基于UG的徽章類零件的設計與加工

趙江濤，吳志超，朱 虹，杜 莎

華中科技大學工程實踐創(chuàng)新中心（湖北武漢 430074）

1 引言

工程實訓課程是高等教育中重要的實踐教學環(huán)節(jié),對高等學校培養(yǎng)具有一定工程素質和創(chuàng)新意識的應用型人才具有重要意義。CAD/CAM技術是現代先進制造技術的典型代表，目前，我校CAD/CAM課程主要包括CAD和CAM兩部分，CAD部分主要介紹實體造型的基本方法和步驟，CAM部分主要完成一個典型零件的3軸數控加工程序編制，然后在加工中心上加工出來。由于高校工程實訓課程分配給每個工種的時間相對有限，選擇合適的案例既能有效提高學生的學習熱情，充分挖掘學生的創(chuàng)新和實踐能力，又能保證實訓的效果具有很大的挑戰(zhàn)。?；帐敲總€學校的標志，形狀簡單，建模和編程所使用的方法和步驟都非常適合工程實訓教學?，F以華中科技大學的?；諡槔?，介紹使用UG軟件進行設計與加工的方法與步驟。

2 分析

設計的校徽正面及反面圖案分別如圖1和圖2所示。

圖1 ?；照鎴D案

圖2校徽反面圖案

整個?；兆髌窞橐粋€圓形零件，直徑為?80mm，正面有?；铡盚UST”的圖形，圖形輪廓為陽刻效果，凸起高度為0.5mm，“HUST”圖形上方為“華中科技大學”6個字，字體為華文楷體，“HUST”下方為校訓“明德厚學 求是創(chuàng)新”8個中文和“WUHAN CHINA”10個英文字母。在正面圖案下方，為華中科技大學英文全名“HUAZHONGUNIVERSITYOFSCIENCE AND TECHNOLOGY”，全部中文和英文文字為陰刻效果，凹下深度為0.2mm。

校徽的反面設計了工程實訓中心的圖形標志和“華中科技大學工程實訓中心”和“2019”的字樣，“華中科技大學工程實訓中心”字體采用華文隸書，“2019”的數字采用的是TIMES NEW ROMAN字體，“華中科技大學工程實訓中心”和“2019”為陽刻效果，凸起高度為0.5mm。

3 通過UG軟件設計模型

（1）?；照孑喞！?/p>

首先在建模模塊中新建一個草圖，創(chuàng)建一個圓，圓的直徑為80mm，再通過拉伸得到一個圓柱體，圓柱體高度為10mm，得到徽章的基體。正面?；盏摹盚UST”的圖形，通過導入校徽圖形描圖得到外形輪廓，然后拉伸，高度為0.5mm，“HUST”圖形上方為“華中科技大學”6個字，字體為華文楷體，通過插入文本拉伸，與基體求差生成陰刻效果，凹下深度設為0.2mm，“HUST”下方為校訓“明德厚學求是創(chuàng)新”8個中文和“WUHANCHINA”10個英文字母，由于字數較多，加工空間太小，通過加工實驗效果對比，發(fā)現字體設為單線字效果較好，中文使用“hzdkt”單線字體，英文使用“Modern”單線字體。在正面圖案下方，為華中科技大學英文全名“HUAZHONG UNIVERSITY OFSCIENCEAND TECHNOLOGY”,同樣使用了“Modern”單線字體。由于中英文單線字的加工方法不同，在建模時中英文單線字的建模也采用了不同的方法，中文單線字在加工模塊中插入注釋文本的方法生成；英文單線字采用插入文本，然后將文本投影到平面上形成投影曲線的方法生成。

（2）校徽反面輪廓建模。

校徽的反面設計了工程實訓中心的圖形標志和“華中科技大學工程實訓中心”和“2019”的字樣，圖形標志同樣采用了導入圖片、描圖和拉伸的方法生成，拉伸高度為0.5mm，“華中科技大學工程實訓中心”和“2019”采用插入文本并拉伸的方法生成，“華中科技大學工程實訓中心”采用華文隸書的字體，“2019”數字采用TIMES NEW ROMAN字體，校徽反面漢字和數字都采用了雙線字體。

4 通過UG軟件進行數控編程

徽章類零件輪廓區(qū)域狹小，為得到清晰的文字和圖形輪廓，必須使用小尺寸的雕刻專用刀具。雕刻刀具直徑小，在加工過程中容易折斷，因此在數控編程時必須綜合考慮加工精度和加工效率，進行粗加工時，在保證安全的前提下，應盡可能的選擇大直徑的切削刀具以實現高效去除大量多余的材料；半精加工是為精加工做準備的，使得剩余余量進一步降低，確保精加工更加安全；精加工時應使用高轉速、低吃刀量的加工工藝，得到最終成型表面。編制的工藝如表1所示。

表1 加工工藝路線

由于加工程序步驟較多，文中僅簡要介紹數控編程的要點，其余部分不再贅述。

（1）?；照婕胺疵娴拇旨庸?。

?；照婕胺疵娴拇旨庸げ捎眯颓汇姷姆椒ǎ邢鞣绞竭x擇跟隨周邊，刀具使用的是D6的立銑刀，每次下刀深度為0.2mm，步距為50%的刀具平直百分比，主軸轉速10,000轉/min，進給率為1,500mm/min。

（2）?；照婕胺疵娴亩伍_粗。

由于D6的立銑刀只能加工?；樟慵容^開闊的區(qū)域，粗加工后在圖形和文字的很多狹小區(qū)域會留下比較大的加工余量，若直接用雕刻尖刀進行精加工，可能會因加工量過大致使刀具折斷。因此在精加工之前使用D2立銑刀進行二次開粗，二次開粗程序可以復制D6刀具的粗加工程序，在二次開粗程序中只需更改刀具大小和進刀量，并且在空間范圍選項里選擇參考刀具為D6的立銑刀，其余參數與D6刀具的粗加工一致。

（3）圖形和雙線字的精加工。

?；照娴摹叭A中科技大學”這6個字由插入文字，拉伸再布爾求差得到，文字部分為陰刻，即文字部分為凹下狀態(tài)。此處加工方法選擇底壁銑，底面選擇為文字底部平面，此處為精加工，刀具為雕刻專用尖刀4×45°×0.2mm，主軸轉速15,000轉/min，進給率為2,000mm/min，為提高加工精度，步距設置為固定值0.1mm。

?；辗疵婀こ虒嵱栔行膱D標和“華中科技大學工程實訓中心”和“2019”的文字部分為陽刻，即圖標和文字部分為凸起狀態(tài)。這些部位的加工方法選擇底壁銑，底面選擇為圖標和文字以外的平面部分，此處為精加工，刀具為雕刻專用尖刀4×45°×0.2mm，主軸轉速15,000轉/min，進給率為2,000mm/min，為提高加工精度，步距設置為固定值0.1mm。相對于陰刻，陽刻的加工量相對較大，但方法和步驟簡單。

（4）單線字雕刻精加工。

雙線字的每個部分都是由兩條線構成一個個單獨的區(qū)域，若需要雕刻的區(qū)域過小時，可能會因為加工區(qū)域過小而無法進刀，這樣會造成雕刻出來的字不連續(xù)美觀，因此在狹小區(qū)域刻字，適合采用單線字雕刻的方法。

校徽正面的“明德厚學 求是創(chuàng)新”校訓采用了“hzdkt”單線字字體，這幾個字的加工步驟如下：首先進入加工模塊，在合適的位置插入注釋文本，再利用平面文本工序，生成加工程序，文本深度為0.2mm，刀具為雕刻專用尖刀4×45°×0.2mm，為防止斷刀，每刀切削深度設定為0.05mm。

?；照娴摹癢UHAN CHINA”和學校英文全稱采用了“Modern”的單線字字體，這幾個字的加工步驟如下：首先在建模模塊中插入文本，放置在合適的位置，再利用曲線投影的命令，將文本投影在平面上生成投影曲線，再進入加工模塊，插入固定軸輪廓銑工序，驅動方法選擇曲線/點驅動，驅動曲線選擇剛剛生成的投影曲線，生成加工程序。

5 ?；樟慵臄悼丶庸?/h2>

在數控編程完成后，將數控程序導如數控加工中心之前，還需對數控程序進行仿真分析檢查，以避免不必要的空刀程與風險，優(yōu)化加工效率，降低加工風險并提升刀具與機床的使用壽命。在對數控程序進行仿真檢查無誤后，再通過UG軟件的后處理模塊，選擇合適的后處理文件，生成適合加工機床使用的G代碼文件。將G代碼文件通過USB接口傳輸到數控機床中進行加工，加工生成的零件經表面處理，最終的效果如圖3和圖4所示。

圖3 ?；照婕庸D

圖4 ?；辗疵婕庸D

6 結束語

UG軟件可以將CAD、CAM以及數控加工技術結合起來應用，避免在不同軟件進行設計和加工帶來的格式轉換問題。以上實例也表明使用UG軟件可以對徽章類零件進行快速設計和加工，有效的提高了加工質量和效率，對CAD/CAM課程教學改革和類似徽章類產品的設計和加工可以提供參考。