淺談基于UG的數(shù)控加工技術(shù)

王丹++高剛毅

摘 要：本文介紹了數(shù)控技術(shù)的概況，包括數(shù)控技術(shù)的發(fā)展、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。簡(jiǎn)要敘述了利用UG軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)和數(shù)控加工編程的一般過(guò)程。

關(guān)鍵詞：數(shù)控技術(shù)；數(shù)控加工；UG；先進(jìn)制造技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.010

1 引言

數(shù)控技術(shù)在工業(yè)加工中屬于先進(jìn)的零部件加工技術(shù)，而技術(shù)的先與否能直接影響著國(guó)家在國(guó)際上工業(yè)加工的重要地位，同時(shí)其水平的高低也作為先進(jìn)制造技術(shù)的核心，關(guān)系到國(guó)家戰(zhàn)略地位和體現(xiàn)國(guó)家綜合國(guó)力的重要基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，其水平高低是衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)現(xiàn)代化程度的核心標(biāo)志，因此加工機(jī)床及生產(chǎn)過(guò)程數(shù)控化，己經(jīng)成為當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向。

2 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

（1）模塊化、專(zhuān)門(mén)化與個(gè)性化。為了適應(yīng)現(xiàn)今數(shù)控機(jī)床自身的特點(diǎn)，對(duì)其機(jī)床進(jìn)行模塊化，并對(duì)其數(shù)控功能予以功能化。為了提升數(shù)控機(jī)床的操作技術(shù)能被廣泛的應(yīng)用，在實(shí)際的工作中，應(yīng)對(duì)機(jī)床自身技術(shù)的出售價(jià)格進(jìn)行合理的制定，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)機(jī)床性能的優(yōu)化。另外，硬件中各組件的模塊化能為實(shí)現(xiàn)工業(yè)數(shù)控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化起到促進(jìn)性的作用。按照實(shí)際不同功能方面的需求，把基本模塊的型號(hào)進(jìn)行統(tǒng)一，通過(guò)這種積木形式的改進(jìn)，進(jìn)行功能方面的修正，能實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)牟眉簦⑹沟脵C(jī)床當(dāng)中模塊的相應(yīng)得到控制，進(jìn)而形成不同檔次機(jī)床加工系統(tǒng)。

（2）智能化。該方面的內(nèi)容主要指的是擬人智能，在數(shù)控機(jī)床加工的系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，能在很大程度上增?qiáng)機(jī)床自身的性能。智能化的數(shù)控機(jī)床加工系統(tǒng)在實(shí)際的作業(yè)中，通過(guò)對(duì)加工精度進(jìn)行適當(dāng)?shù)臋z測(cè)和建模，根據(jù)實(shí)際的加工狀況制定實(shí)現(xiàn)加工和成產(chǎn)目標(biāo)的決策，對(duì)加工原料進(jìn)給速度和切削深度的工藝參數(shù)予以控制，能促使機(jī)床的實(shí)際加工保持在最好的狀態(tài)，這樣不僅能提升加工的速度和質(zhì)量，同時(shí)為機(jī)床后續(xù)的維修和養(yǎng)護(hù)提供了的重要的保障。

（3）網(wǎng)絡(luò)化和集成化。在科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展下，工業(yè)加工和生產(chǎn)逐漸趨向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的充分結(jié)合，為遠(yuǎn)程控制機(jī)床的生產(chǎn)和加工提供了重要的保障。網(wǎng)絡(luò)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，在信息技術(shù)的輔助下，能對(duì)正在工作和即將工作的機(jī)床進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。不僅如此，在實(shí)際的工作中，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床故障的檢測(cè)和維修，采用網(wǎng)絡(luò)化和集成化的技術(shù)之后，能為機(jī)床加工工廠降低一大部分的支出費(fèi)用。

（4）開(kāi)放化。具有高性能和超高性?xún)r(jià)比的開(kāi)放化系統(tǒng)的研究，其重要的部分是將NC本身與分布式DNC的信息控制系統(tǒng)進(jìn)行充分的結(jié)合?，F(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)的廣大數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的研究人員對(duì)開(kāi)放化的系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，其中以型號(hào)為華中I型具有強(qiáng)的代表性，其主要利用工業(yè)當(dāng)中PC機(jī)當(dāng)中適配器卡的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其主要的建設(shè)基礎(chǔ)是通用32位型號(hào)的工業(yè)PC機(jī)與DOS平臺(tái)當(dāng)中的開(kāi)放形式體系結(jié)構(gòu)為依據(jù)，在實(shí)際應(yīng)用中具有較好的模塊化與層次化的優(yōu)勢(shì)。

（5）高速、高效、高精度、高可靠性發(fā)展方向。在現(xiàn)今的工業(yè)領(lǐng)域中，高速與高效的機(jī)床系統(tǒng)正向著高速化進(jìn)行發(fā)展，在近幾年的發(fā)展中可以看出從精密加工到超精密加工發(fā)展中耗費(fèi)的時(shí)間較短，而加工的精準(zhǔn)度也得到逐步的升級(jí)。高可靠性性能的機(jī)床在相對(duì)惡劣的環(huán)境下，能實(shí)現(xiàn)正常工作。這樣的特點(diǎn)，在未來(lái)的發(fā)展中將是重點(diǎn)的發(fā)展趨勢(shì)。

3 應(yīng)用UG軟件設(shè)計(jì)與制造

UG屬于現(xiàn)今走在先進(jìn)前列的加工控制軟件，該軟件能從事概念方面設(shè)計(jì)、工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工程仿真等領(lǐng)域當(dāng)中。

（1）UG軟件的CAD功能。UG軟件CAD模塊的建模方式是一種復(fù)合形式的模型建立，其優(yōu)勢(shì)是在設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，能提供較強(qiáng)的靈活性。并在實(shí)際操作當(dāng)中為機(jī)床系統(tǒng)提供支持不同操作工具。在操作和作業(yè)的過(guò)程中，使用的終端用戶(hù)能按照最初的設(shè)計(jì)方向，進(jìn)行模型的建立。并能搭建其參數(shù)化的加工模型，終端用戶(hù)能通過(guò)編輯的相應(yīng)參數(shù)對(duì)模進(jìn)行不斷的修改，進(jìn)而獲得最終的版本。UG系統(tǒng)軟件能夠提供便捷的操作方式，充分的集合了傳統(tǒng)機(jī)床加工和參數(shù)化。有些時(shí)候只有一個(gè)簡(jiǎn)單的線(xiàn)框模型就足夠了，不需要構(gòu)建復(fù)雜的約束實(shí)體模型。不過(guò)，建模模塊在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，還提供了不同形式參數(shù)化建模形式，并具有傳統(tǒng)實(shí)體形式的建模能力，在應(yīng)用之后，能增強(qiáng)建模的簡(jiǎn)便性和易操作性。

（2）零件信息模型建立。零件信息模型建立模塊首先利用UG的CAD功能模塊完成零件造型。由于加工工藝設(shè)計(jì)需要加工工藝信息，而UG的CAD功能中不能實(shí)現(xiàn)在實(shí)體造型時(shí)加入加工特征信息，所以使用CAD功能擴(kuò)展把加工工藝信息以屬性的形式添加到零件模型當(dāng)中。CAD功能擴(kuò)展是通過(guò)UG軟件的二次開(kāi)發(fā)功能實(shí)現(xiàn)的。零件信息模型是為加工工藝設(shè)計(jì)和刀具軌跡提供必要的零件信息，它是通過(guò)零件信息識(shí)別功能從CAD的零件造型和CAD功能擴(kuò)展提取出這些必要的零件信息的。零件信息識(shí)別是通過(guò)UG軟件的二次開(kāi)發(fā)功能實(shí)現(xiàn)的。國(guó)內(nèi)外對(duì)于零件信息識(shí)別進(jìn)行了很多的研究，現(xiàn)在多數(shù)采用特征識(shí)別，特征識(shí)別要求CAD系統(tǒng)必須能夠進(jìn)行特征建?；蛘咄ㄟ^(guò)一定的特征識(shí)別算法來(lái)識(shí)別加工特征。特征識(shí)別在回轉(zhuǎn)體零件的識(shí)別上已經(jīng)有成功的例子，但它對(duì)非回轉(zhuǎn)體的識(shí)別還有一定的局限性，難以滿(mǎn)足零件信息處理的要求。

（3）加工工藝設(shè)計(jì)。在使用先進(jìn)加工技術(shù)之后，能獲得機(jī)床加工數(shù)據(jù)，主要的方式以下兩種：1）在本系統(tǒng)的輔助下，利用創(chuàng)成的成型的工藝設(shè)計(jì)模式，得到工藝數(shù)據(jù)，在實(shí)加工的過(guò)程中可以自動(dòng)的形成加工工藝。其先通過(guò)對(duì)將要加工零件屬性的識(shí)別，從這些信息中篩選出能支撐零件加工的信息模型，并作為工藝實(shí)際邏輯決策樹(shù)的依據(jù)，在加工之前，對(duì)工藝決策的可行性進(jìn)行推理。進(jìn)而生成工藝數(shù)據(jù)，主要以關(guān)系表的形態(tài)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中。還提供了工藝修改的相應(yīng)功能，能對(duì)自動(dòng)形成的工藝規(guī)劃予以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。2）自動(dòng)編程模塊需要加工工藝數(shù)據(jù)，能從其它CAPP系統(tǒng)中讀取或手工輸入。工藝數(shù)據(jù)庫(kù)中包含了進(jìn)行工藝決策時(shí)使用到的工藝知識(shí)，這些知識(shí)可以使用數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)進(jìn)行表示，如刀具、進(jìn)給量、切削速度信息等。工藝決策邏輯以決策樹(shù)的形式表現(xiàn)，決策樹(shù)包含工藝決策、工具選擇、切削用量選擇等知識(shí)，如確定工序、工步的內(nèi)容及順序的規(guī)則、選擇刀具、進(jìn)給量、切削速度的規(guī)則。加工工藝設(shè)計(jì)是基于工藝決策可以自動(dòng)生成工藝規(guī)程，同時(shí)為了使整個(gè)系統(tǒng)有更強(qiáng)的實(shí)用性，對(duì)生成的工藝規(guī)程可以進(jìn)行修改，使生成的工藝規(guī)程更加合理。加工工藝設(shè)計(jì)模塊中的工藝決策雖然沒(méi)有采用專(zhuān)家系統(tǒng)型進(jìn)行推理，但在設(shè)計(jì)過(guò)程中，借鑒了許多專(zhuān)家系統(tǒng)的技術(shù)，如知識(shí)的表示、框架推理等，這樣使工藝決策的表達(dá)和描述都非常的方便和清晰。加工工藝設(shè)計(jì)模塊的工藝決策是基于框架推理以決策樹(shù)的形式進(jìn)行的，其過(guò)程包括確定毛坯、確定表面的最終加工方式、制定工藝路線(xiàn)、工藝設(shè)計(jì)等。

（4）UG軟件編程加工。數(shù)控自動(dòng)編程模塊從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取零件信息模型、加工工藝設(shè)計(jì)所提供的信息，在建立毛坯模型、刀具模型的基礎(chǔ)上，構(gòu)造UG的加工環(huán)境，應(yīng)用刀具軌跡決策自動(dòng)完成刀具軌跡生成。然后進(jìn)行刀具軌跡仿真，在加工過(guò)程仿真無(wú)誤后，通過(guò)利用針對(duì)使用機(jī)床的后置處理文件輸出適合該機(jī)床NC代碼。

1）刀具軌跡的自動(dòng)生成。刀具軌跡的自動(dòng)生成利用內(nèi)部接口，工工藝信息，包括加工工序、刀具信息、從加工工藝設(shè)計(jì)模塊中讀取加切削參數(shù)、加工方式、加工對(duì)象幾何體等，調(diào)用UG內(nèi)部函數(shù)設(shè)置加工環(huán)境配置和設(shè)置，創(chuàng)建操作對(duì)應(yīng)的程序，把從加工工藝設(shè)計(jì)模塊中讀取到的切削參數(shù)賦給操作對(duì)應(yīng)的切削參數(shù)選項(xiàng)，最后創(chuàng)建出刀具軌跡。

2）刀具軌跡的切削仿真。對(duì)于已經(jīng)生成的刀具軌跡，可以進(jìn)行實(shí)體形式的切削仿真，讓用戶(hù)在圖形方式下更直觀地觀察刀具地運(yùn)動(dòng)過(guò)程，以驗(yàn)證各刀具軌跡參數(shù)設(shè)置的合理性。實(shí)體形式的切削仿真可以對(duì)工件進(jìn)行比較真實(shí)的模擬切削，通過(guò)切削模擬可以提高程序的安全性和合理性。切削仿真以實(shí)際加工的時(shí)間并且在不造成任何損失的情況下檢查零件過(guò)切或者未切削到位的現(xiàn)象，通過(guò)實(shí)體切削模擬可以發(fā)現(xiàn)在實(shí)際加工過(guò)程時(shí)存在的某些問(wèn)題，以便編程人員及時(shí)修正，避免工件報(bào)廢。通過(guò)實(shí)體切削模擬還可以反應(yīng)加工后的實(shí)際形狀，為后面的程序編制提供直觀的參考。

3）刀具軌跡的后處理。CAM過(guò)程的最終目的是生成一個(gè)數(shù)控機(jī)床可以識(shí)別的代碼程序。數(shù)控機(jī)床的所有運(yùn)動(dòng)和操作是執(zhí)行特定的數(shù)控指令的結(jié)果，完成一個(gè)數(shù)控加工一般需要連續(xù)執(zhí)行一連串的數(shù)控指令，即數(shù)控程序。手工編程方法根據(jù)零件的加工要求按照所選數(shù)控機(jī)床的數(shù)控指令集編寫(xiě)數(shù)控程序，直接輸入到數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)中。自動(dòng)編程方法則不同，經(jīng)過(guò)刀具軌跡計(jì)算出來(lái)的是刀位文件，而不是數(shù)控程序，因此，需要設(shè)法把刀位源文件轉(zhuǎn)換為特定機(jī)床能執(zhí)行的數(shù)控程序，輸入數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)，才能進(jìn)行零件的數(shù)控加工。把刀位源文件轉(zhuǎn)換成特定機(jī)床能執(zhí)行的數(shù)控程序的過(guò)程稱(chēng)為后置處理。

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