基于UG NX的數(shù)控車削編程及加工

畢海波

摘 要：該文以基于UG NX的數(shù)控車削編程及加工為題目展開相關(guān)論述，首先對(duì)其進(jìn)行了簡要概述，主要對(duì)當(dāng)前車削加工技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并且討論了基于UG NX的數(shù)控車削編程及加工，分別從創(chuàng)建加工幾何圖形、定義MCS坐標(biāo)系及兩次裝夾的數(shù)控車削加工操作三大方面進(jìn)行具體說明。主要闡述了基于UG NX的數(shù)車削編程的原理、工作方式以及完成實(shí)際操作所需的工步及其具體內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：UG NG 車削 數(shù)控編程 數(shù)控加工

中圖分類號(hào)：TG519 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）09（c）-0059-02

現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域的一些老牌制造業(yè)國家，如德國、意大利等工業(yè)已發(fā)展到了4.0階段，對(duì)各種影響因素做了優(yōu)化與整合，質(zhì)量、效率都有了卓越的提升。其中以現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的相關(guān)數(shù)控編程與數(shù)控加工發(fā)揮了舉足輕重的作用。

1 概述

在制造業(yè)領(lǐng)域，機(jī)械工件的加工質(zhì)量和效率非常重要，如何實(shí)現(xiàn)是關(guān)鍵問題。要達(dá)到這一目標(biāo)，需要的條件一是精準(zhǔn)度提高；二是縮短生產(chǎn)加工的時(shí)間；三是在管理上進(jìn)行合理分配與調(diào)整。從時(shí)代精神方面來理解，現(xiàn)代正處于以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)盛行時(shí)代，其中引領(lǐng)因素主要集中于信息化發(fā)展方面，以技術(shù)性推動(dòng)商業(yè)性。所以，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到原有數(shù)控車床程序與計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用兩方面的聯(lián)合，如此不但能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、一體化，更可以使精準(zhǔn)度得到提升，從而縮短生產(chǎn)加工的時(shí)間。從這兩方面來看，探討基于UG NX的數(shù)控車削編程及加工有著其實(shí)際意義與價(jià)值。

2 車削零件的加工工藝說明

外輪廓、端面、內(nèi)孔、切槽、切斷、車螺紋等加工方法都屬于數(shù)控車削加工的范圍。從工作原理來分析，數(shù)控車削加工的原理與普通車削的加工原理具有一致性。本文所討論的數(shù)控類型的車削加工，對(duì)工件的裝夾方面，其裝夾方式往往會(huì)因加工工件的批量、毛坯形式、幾何形狀等不同，而需要采取不同次數(shù)的裝夾及專用夾具等。由于通常在次數(shù)與需要方面的加工方式是兩次裝夾加工方式，需要具體的說明與論述。

車削零件的加工是以手工編程為準(zhǔn)，效率低下，精準(zhǔn)度存在缺陷，往往需要重復(fù)操作。本文以實(shí)例分析，闡述如何克服精準(zhǔn)度與生產(chǎn)效率問題。

3 基于UG NX的數(shù)控車削編程及加工

從當(dāng)前來看，在數(shù)控銑削方面，一般采用UG NX，還有Mastercam，以及其他的CAD/CAM軟件，來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化編程，其方式可以解決手工編程的缺陷，提高編程效率，而且可以解決精準(zhǔn)性問題，尤其是解決對(duì)于較為復(fù)雜的零件的加工編程。在基于UG NX的數(shù)控車削編程及加工中，該軟件提供數(shù)控車削模塊，使其需要加工的輪廓自行創(chuàng)建、自動(dòng)編程，其仿真度較高的模擬環(huán)境及操作環(huán)境都使其工藝中的環(huán)節(jié)得到了精確對(duì)應(yīng)，其坐標(biāo)系統(tǒng)更將問題更為簡化與直觀，利用多種坐標(biāo)系的設(shè)定可以使各種加工零件的毛坯定義等。

例如，當(dāng)需加工的工件材料確定為45鋼、十件批量、采用棒料形式、將其尺寸限定在60 mm×150 mm時(shí)，即可采用這一裝夾方式進(jìn)行具體加工，具體如圖1所示。

首先，在UG NX坐標(biāo)系中為MCS_SPINDLE_1，采用加工工具為，端面車刀、外圓車刀、中心鉆（或麻花鉆）、內(nèi)孔車刀，其具體內(nèi)容按次序可表述為，夾工件毛坯，伸出90長，找正，夾緊，車端面，采用端面車刀進(jìn)行切削；當(dāng)使用外圓車刀時(shí)，需要找好精車外輪廓，將其尺寸導(dǎo)向R60回轉(zhuǎn)面，使小端直徑達(dá)到46，大端可設(shè)置為54錐面等；再進(jìn)行中心孔的鉆孔，可采用中心鉆，需要時(shí)可用麻花鉆（如鉆20底孔時(shí)，深度為51，即可采用）；第五步即是使用內(nèi)孔車刀，需使粗精車內(nèi)孔導(dǎo)至尺寸合宜。

其次，需要在UG NX坐標(biāo)系中，采用MCS_SPINDLE_2，使用工具為外圓車刀、切槽刀、外螺紋車刀，其具體工部的加工內(nèi)容可以表述為，第一，工件掉頭，銅皮包裹54已加工好的表面，使工件伸出75，夾緊，車端面至零件總長，采用端面車刀完成；第二，在使用外圓車刀時(shí)，粗車外輪廓需導(dǎo)至尺寸為R60回轉(zhuǎn)面、小端直徑為46，大端為54錐面等；第三，用切槽刀使5×3退刀槽，外輪廓車削殘余區(qū)域得到處理，最后即可使用外螺紋車刀去完成車M40×1.5外螺紋。

從原理與方法來理解這一軟件系統(tǒng)，一如上述，以我國為具體探討對(duì)象可知，其設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)主要以制定的《數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)方向的命名》為主，以此提供定量描述數(shù)控機(jī)床上刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)位置，其坐標(biāo)系被命名為右手直角笛卡爾坐標(biāo)系。當(dāng)其建立時(shí)，即可利用其系統(tǒng)與具體的車床聯(lián)接操作控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)所需零件的加工。一般而言，較為通用的加工坐標(biāo)第中，X可表示工件直徑方向，Z表示軸線方面，豎起右手大拇指，將手握緊，即可得到，豎向的+X+Y+Z，繞大拇指即可表示為+A+B+C；而把大拇指與食指張開，使食指朝上，中指搭于并攏掌心的無名指與小指上時(shí)，即可得到大拇指表示+X方向，朝上的食指則表示+Y方向，而Z即可從中指得到。這樣即可容易理解右手笛卡爾坐標(biāo)系。本文所講的基于UG NX坐標(biāo)系即與此右手笛卡爾坐檔系相一致，具體如圖2所示。

為了更為精準(zhǔn)的說明這一編程及其加工中的問題，應(yīng)該對(duì)其兩部分采用分別論述，依據(jù)普通車削加工中的次序展開這一技術(shù)中的實(shí)際對(duì)應(yīng)，其中，可以從坐標(biāo)系的建立、幾何輪廓的構(gòu)建、加工軌跡的設(shè)定、毛坯的定義、以及兩次區(qū)別中的具體差異等方面對(duì)實(shí)例加以剖析。下文中將從四大方面展開具體論述。

4 在UG NX中創(chuàng)建加工幾何圖形

在基于UG NX中的幾何圖形的構(gòu)建首先是對(duì)該程序中的編程所需的工件的加工輪廓進(jìn)行軟件模擬，使其符合設(shè)計(jì)要求，對(duì)應(yīng)上面所說的例子與所進(jìn)行的討論順序，也從兩個(gè)方面進(jìn)行剖析，即第一次裝夾所需的幾何輪廓的創(chuàng)建與第二次裝夾中所需的幾何輪廓的創(chuàng)建。

從上面的例子即可理解兩次裝夾的方式中的順序，即上文所說的數(shù)控車削工步加工的內(nèi)容。在其兩次的加工中，UG NX坐標(biāo)系不同，一個(gè)采用MCS_SPINDLE_1，一個(gè)采用MCS_SPINDLE_2，其中第一次裝夾中有5步工序，第二次裝夾中共4步工序，其使用的工具也略有不同，在工步加工的內(nèi)容上也略有變化，因此來看，兩次裝夾共同完成一個(gè)加工程序。其突出優(yōu)勢(shì)即在于清晰、準(zhǔn)確、易于實(shí)現(xiàn)。

可以看出該坐標(biāo)系中需要建立兩個(gè)層次的幾何輪廓來完成兩次裝夾方式，在第一次裝夾中其存放在層20，其工作方式是復(fù)制、平移、鏡像操作，在第一層完成之后，再掉頭裝夾二次工件幾何輪廓，兩次裝夾幾何圖形的完成，即其幾何輪廓即是加工所需的樣板或模型。

5 定義MCS坐標(biāo)系

利用這一坐標(biāo)系的原因非常簡單，即是使虛擬的模型與現(xiàn)實(shí)所需的樣板模型相一致或稱之為得到對(duì)應(yīng)，這樣，即可通過對(duì)幾何輪廓的定型結(jié)果進(jìn)行命令傳達(dá)，利用數(shù)控車床按照既定目標(biāo)來實(shí)現(xiàn)它。在兩次不同的坐標(biāo)系的定義過程中，主要是其原點(diǎn)不同，第一次定義較為規(guī)范，主要是第二次需要改變其中的坐標(biāo)系原點(diǎn)，將其設(shè)定在工件右端與中心線相交的位置，也即是在掉頭后的右端面與中心線的交點(diǎn)上設(shè)置二次裝夾工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)。

6 創(chuàng)建兩次裝夾的數(shù)控車削加工操作

首先需要?jiǎng)?chuàng)建第一次裝夾的數(shù)控車削加工操作。當(dāng)定義好第一次裝夾前的MCS_SPINDLE_1后，即可具體進(jìn)行第一次裝夾所對(duì)應(yīng)的具體的加工工步操作。打開操作系統(tǒng)中的PART部分選項(xiàng)中的操作導(dǎo)航器——幾何體，設(shè)置好幾何坐標(biāo)模型，即可在定義加工與毛坯輪廓設(shè)定的基礎(chǔ)上，根據(jù)加工工藝表，即上面所說的第一裝夾中的前5個(gè)工步中的加工內(nèi)容，按部就班，通過對(duì)虛擬軌跡的模擬，使操作開始，并實(shí)現(xiàn)所需的實(shí)際中的零件加工。

其次創(chuàng)建第二次裝夾的數(shù)控車削加工操作。即在第一次裝夾的數(shù)控車削加工操作完成的基礎(chǔ)上，掉頭裝夾，依次序更換加工所需的坐標(biāo)系，即進(jìn)入MCS_SPINDLE_2坐標(biāo)系中，按照其中設(shè)定的第二次裝夾的幾何輪廓來，依其加工軌跡，通過數(shù)控車削加工操作系統(tǒng)的設(shè)定來執(zhí)行具體操作，使其符合所需軌跡模擬的路線，從而達(dá)到第二次裝夾加工操作的完成。

其中，需要說明的是，在使用in-process part，即IPW這一傳遞方式時(shí)，先進(jìn)行毛坯設(shè)置，編輯好第二坐標(biāo)系，選擇“來源于文件”，再在第一次切削的截面輪廓基礎(chǔ)上選擇一個(gè)具有特征的代表點(diǎn)，使其與第二次截面上的輪廓上的特征點(diǎn)相同，從而在基于同一特征點(diǎn)的基礎(chǔ)上，需要特別注意使其中的矢量得到相反方向的設(shè)置，在這里所指的掉頭并不是實(shí)際中的加工零件的掉頭，而是設(shè)置操作中的掉頭，以此來實(shí)現(xiàn)掉頭后的反方向上的具體操作。即按照上面所說的第六到第九個(gè)工步中的具體內(nèi)容，即第二次裝夾操作中的4大工步中的具體內(nèi)容來進(jìn)行工藝表的執(zhí)行操作，從而完成在基于UGNX中的數(shù)據(jù)編程所模擬的加工軌跡，最終通過數(shù)控車削加工的具體按軌跡操作來完成對(duì)所需工件的加工。

7 探討數(shù)控車削加工

編程模型的模擬是第一步操作，雖然是比較重要的鋪墊，但后序工作還需要通過具體的數(shù)控車削加工來實(shí)現(xiàn)。兩者缺一不可，是這一工作中的兩個(gè)組成部分，只有當(dāng)二者共同達(dá)到最優(yōu)時(shí)才能使其所需的整體工作的結(jié)果中的質(zhì)量、效率達(dá)到最優(yōu)化。因而需要注意編程程序中所需的機(jī)型以及軟件與操作程序的兼容問題；另一個(gè)是對(duì)其意義應(yīng)該有一個(gè)理解后的體會(huì)，從而認(rèn)識(shí)到其真正的價(jià)值在于未來更為長遠(yuǎn)的制造業(yè)的繁榮與發(fā)展。

完成上面所說的模擬設(shè)置后，就需要探討一下具體的數(shù)控車削加工問題。首先，在具體的處理模塊生成時(shí)，需要有一個(gè)兼容的數(shù)控操作系統(tǒng)來執(zhí)行操作，如SIEMENS840D數(shù)控系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)這一兼容，這主要是指加工程序方面。另一方面，具體的數(shù)控車床需選用CAK3665ni型號(hào)。依據(jù)上面的例子中所需的工具，來選擇安裝好所需的刀具，然后再依次按程序進(jìn)行操作。這一應(yīng)用有利地實(shí)現(xiàn)了編程與加工的自動(dòng)化與一體化，大大提高了生產(chǎn)效率，也使工件加工的質(zhì)量得到了提高。

在這一數(shù)控編程與加工的自動(dòng)一體化應(yīng)用中，提升高效率的途徑還有很多，本文所論述的只是其中的提高效率為出發(fā)點(diǎn)的方面，是以基于UGNX數(shù)控加工編程中的幾何輪廓構(gòu)建，從而構(gòu)建數(shù)控車削加工編程的一面，其中所提出的重點(diǎn)主要是在于毛坯設(shè)置完成后的兩次裝夾的具體編程操作問題和加工實(shí)踐問題。所以，對(duì)于其他方面還需進(jìn)一步探討。

8 結(jié)語

在新時(shí)代應(yīng)該更好地吸收時(shí)代精神，利用現(xiàn)有的發(fā)明創(chuàng)造，針對(duì)數(shù)控車削加工也應(yīng)該因時(shí)制宜，分析兩次裝夾零件的特點(diǎn)，從而通過對(duì)加工工藝的分析與科學(xué)調(diào)整，即基于UG NX的數(shù)控車削編程及加工方式，利用CAD/CAM等編程程序等提升整體的清晰性、直觀性、精準(zhǔn)性，從而保證整個(gè)加工過程中的科學(xué)合理，提高效率，增強(qiáng)通用性，提升競爭實(shí)力。

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