基于UG的三維數(shù)字化工藝在單件小批量生產(chǎn)中的應(yīng)用

摘 要：隨著制造業(yè)的快速發(fā)展，單件小批量生產(chǎn)模式越來越受到關(guān)注。在這種生產(chǎn)模式下，利用數(shù)字化工藝技術(shù)可以提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率。文章以UG三維軟件為基礎(chǔ)，研究了數(shù)字化工藝在單件小批量生產(chǎn)中的應(yīng)用。通過UG軟件表達(dá)工序內(nèi)容、數(shù)控刀具、數(shù)控程序、切削參數(shù)以及三維標(biāo)注，實(shí)現(xiàn)了可視化工藝表達(dá)。同時(shí)，利用UG的加工仿真功能驗(yàn)證了工藝過程、刀具和程序的可操作性和可視化性。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化工藝；UG三維軟件；單件小批量生產(chǎn)；加工仿真；可視化

Application of 3D Digital Process Technology

in Single-piece Small-batch Production Based on UG

Yu Qingfeng Zhang Libin Zhang Hongyan Liang Bing

（Inner Mongolia First Machinery Group Co.，Ltd.，Baotou，Inner Mongolia 014030）

Abstract：With the rapid development of manufacturing industry，the single-piece small-batch production mode is increasingly being paid attention to.In this production mode，the use of digital process technology can improve product quality，reduce production costs，and improve production efficiency.This paper studies the application of digital process in single-piece small-batch production based on UG 3D software.By expressing the process content，CNC tools，CNC programs，cutting parameters，and 3D annotations in UG software，it achieves visual process expression.At the same time，it verifies the operability and visualization of the process，tools，and programs with the machining simulation function of UG.

Key words：digital process;UG 3D software;single-piece small-batch production;machining simulation;visualization

1 UG三維軟件功能簡(jiǎn)介

西門子公司的UG軟件作為業(yè)界領(lǐng)先的CAD/CAE/CAM技術(shù)開發(fā)平臺(tái)，通過高性能的數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)能力把從設(shè)計(jì)到制造流程的各個(gè)方面集成到一起，為所有產(chǎn)品開發(fā)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更高的生產(chǎn)效率提供了更為強(qiáng)大的動(dòng)力，其中的每一種應(yīng)用模塊都提供了一流而高效的功能和工作流程?；谌S的結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)需要一個(gè)緊密集成的三維工具，在工藝結(jié)構(gòu)建立過程中，工藝所需要的工藝對(duì)象，設(shè)備、刀具、量具、夾具、輔具、輔料等物料對(duì)象都能與UG關(guān)聯(lián)，直接選擇UG創(chuàng)建的三維對(duì)象。在UG三維對(duì)象變化后，工藝能夠更快直接完成更新。

2 單件小批量數(shù)字化生產(chǎn)的背景

隨著數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展，我公司的產(chǎn)品已從設(shè)計(jì)到工藝、生產(chǎn)已經(jīng)全部實(shí)現(xiàn)了三維化。而數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用在公司內(nèi)還是停留在簡(jiǎn)單應(yīng)用上，各個(gè)零部件的技術(shù)狀態(tài)、質(zhì)量生產(chǎn)效率等受技能工人的技能水平影響，沒有形成統(tǒng)一的技術(shù)文件。數(shù)控程序多樣、多變，數(shù)控刀具混亂，首件調(diào)試占機(jī)時(shí)間長(zhǎng)，換產(chǎn)效率極低。公司作為以車輛傳動(dòng)、懸掛、動(dòng)輔、大型精密結(jié)構(gòu)件和裝配等為核心的一整套綜合機(jī)械制造企業(yè)，各類產(chǎn)品需要反復(fù)交叉作業(yè)，屬于單件小批量生產(chǎn)的典型企業(yè)，有效縮短單件加工時(shí)間，尤其是首件加工時(shí)間，縮短輔助時(shí)間是提高加工效率的最有效手段。同時(shí)，規(guī)范數(shù)控程序、數(shù)控刀具的應(yīng)用，減少準(zhǔn)備時(shí)間，實(shí)現(xiàn)快速換產(chǎn)，利用三維軟件實(shí)現(xiàn)典型零件全流程的數(shù)字化管理也是未來制造業(yè)向智能化發(fā)展的重要數(shù)據(jù)支撐。

3 單件小批量生產(chǎn)中的數(shù)字化工藝應(yīng)用

3.1 建立或者導(dǎo)入三維模型

利用UG三維軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)字化工藝首先需要在UG軟件中創(chuàng)建或?qū)胄枰M(jìn)行工藝編制的零件三維模型，UG擁有最全面和最具有生產(chǎn)力的CAD解決方案，支持廣泛的各種建模技術(shù)，支持參數(shù)化特征設(shè)計(jì)，可對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行精確的定義，對(duì)于復(fù)雜零件可以采用參數(shù)化建模方式簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過程。

3.2 零件結(jié)構(gòu)分析及創(chuàng)建工藝順序

對(duì)零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，需要確定加工內(nèi)容上存在的特征及加工順序。首先需要根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)功能和及技術(shù)要求修改模型（一般采用尺寸中差修改，如果需要進(jìn)行尺寸鏈計(jì)算的按照計(jì)算結(jié)果修改），包括分析孔、槽、凸臺(tái)等特征的尺寸、位置關(guān)系、加工難度等。其次根據(jù)分析結(jié)果創(chuàng)建工藝樹，工藝樹包含了所有加工過程的順序和相關(guān)信息，如加工方法、機(jī)床、刀具等信息（UG10.0以上版本已支持漢字表達(dá)）

3.3 編寫加工過程

UG具有2至5 軸銑加工，車削加工，多功能加工（車銑復(fù)合），線切割，鉆削加工等各種加工功能，且每個(gè)功能均提供豐富的加工策略。在工藝樹中編寫每個(gè)加工過程的詳細(xì)信息。包括加工類型（如粗加工、精加工）、加工順序、切削參數(shù)（如轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量刀具直徑等）、刀具路徑（為了統(tǒng)一管理在軟件中的刀具命名規(guī)定命名規(guī)則、建立刀具庫(kù)）等。

3.4 UG加工仿真模擬

在UG軟件中進(jìn)行仿真模擬，驗(yàn)證工藝參數(shù)和刀具路徑的正確性。仿真過程中觀察切削過程、刀具與工件的干涉情況，以及加工時(shí)間、刀具壽命等指標(biāo)。UG提供了高級(jí)的機(jī)床仿真功能，采用人機(jī)交互方式，模擬 NC 的G代碼程序，將后置處理生成的G代碼可以在機(jī)床仿真模塊中進(jìn)行真實(shí)的模擬驗(yàn)證，檢查刀具干涉，工件碰撞，機(jī)床行程限制，工件過切，殘余量實(shí)時(shí)測(cè)量等。為了更接近實(shí)際情況的模擬建立實(shí)體刀具和機(jī)床模型。

3.5 編制工藝文檔、可視化操作說明書

根據(jù)仿真結(jié)果，編制工藝文檔、可視化操作說明書、工序卡片，在表達(dá)過程中采用三維標(biāo)注模式，利用UG三維軟件的二次開發(fā)或者星空外掛生產(chǎn)可視化操作說明書，在說明書中利用3D工序模型視圖、2D投影圖，或直接在卡片中繪制工序圖。文檔中體現(xiàn)的工藝路徑、工藝參數(shù)、刀具規(guī)格等信息能夠指導(dǎo)車間的快速生產(chǎn)，同時(shí)也用于培訓(xùn)操作人員。在此過程中需要準(zhǔn)確地了解加工機(jī)床的各項(xiàng)參數(shù)（工作行程、工作臺(tái)大小、T型槽的規(guī)格尺寸、機(jī)床零點(diǎn)、刀具容量等信息）。

4 實(shí)施效果

經(jīng)過一段時(shí)間的實(shí)施，對(duì)于每年需要加工幾萬種各類產(chǎn)品的企業(yè)來說，提高了首件加工效率，節(jié)約了編程時(shí)間和數(shù)控刀具準(zhǔn)備時(shí)間。規(guī)范了加工流程，減少了差異化加工，提高了產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。同時(shí)降低了刀具的重復(fù)訂購(gòu)，節(jié)約了制造成本，為同類產(chǎn)品打下了技術(shù)積累。通過驗(yàn)證，各項(xiàng)產(chǎn)品提升加工效率1～2倍，能夠滿足各項(xiàng)產(chǎn)品的生產(chǎn)和研制進(jìn)度要求。

5 結(jié)論

通過對(duì)基于UG的三維數(shù)字化工藝在單件小批量生產(chǎn)中的應(yīng)用研究，利用UG三維軟件編制數(shù)控工藝的過程涵蓋了從零件三維模型創(chuàng)建、工藝樹搭建、加工過程編寫、仿真模擬到工藝文檔編制等多個(gè)環(huán)節(jié)，利用UG軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)字化工藝的可視化表達(dá)，提高了工藝信息的傳遞效率和準(zhǔn)確性、利用UG加工仿真功能驗(yàn)證了工藝過程、刀具和程序的可操作性和可視性，降低了數(shù)控程序的出錯(cuò)率、通過數(shù)字化工藝的應(yīng)用，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和一致性，適應(yīng)了企業(yè)快速發(fā)展的需求、提出了一種快速投產(chǎn)的方法，利用數(shù)字化工藝組織生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率、為進(jìn)一步優(yōu)化數(shù)字化工藝在單件小批量生產(chǎn)中的應(yīng)用提供了理論指導(dǎo)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。實(shí)現(xiàn)了企業(yè)實(shí)時(shí)對(duì)生產(chǎn)過程的精確控制、大幅度提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。對(duì)于提高單件小批量生產(chǎn)模式下的產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率具有參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

［1］劉殷杰，李文昊，蒲瑤，等.基于Teamcenter的彈箭產(chǎn)品三維數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)技術(shù)研究［J］.機(jī)床與液壓，2022，50（1）：117-120.

［2］賈睿，張四清，王登福，等.大型裝備制造企業(yè)基于“鉗式管理”的綠色生產(chǎn)體系［J］.國(guó)企管理，2020（15）：86-91.

［3］邵春宇，季佳培，郭瑩，等.基于飛機(jī)三維模型的數(shù)字化工藝研究與應(yīng)用［J］.機(jī)械工程師，2023（4）：119-122.

［4］呂昆侖.基于MBD的機(jī)加三維數(shù)字化工藝研究［D］.北京：清華大學(xué)，2021.

（責(zé)任編輯 郭曉勇）