軟件，也是當(dāng)代最先進(jìn)的計算機(jī)輔助設(shè)計和制造軟件，被廣泛應(yīng)用于航天、造船、電子等各個領(lǐng)域。文中以三維仿真系統(tǒng)為研究視角，介紹了基于UG五坐標(biāo)仿真系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

【關(guān)鍵字】UG；五軸數(shù)控加工；加工仿真

現(xiàn)階段，使用的五軸數(shù)控仿真系統(tǒng)通常只有二維動畫仿真，且整個仿真系統(tǒng)的幾何功能有所限制，加工零件和機(jī)床模型必須借助其他CAD軟件才能建模，整個模型的仿真精度不高。基于UG軟件創(chuàng)建五軸數(shù)控機(jī)床仿真模型，能夠準(zhǔn)確讀出數(shù)控代碼，并為機(jī)床的各個部件實(shí)施三維仿真，同時對零件加工環(huán)節(jié)機(jī)床各部件之間的干涉進(jìn)行檢查，為合理修改刀具軌跡提供可靠依據(jù)，避免因文件格式轉(zhuǎn)化導(dǎo)致仿真精度降低的情況。

創(chuàng)建三維仿真系統(tǒng)的步驟

（一）仿真系統(tǒng)工作流程

三維仿真環(huán)境是基于計算機(jī)虛擬系統(tǒng)中，以不消耗能源和資源真實(shí)加工系統(tǒng)的映射，虛擬環(huán)境的操作應(yīng)于實(shí)際加工系統(tǒng)所具備的功能相互一致。五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床建立的仿真系統(tǒng)具體流程如圖1.五坐標(biāo)聯(lián)動機(jī)床進(jìn)行加工的零件極為管飯干，可以綜合考慮工件、道具等物品的外形、參數(shù)的變化，通過裝配的形式把制作的CAD模型加入仿真系統(tǒng)內(nèi)，從而提升仿真系統(tǒng)的靈活性。用戶依照實(shí)際加工操作基于UG環(huán)境下創(chuàng)建刀具、工件等模型，進(jìn)一步方便對這些模型的尺寸進(jìn)行修改，在仿真系統(tǒng)的操作直視下，用戶只要挑選最佳的部件和位置，

就能把工件、夾具等模型裝配至仿真系統(tǒng)的模板文件內(nèi)。

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圖1 仿真系統(tǒng)程序具體流程圖

初始化仿真環(huán)境

建立合理的仿真模型之后，應(yīng)對UG環(huán)境展開初始化操作，隨之進(jìn)入運(yùn)動分析模塊。為了方便在仿真系統(tǒng)內(nèi)合理控制機(jī)床的各個運(yùn)動部件，在開展仿真操作前要對機(jī)床模型中的幾何體實(shí)施遍歷，隨后獲得相關(guān)幾何體的指針。

解釋NC代碼語義

基于NC代碼對整個機(jī)床加工環(huán)節(jié)進(jìn)行仿真操作，必須準(zhǔn)確解釋機(jī)床NC代表的意義，把代碼指令進(jìn)行轉(zhuǎn)化，從而得到機(jī)床不同軸的聯(lián)動運(yùn)動。機(jī)床NC代碼是由大量繁亂的機(jī)床運(yùn)動指令組成，每次讀取的代碼都必須進(jìn)行語義解釋，從而把NC代碼內(nèi)有用的控制命令和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為機(jī)床各個軸的位移。

基于三維造型仿真加工過程

使用三維實(shí)體造型的辦法，能在仿真環(huán)境內(nèi)更改不同的視角并無需重新進(jìn)行計算，準(zhǔn)確表示刀具與工件之間的幾何關(guān)系和位置。把NC代碼予以轉(zhuǎn)化成各個軸的位移，并對其運(yùn)動情況實(shí)施仿真操作。在三維造型中把動畫一幀幀的展示出來，并保存到UG后臺數(shù)據(jù)庫內(nèi)。經(jīng)過存儲的仿真動畫能夠反復(fù)回放，可以根據(jù)各行的NC代碼依次顯示，實(shí)際顯示時可以進(jìn)行放大、縮小及變換視角等操作?；谌S造型對整個加工環(huán)節(jié)進(jìn)行仿真操作，能夠準(zhǔn)確展現(xiàn)出空間內(nèi)實(shí)體之間的位置關(guān)系，三維效果非常好。

干涉檢查仿真過程

對仿真過程進(jìn)行干涉和檢查操作，主要是對加工操作中刀具、夾具、刀柄與工件之間進(jìn)行干涉。因整個仿真過程采用三維實(shí)體造型的模式，因此干涉檢查就是對機(jī)床模型運(yùn)動時是否相交進(jìn)行判斷。采用模型的幾何體指針，對加工環(huán)節(jié)內(nèi)可能出現(xiàn)的干涉部件其位置關(guān)系展開檢查計算。如果運(yùn)動部件遭到干涉，創(chuàng)建干涉產(chǎn)生的實(shí)體，并通過UG系統(tǒng)獲取干涉部位的深度、體積等相關(guān)信息，并輸出形成干涉效果的NC代碼，為合理修改刀具軌跡提供可靠依據(jù)。

五坐標(biāo)機(jī)床仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

文中以五坐標(biāo)聯(lián)動機(jī)床為研究對象，為該機(jī)床建立仿真模型，同時為三元葉輪的銑削加工環(huán)節(jié)實(shí)施仿真操作。整體式三元葉輪形狀非常復(fù)雜，具有大量的約束條件，因此加工難度較大，這是五軸數(shù)控加工操作中獨(dú)具代表性的零件。根據(jù)數(shù)控機(jī)床具體的傳動尺寸，基于UG環(huán)境創(chuàng)建仿真模型，對機(jī)床各個軸的運(yùn)動方向及副作性質(zhì)進(jìn)行設(shè)定，同時把建立的模型存儲為模板文件。五坐標(biāo)聯(lián)動機(jī)床的運(yùn)動軸是由2個轉(zhuǎn)動軸，和三個移動軸組合而成。根據(jù)實(shí)際機(jī)床部件的具體尺寸，使用UG/Modeling模塊為機(jī)床部件創(chuàng)建各自的實(shí)體模型，隨后使用UG/Assemblies模塊把不同部件進(jìn)行裝配操作，從而形成完整的實(shí)體模型。在UG/Motion運(yùn)動分析模塊挑選工作臺等機(jī)床部件定義成連桿，移動副由機(jī)床的X、Y、Z軸定義，B、C軸表示轉(zhuǎn)動副，根據(jù)設(shè)定的機(jī)床傳動軸運(yùn)動方向進(jìn)行操作，同時設(shè)定運(yùn)動副其驅(qū)動方式是Articulation。對仿真完成的機(jī)床模型進(jìn)行保存，就能加載各類工件、刀具及夾具，如此采用同個機(jī)床對各類工件進(jìn)行加工時，不需要反復(fù)創(chuàng)建仿真模型。通過UF_UI_FILENAME函數(shù)彈出的對話框，挑選應(yīng)該裝配的部件，同時輸入待裝部件的位置，采用UF_ASSEM_assembly函數(shù)對部件進(jìn)行裝配，并把部件實(shí)體指針設(shè)置為運(yùn)動副。若裝配部件有必須隱藏的地方，可通過UG中Blank命令對其進(jìn)行隱藏操作。

【結(jié)束語】：總之，基于UG建立的數(shù)控加工仿真模型，可以對整個加工過程機(jī)床干涉情況進(jìn)行檢查，為合理修改刀位提供有效依據(jù)，提升整個數(shù)據(jù)加工的工作效率，具有優(yōu)良的實(shí)用性。

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