基于實(shí)踐案例的UG NX數(shù)控編程的應(yīng)用與研究

0 引言

企業(yè)對(duì)于模具和精密機(jī)械零件等產(chǎn)品的加工，大多采用軟件自動(dòng)編程，使用較廣泛的CAM軟件是UG NX。UG NX提供多達(dá)30種的銑削加工工序方法，各工序相互獨(dú)立各有特點(diǎn)，不同的工序方法會(huì)生成不同的走刀路徑，產(chǎn)生不同的表面質(zhì)量。

目前在理論研究和實(shí)驗(yàn)技術(shù)上都遇到了諸多困難。雖然經(jīng)數(shù)十年的艱苦探索，已克服不少難關(guān)，但要真正實(shí)現(xiàn)核聚變能的利用，還需要進(jìn)行長(zhǎng)期的研究，因此開展國(guó)際合作是必不可少的。

“十一五”時(shí)期以來,中國(guó)大力推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、清潔能源革命,推廣綠色產(chǎn)品、綠色建筑和綠色交通,供給側(cè)和消費(fèi)側(cè)雙向發(fā)力,有利于從源頭上減少碳排放;實(shí)施防護(hù)林建設(shè)、荒漠化治理等重大生態(tài)保護(hù)工程,保證了生態(tài)系統(tǒng)碳匯的增加,從而在末端上促進(jìn)碳排放沉降與吸收;低碳城市、碳交易市場(chǎng)建設(shè)等發(fā)展策略的創(chuàng)新,為平衡減排和發(fā)展目標(biāo)、統(tǒng)籌推進(jìn)各部門和各領(lǐng)域的減排工作提供了實(shí)踐手段。

企業(yè)生產(chǎn)是追求在滿足技術(shù)要求的前提下盡可能快的完成加工，來提高生產(chǎn)率。如何根據(jù)加工面的特點(diǎn)選擇工序方法，如何盡可能縮短加工時(shí)長(zhǎng)，是本文研究的重點(diǎn)。

本文將結(jié)合一些企業(yè)實(shí)例，通過加工結(jié)果對(duì)比，來闡述各加工工序的特點(diǎn)和適用的加工范圍。

1 銑削加工工序設(shè)置方法

UG NX12.0中，提供有兩大類型的數(shù)控銑削加工工序設(shè)置方法：mill_planar和mill_contour，即平面類和輪廓類。兩大類中又各包含有15種工序子類型。

“平面輪廓銑”選擇邊界的方法更多更靈活，可以根據(jù)需求選擇加工邊界，對(duì)操作者的技術(shù)要求較高，且只適用于直壁輪廓的加工。

保護(hù)裝置的精度自動(dòng)校準(zhǔn)或校驗(yàn)。整機(jī)測(cè)試成功后，測(cè)試控制中心控制高精度源根據(jù)要求輸出模擬量，同時(shí)啟動(dòng)精度校準(zhǔn)模塊進(jìn)行校準(zhǔn)或校驗(yàn)。精度校準(zhǔn)模塊通過IEC103或IEC61850規(guī)約實(shí)時(shí)讀取裝置的采樣值并進(jìn)行分析，如達(dá)到預(yù)期要求，則控制打印機(jī)打印精度校準(zhǔn)二維碼；否則提示測(cè)試工程師進(jìn)行處理。

1.1 平面類加工工序

只要不是平的面都可以理解為曲面，曲面的形狀較平面復(fù)雜，也可分為兩種：平坦曲面和陡峭曲面。常用的加工工序是“區(qū)域輪廓銑”和“深度輪廓銑”。曲面加工通常采用球刀，為了保證曲面加工完整，軌跡要大于或等于曲面邊界輪廓。

根據(jù)面的類型不同，加工方法有所不同，最常用的是“底壁銑”和“帶邊界面銑”。

平面加工為局部加工，通常用于半精加工或精加工，需要指定加工區(qū)域。兩種工序子類型的的主要區(qū)別是指定切削區(qū)域方法不同，其他參數(shù)的設(shè)置方法大致相同。

分別用兩種方法生成圖3所示的輪廓軌跡，“深度輪廓銑”的軌跡，無需指定切削區(qū)域，就能生成所有輪廓的軌跡，操作步驟簡(jiǎn)單，但要用輪廓修剪軌跡，否則不需要加工的外輪廓也會(huì)生成軌跡，而且圖中紅色區(qū)域的面存在重復(fù)加工的情況，如果表面質(zhì)量要求不高，可以忽略。

帶邊界面銑中，指定面邊界時(shí)有三種選擇方法：面、曲線和點(diǎn)，選擇方式更加靈活。但選擇多個(gè)面時(shí)，要通過“添加新集”來完成。

分別用兩種方法生成圖2所示平面的刀路軌跡，“底壁銑”在加工面寬小于刀具直徑時(shí)，輪廓軌跡不完整，如紅圈所示，側(cè)壁留下殘余；“帶邊界面銑”會(huì)判斷面邊界的類型，生成完整的輪廓軌跡，不會(huì)留下殘余。

由此可見，“底壁銑”設(shè)置更便捷，工序生成時(shí)不考慮平面邊界，適合于實(shí)體上的平面加工

，缺點(diǎn)是當(dāng)平面寬度小于刀具直徑時(shí)存在加工不完整情況。

深度輪廓銑屬于等高加工，按輪廓形狀逐層生成加工軌跡。

“帶邊界面銑”選擇面的方式更靈活，工序生成時(shí)考慮平面邊界，適用于所有平面的加工，缺點(diǎn)是選擇面的步驟較繁瑣。

平面加工時(shí)，優(yōu)先選擇“底壁銑”工序，遇到加工不完整或沒有實(shí)體面時(shí)，選擇“帶邊界面銑”工序。

眾所周知，以1972年斯德哥摩爾國(guó)際環(huán)境會(huì)議為標(biāo)志，人類社會(huì)跨越了工業(yè)文明時(shí)代進(jìn)入生態(tài)文明新時(shí)代。這是一個(gè)全新的時(shí)代，面臨著眾多的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。一定的理論觀念是一定時(shí)代的產(chǎn)物，同樣一定的理論觀念也反映了一定的時(shí)代，生態(tài)美學(xué)是時(shí)代的產(chǎn)物，是新時(shí)代的審美觀念。在眾多研究學(xué)者中，曾繁仁已然成為中國(guó)生態(tài)美學(xué)研究的領(lǐng)軍人物，建成了自己的生態(tài)美學(xué)體系，“其核心就是讓美學(xué)跨出學(xué)院書齋，超越形而上的抽象，并落實(shí)到對(duì)人類的終極關(guān)懷上，以實(shí)現(xiàn)人類的詩意化和審美化生存”①。

1.2 輪廓類加工工序

輪廓是指實(shí)體的側(cè)面，一般分為兩種：直壁和斜壁。直壁是與產(chǎn)品的底面垂直，斜壁是帶一定拔模斜度。最常用的是“平面輪廓銑”和“深度輪廓銑”，“平面輪廓銑”只適用于直壁加工，“深度輪廓銑”可加工直壁、斜面甚至陡峭的曲面，加工范圍更廣。

深度輪廓加工通常用于半精加工或精加工，當(dāng)加工所有輪廓時(shí)，可以不指定切削區(qū)域生成不同層高的側(cè)壁軌跡，操作步驟少，設(shè)置簡(jiǎn)單便捷。

平面輪廓銑必須要指定“部件邊界”、“指定底面”才能生成側(cè)壁軌跡，其他參數(shù)與“深度輪廓銑”相同。其中，部件邊界的選擇方法有4種：面、曲線、點(diǎn)和永久邊界，操作更加靈活。但它只能生成到“指定底面”層的軌跡，不能同時(shí)生成多層軌跡。

底壁銑中，指定切削區(qū)域底面時(shí)，只能選擇實(shí)體中的平面，并且可以同時(shí)選擇多個(gè)面，設(shè)置較為簡(jiǎn)單。

教師對(duì)翻轉(zhuǎn)課堂的了解情況：熟悉了解占25.9%，基本了解的比例為39.6%，不太了解的比例為34.5%；教師對(duì)微課的了解情況：熟悉了解37.9%，基本了解46.6%，不太了解15.5%； 教師對(duì)慕課的了解情況：熟悉了解17.2%，基本了解31%，不太了解51.7%。

“平面輪廓銑”的軌跡，可以根據(jù)需求選擇要加工的邊界，能夠避免重復(fù)加工的情況，但不同高度的輪廓軌跡要通過多次設(shè)置生成。選擇邊界曲線時(shí)，還要設(shè)置邊界類型、刀具側(cè)和平面等參數(shù)，操作步驟較多。

由此可見，“深度輪廓銑”設(shè)置更便捷，可以不指定或少指定切削區(qū)域，就能生成輪廓軌跡，適合切削實(shí)體上的直壁或斜壁加工。

mill_planar主要適用于平面和直壁加工，mill_contour主要適用于開粗、輪廓和曲面加工。各工序相互獨(dú)立又各有特點(diǎn)。

輪廓加工時(shí)，優(yōu)先選擇“深度輪廓銑”工序，但遇到定向加工或沒有實(shí)體輪廓時(shí)，只能選擇“平面輪廓銑”工序。

1.3 開粗加工工序

開粗加工是指對(duì)毛坯逐層去除大部分多余材料，留下均勻余量的過程。常用的粗加工工序?yàn)椤靶颓汇姟焙汀捌矫驺姟薄?/p>

型腔銑是全局加工，通過設(shè)置較少的參數(shù)，就可以生成等高的刀路軌跡，用于大部分零件的粗加工，包括各種形狀復(fù)雜的零件粗加工，操作步驟少，設(shè)置簡(jiǎn)單易掌握。

蒸汽低溫烹飪對(duì)烤雞翅嫩度的影響如圖2所示。結(jié)果顯示，SV 60+Roast、SV 70+Roast、SV 80+Roast組烹飪的雞翅剪切力均顯著低于Roast烹飪組(p<0.05)，但SV 60+Roast、SV 70+Roast、SV 80+Roast組烹飪的雞翅的剪切力差異不明顯(p>0.05)。剪切力越大，表明肌肉的嫩度越差，口感越差。

平面銑必須指定“部件邊界”、“毛坯邊界”和“指定底面”才能生成刀路軌跡，其他參數(shù)與“型腔銑”類似，只適用于帶直壁的零件粗加工。該工序要求操作者對(duì)部件和毛坯邊界的概念非常清楚，如果邊界參數(shù)選擇錯(cuò)誤，可能會(huì)生成過切的刀路軌跡。

分別用兩種方法生成粗加工軌跡，“型腔銑”的軌跡，不需要指定切削區(qū)域，設(shè)置好余量參數(shù)后，會(huì)在底面和側(cè)壁留下規(guī)定余量，加工結(jié)果如圖4所示，操作步驟簡(jiǎn)單。

“平面銑”的軌跡，指定好部件、毛坯邊界和余量后，只會(huì)在側(cè)壁留下余量，作為部件邊界的面無余量。

因此，測(cè)試化妝品防曬指數(shù)（SPF值）時(shí)首先需要確定受試者的最小紅斑量（MED），目前，國(guó)內(nèi)外主要通過以下幾種方法確定MED。

習(xí)近平綠色發(fā)展理論深刻體現(xiàn)了“以人為本”的思想理念。人的自由全面發(fā)展是我黨所有建設(shè)的最終目的，如果因追求單純的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)而忽略了人的整體利益和人民群眾的地位作用，就本末倒置了。綠色發(fā)展堅(jiān)持人民主體地位，充分肯定了人民群眾在社會(huì)發(fā)展中的主體作用。

第一，銀行信任對(duì)小微企業(yè)信貸可獲得性的影響。如前文所述，信任有助于減少銀企之間的信息不對(duì)稱程度、代理問題及交易成本，當(dāng)銀行進(jìn)行信貸決策時(shí)，信任不僅可以鞏固對(duì)小微企業(yè)的信用評(píng)價(jià)，還可以提升決策的有效性和合理性。本文并不認(rèn)為信任是決定銀行貸款決策的主要因素，但可作合理假說，銀行對(duì)小微企業(yè)的信任與最終貸款發(fā)放的可能性呈正相關(guān)。

“平面銑”的操作更加靈活，可以不進(jìn)行實(shí)體造型，只需線框就可以生成粗精加工的軌跡，計(jì)算時(shí)間短，編程效率高。

在進(jìn)行開粗加工時(shí)，優(yōu)先選擇“型腔銑”工序，遇到形狀不復(fù)雜，要進(jìn)行快速編程時(shí)，可不進(jìn)行實(shí)體造型選擇“平面銑”工序。

1.4 曲面加工工序

平面是指垂直于刀軸(通常為Z軸)的面，一般分兩種類型：開放區(qū)域和封閉區(qū)域。開放區(qū)域分全開放和半開放區(qū)域,是指面的周圍沒有或部分邊沒有側(cè)壁限制，加工時(shí)刀具可以超出面的邊界，如圖1所示。封閉區(qū)域又分半封閉和全封閉，面的周圍有部分邊或全部邊受側(cè)壁限制，加工時(shí)刀具不能超出該邊界。

近年來流行的翻轉(zhuǎn)課堂（The fl ipped classroom or flipping the classroom）取向，其實(shí)就是在使用這個(gè)原理，把學(xué)與教的程序逆轉(zhuǎn)，把本來要講的東西讓學(xué)生在實(shí)踐與自我主導(dǎo)的情況中自我發(fā)現(xiàn)。例如，本來要教授北京的歷史建筑，教師可以先不教，而是把它變成一個(gè)小研究，將學(xué)生分組，讓各組學(xué)生找一個(gè)有興趣的歷史建筑（實(shí)踐式）去研究（發(fā)現(xiàn)式）與自學(xué)（自主學(xué)習(xí)），將學(xué)習(xí)成果繪成海報(bào)，以報(bào)告的形式與其他組分享。這個(gè)倒轉(zhuǎn)的方法，便可達(dá)到實(shí)踐、發(fā)現(xiàn)與學(xué)生主導(dǎo)的目的。

曲面加工通常是半精加工或精加工，需要指定切削區(qū)域。區(qū)域輪廓銑提供多種驅(qū)動(dòng)方法，非陡峭切削模式也有很多選項(xiàng)，可根據(jù)曲面形狀特點(diǎn)進(jìn)行選擇。

由此可見，“型腔銑”的設(shè)置更簡(jiǎn)單，適合于各種零件形狀的開粗加工，應(yīng)用廣泛，滿足多種需求。當(dāng)“切削模式”設(shè)置為“輪廓”時(shí)，可以完成直壁或斜度不大的側(cè)壁精加工；當(dāng)“公共每刀切削深度”為“0”時(shí)，可完成平面的精加工；通過限定切削范圍，可以進(jìn)行角落的清角加工

。但型腔銑只能用于實(shí)體模型的開粗加工，沒有實(shí)體無法生成軌跡。

一方面,若A∈ξ-1(O),即ξ(A)∈O,{ξ(A)}∩O≠?,顯然clY{ξ(A)}∩O≠?,由clY{ξ(A)}=clYf(A),于是clYf(A)∩O≠?,易證f(A)∩O≠?,于是A∩f-1(O)≠?,又A∈csX,A∈cs(f-1(O))。

以典型的凸球面為例，分別用兩種方法生成加工軌跡，如圖5所示。球面的頂部較平坦，頂部往下越來越陡峭，兩工序設(shè)置相同加工參數(shù)，“深度輪廓銑”的軌跡頂部稀疏底部稠密。加工結(jié)果是陡峭區(qū)域表面質(zhì)量較好，而平坦區(qū)域殘余較多。

“區(qū)域輪廓銑”的軌跡正好相反，頂部平坦的區(qū)域軌跡稠密，表面質(zhì)量較好，越往下軌跡越稀疏，殘余越多。

由此可見，“深度輪廓銑”適用于陡峭曲面加工，設(shè)置簡(jiǎn)單；“區(qū)域輪廓銑”適用于平坦曲面加工，選項(xiàng)較多，可針對(duì)曲面形狀生成相應(yīng)軌跡。

對(duì)于既有平坦又有陡峭的曲面，使用單一加工工序無法滿足加工要求，需要通過設(shè)置“陡峭空間范圍”參數(shù)，將兩工序組合使用，如圖6所示，從仿真結(jié)果可看出，沒有殘留余量，表面質(zhì)量好。

根據(jù)曲面的類型選擇加工工序，平坦面選擇“區(qū)域輪廓銑”；陡峭面選擇“深度輪廓銑”；即有平坦面又有陡峭面時(shí)，要設(shè)置陡峭空間范圍和角度來組合加工工序，角度以45°為宜，也可根據(jù)曲面形狀進(jìn)行設(shè)置。

在高動(dòng)態(tài)環(huán)境下,當(dāng)信號(hào)頻率快速變化時(shí),EKF結(jié)合鎖相環(huán)也可以具有很好的仿真效果。我們通過仿真模擬高動(dòng)態(tài)環(huán)境,即多普勒頻率變化率為500 Hz/s,信噪比為-20 dB時(shí),本文算法對(duì)信號(hào)的跟蹤效果如圖5所示。

2 曲面加工應(yīng)用實(shí)例

2.1 技能競(jìng)賽樣題加工

圖7為某年的全國(guó)數(shù)控技能大賽樣題，從圖中可以看出，該零件主要考查參賽者對(duì)常規(guī)零件加工方法的應(yīng)用。加工內(nèi)容包括平面、直壁、槽、孔、球曲面和凸曲面，表面粗糙度要求Ra3.2。

各工步對(duì)應(yīng)工序方法如表1所示：

評(píng)估結(jié)果要綜合配套運(yùn)用納稅輔導(dǎo)、風(fēng)險(xiǎn)提醒、納稅人自我糾正、稅收核定、反避稅、稽查等漸進(jìn)措施，規(guī)范風(fēng)險(xiǎn)處理方式。同時(shí)，將評(píng)估結(jié)果作為企業(yè)信譽(yù)等級(jí)的評(píng)價(jià)內(nèi)容，對(duì)納稅人按照國(guó)家稅務(wù)總局有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行納稅信譽(yù)等級(jí)評(píng)定。在科學(xué)評(píng)估的基礎(chǔ)上，對(duì)不同種類的納稅人提供分類管理服務(wù)，為信譽(yù)等級(jí)好的納稅人提供個(gè)性化服務(wù)，并利用納稅人信息，及時(shí)鑒別出可能會(huì)出現(xiàn)涉稅違法違紀(jì)行為的風(fēng)險(xiǎn)納稅人，從而提高稽查選案的準(zhǔn)確率，實(shí)現(xiàn)全面納稅評(píng)估，重點(diǎn)稅務(wù)稽查。

此零件為大賽設(shè)計(jì)，各加工內(nèi)容具有典型性。要求在盡可能短的時(shí)間內(nèi)加工出合格產(chǎn)品，因此走刀路徑要求最短。

輪廓加工如果選擇“深度輪廓銑”，會(huì)出現(xiàn)重復(fù)走刀和多余軌跡等問題，如圖8所示。

選擇“平面輪廓銑”更符合加工要求，可以根據(jù)實(shí)體邊界生成加工軌跡，所有的輪廓軌跡路徑最短且無重復(fù)走刀。同時(shí)也能考察操作者對(duì)軟件的熟練程度。

2.2 機(jī)殼型芯加工

圖9為某企業(yè)注塑模機(jī)殼模具中的型芯。模具的特點(diǎn)是形狀較復(fù)雜，曲面較多，大多帶有拔模斜度，需要用數(shù)控加工中心加工，不滿足銑削工藝的還需要電火花補(bǔ)充加工。

該型芯有些部位需要電火花補(bǔ)加工，所以要對(duì)模型進(jìn)行補(bǔ)面操作，結(jié)果如圖10所示。加工內(nèi)容包括分型面、凹槽、曲面和流道。

各工步對(duì)應(yīng)工序方法如表2所示：

曲面的半精加工如果選擇常用的“區(qū)域輪廓銑”，可以獲得更好的表面效果，如圖11所示，但加工時(shí)間較長(zhǎng)，改為“深度輪廓銑”，從仿真結(jié)果看表面質(zhì)量并不理想，但用時(shí)縮短三分之一，半精加工不需要考慮表面質(zhì)量，選擇速度更快的“深度輪廓銑”，即不影響最終的加工質(zhì)量，又能提高生產(chǎn)效率，這需要操作者的加工經(jīng)驗(yàn)，從生產(chǎn)全局考慮問題。

模具加工通常表面質(zhì)量要求高，加工工步多，具批量不高。根據(jù)產(chǎn)品形狀特點(diǎn)選擇加工工序，可以有效提高生產(chǎn)效率。

3 結(jié)束語

UG NX軟件是企業(yè)常用的數(shù)控加工編程軟件，軟件提供了多種加工工序，怎樣更快的加工出合格產(chǎn)品是我們要研究的問題，這需要操作者的加工經(jīng)驗(yàn)和對(duì)軟件的熟練程度，選用合適的工序方法可以達(dá)到事半功倍的效果。實(shí)踐證明，掌握這些經(jīng)驗(yàn)和方法對(duì)提升操作者的編程水平有很大幫助，值得推廣和使用。

[1]王衛(wèi)兵 王金生. UG NX8數(shù)控編程學(xué)習(xí)情境教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2017.

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