基于UG參數(shù)化設(shè)計(jì)的數(shù)控車削編程

俞麗青

（通用電氣能源杭州有限公司，杭州311231）

1 引 言

Unigraphics（UG）是優(yōu)秀的面向制造行業(yè)的CAD/CAM/CAE 高端軟件，各模塊之間高端集成，形成無(wú)縫結(jié)合。運(yùn)用UG 強(qiáng)大的參數(shù)化設(shè)計(jì)功能，建立模型尺寸約束及拓?fù)潢P(guān)系，變化參數(shù)值，自動(dòng)改變圖形形狀，形成新的與原零件相似的零件模型。這能縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)的周期性，減少重復(fù)勞動(dòng)，提高設(shè)計(jì)效率。

同時(shí)在該設(shè)計(jì)產(chǎn)品的CAM 模塊中對(duì)參數(shù)化方法建立的模型進(jìn)行自動(dòng)編程，生成程序模板，針對(duì)不同的相似產(chǎn)品，一旦模型改變，重新生成刀具軌跡，輸出NC 程序，就可以完成新零件的編程工作。使新產(chǎn)品模型確立后就已完成相關(guān)數(shù)控編程工作，大大縮短編程人員的編程時(shí)間,降低生產(chǎn)成本,提高工作效率。

2 三維模型建立

圖1 車削零件圖

圖1 是一個(gè)回轉(zhuǎn)體零件圖，材料是Q235A，毛坯材料為內(nèi)徑、外徑及厚度各單邊留10mm 的環(huán)形零件。

2.1 零件分析

2.1.1 工藝方案

該零件為簡(jiǎn)單的回轉(zhuǎn)體，加工工藝方案如下：（1）夾外圓，車端面、內(nèi)圓及內(nèi)圓臺(tái)階面。（2）翻身?yè)蝺?nèi)圓，車外圓及端面。

2.1.2 建模前準(zhǔn)備

參數(shù)化模型包括尺寸約束和幾何約束，如果全尺寸約束，那么通過(guò)尺寸的改變，可以變化出不同結(jié)構(gòu)的形狀，對(duì)于零件設(shè)計(jì)具有相對(duì)的優(yōu)點(diǎn)，但由于該模型文件中需要建立編程模板，尺寸約束過(guò)多，不僅對(duì)參數(shù)的管理增加負(fù)擔(dān)，而且增加了編程的復(fù)雜性。因此在建立該零件模型時(shí)，不要過(guò)多引入圖紙以外的尺寸約束，采用尺寸約束和幾何約束相結(jié)合的方式建模。

表1 零件參數(shù)表

該零件內(nèi)外圓和高度在毛坯上均留有10mm 余量，為了尺寸約束簡(jiǎn)單，且便于余量調(diào)整修改，在此可引入余量參數(shù)S=10mm。

車削編程時(shí)，此零件的加工需要翻身，因此在編程時(shí)需要注意毛坯繼承關(guān)系，在建模時(shí)，提前關(guān)聯(lián)鏡像一個(gè)的草圖，第二工位的編程時(shí)不需要新建模型及截面線，可減少一定工作量。

車削需要設(shè)置車刀的進(jìn)退刀點(diǎn)，直接引用模型中任意一點(diǎn)，在變換零件時(shí)，該退刀點(diǎn)不會(huì)根據(jù)零件變動(dòng)，刀具軌跡會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，因此進(jìn)、退刀點(diǎn)也必須在草圖中進(jìn)行約束，利用參數(shù)自動(dòng)變更點(diǎn)位，進(jìn)、退刀點(diǎn)自動(dòng)跟隨模型變化。為簡(jiǎn)化參數(shù)，統(tǒng)一設(shè)置進(jìn)退刀點(diǎn)到端面及內(nèi)外圓的距離為H=20mm。

2.2 模型建立

新建一個(gè)part 文件后選擇合適的坐標(biāo)系位置進(jìn)入“Sketch”界面。

（1）草圖中畫出零件圖類似形狀的輪廓，并對(duì)各線段進(jìn)行幾何約束，運(yùn)用鏡像曲線命令，通過(guò)對(duì)稱軸對(duì)稱另一輪廓曲線。如圖2 所示。

（2）點(diǎn)擊“Delay Evaluation”命令，該命令可以保證曲線在添加尺寸時(shí)，不會(huì)跟隨尺寸變化形成另外的形狀曲線。根據(jù)圖1 添加各尺寸約束，為了管理參數(shù)簡(jiǎn)單化，尺寸名稱與參數(shù)名應(yīng)一一對(duì)應(yīng)。尺寸約束結(jié)束后，點(diǎn)擊“Evaluate Sketch”，曲線由于尺寸約束自動(dòng)變化成要求模型截面。如圖3 所示。

圖2 輪廓曲線創(chuàng)建

圖3 尺寸約束

（3）在已建好的零件輪廓周圍建立毛坯曲線，在適當(dāng)位置設(shè)置好進(jìn)、退刀點(diǎn)，并添加對(duì)應(yīng)的約束。如圖4 所示，毛坯及進(jìn)、退刀點(diǎn)添加約束時(shí)原則上以直接參數(shù)或者以參數(shù)組成的表達(dá)式為好，且進(jìn)、退刀點(diǎn)應(yīng)該從兩個(gè)工位上考慮其位置，結(jié)合關(guān)聯(lián)鏡像時(shí)，盡量減少點(diǎn)數(shù)量。

圖4 毛坯及進(jìn)、退刀點(diǎn)設(shè)置

（4）完成草圖后，用“Instance Geometry”命令關(guān)聯(lián)鏡像一個(gè)零件曲線，然后用“旋轉(zhuǎn)”命令生成零件模型。如圖5所示。“Instance Geometry”命令中“Associative”設(shè)置可以保證兩個(gè)零件曲線輪廓的關(guān)聯(lián)性。

圖5 關(guān)聯(lián)輪廓曲線

（5）在“Tool”下的“Expression”中，“Export Expressions To File”輸出表達(dá)是文件PT08.exp（本例中選用序8 零件參數(shù)）。用記事本打開(kāi)可得模型的所有參數(shù)表達(dá)式，如圖6 所示。從表達(dá)式可以看到，實(shí)際模型涉及到的參數(shù)只有表1 中A～G 及S、H 共9 個(gè)參數(shù)。可以在文件中去掉不相關(guān)的參數(shù)，對(duì)新模型不產(chǎn)生影響。

2.3 CAM 模板

進(jìn)入U(xiǎn)G CAM 模塊中，按照工藝方案建立兩個(gè)工位的程序，選擇適合的加工坐標(biāo)系，建立刀具，幾何體及加工操作，并生成程序軌跡。兩個(gè)工位生成的軌跡如圖7 所示。

圖6 參數(shù)文件

圖7 刀具軌跡

（1）在第一工位中，選擇零件幾何體時(shí)，用“Curve Boundary”選擇草圖中零件的曲線即可，毛坯用“From Curve”命令選擇，但是在第二工位中，零件幾何體選用關(guān)聯(lián)的鏡像曲線，而毛坯則需用“From Workspace”選擇，該命令使得第二工位的毛坯直接引用第一工位程序后的毛坯，可避免仿真出錯(cuò)。

（2）而在選擇進(jìn)、退刀點(diǎn)時(shí)，則必須選中在草圖中參數(shù)約束的點(diǎn)。

（3）程序軌跡生成后，進(jìn)行所有程序的仿真并經(jīng)過(guò)后處理生成適用于特定機(jī)床適用的數(shù)控程序。

3 其余零件程序生成

在輸出的PT08.exp 文件中，對(duì)應(yīng)參數(shù)表達(dá)式中尺寸用另外一個(gè)零件的參數(shù)尺寸替代，并保存修改后的文件。

在模型中“Tool”下“Expression”中選擇“Export Expressions From File”，導(dǎo)入重新保存的.exp 文件參數(shù)后，草圖即發(fā)生變化，同時(shí)實(shí)體模型更新成新的零件。

重新進(jìn)入CAM 模塊后會(huì)發(fā)現(xiàn)所有程序文件都出現(xiàn)發(fā)紅。此時(shí)，只要全部選中程序，右擊“Generate”彈出對(duì)話框，選“OK”后，新零件的程序軌跡全部自動(dòng)生成，然后再重新仿真一下，即可生成新零件的數(shù)控程序。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文介紹了用UG 基于草圖的參數(shù)化設(shè)計(jì)，維持模型的拓?fù)潢P(guān)系不變，并在CAM 中建立標(biāo)準(zhǔn)模塊，通過(guò)改變表達(dá)式中的參數(shù)值來(lái)實(shí)現(xiàn)模型的重建及程序更新的方法。該方法可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)類似或同系列的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，生成標(biāo)準(zhǔn)的零件庫(kù)，同時(shí)大大減少了同類型零件的重復(fù)編程工作，提高工作效率，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期。

［1］ 王澤鵬，等.UG 6.0 中文版數(shù)控加工從入門到精通［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

［2］ 王藝樹(shù)，張毅，梁強(qiáng).基于UG 的參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的研究和實(shí)現(xiàn)［M］.信息與技術(shù)，2009，38（2）：127-129.

［3］ 張黎驊，呂小蓉.UG NX 6.0 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造實(shí)用教程［M］.北京：北京大學(xué)出版社，2009.

（編輯 黃 荻）