基于UG軟件的數控加工研究

馮銳

摘 要：隨著數控加工技術在機械制造領域的廣泛應用，以往存在的復雜、多變、小批量等零件加工問題均得到了有效解決，數控加工的效率與加工方案和加工參數的選擇和優化密切相關。文章主要對基于UG軟件的數控加工進行分析和探討，利用UG軟件建立3D模型生成數控代碼，將其應用于產品加工中，以便支持各類型數控機床，提供數控加工效率。

關鍵詞：UG軟件；數控編程；零件加工；3D模型

中圖分類號：TP319 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）20-0089-02

數控加工是一種新興的綜合性技術，即在工件加工前，利用計算機編寫程序生成刀具軌跡，并將程序輸入數控機床進行指令性加工，為保證零件加工達到預期效果，提高數控程序編制質量尤為必要。作為高端的CAD/CAM/CAE軟件，UG集成了多種功能，可為數控銑、數控車以及數控電火花線切割機編程，能夠節省編程時間，降低生產成本，同時程序的精確性和安全性得到有效保證，也有利于提高數控加工的質量和效率。

1 數控加工編程原理及UG軟件加工工藝分析

1.1 數控加工編程原理

數控機床的加工質量和使用效率直接取決于數控編程的質量，因此，明確數控加工編程原理尤為必要。作為一種高效自動化設備，數控機床的編程系統由CAM系統和數控加工設備兩部分組成，前者根據工件幾何信息計算數控加工軌跡，設置工藝參數，并為系統編制數控加工程序；后者按照數控程序指令完成各項工作動作。數控加工編程原理即根據數控程序提供的加工軌跡，由數控機床完成表面成型運動，獲取產品的表面形狀，其編程的核心工作是生成刀具軌跡和計算刀位點，刀軌插補誤差和殘余高度直接影響到數控加工的質量。由于數控加工類型的不同，刀位軌跡計算方法也不同。以截面法為例，刀具沿著截出的交線運動，可保證刀具與曲面的切點軌跡處在同一平面上，從而完成曲面的加工，其步驟為：偏置加工表面、選擇截平面選擇和計算刀位點。借助CAM系統編程，需結合該系統的特點，明確數控加工工藝路線，加工工藝流程為：毛坯→熱處理→通用機床加工→數控機床加工→通用機床加工→成品。

1.2 UG軟件加工工藝

UG軟件是屬于CAD/CAM/CAE高端軟件，其在實體造型、裝配、工程圖生成及數控加工等方面展現了強大的功能，現廣泛應用于機械制造領域，該軟件融合了實體造型、線框造型和曲面造型等多項技術，其加工模塊具有十分強大的計算機輔助制造功能，在此基礎上建立3D模型生成數控代碼對產品進行加工，處理程序后續操作可支持多種類型的數控機床，其自動編程過程為：建立零件輸血模型→確立加工數字模型→生成刀具軌跡→模擬加工→后置處理→數控加工程序→數控機床。以平面銑數控編程開發為例，首先要設置平面銑參數，然后加工幾何體，包括PG、BG、CG、TG和底平面，利用UG軟件仿真加工，PG、BG和底平面是必備元素，幾何加工均有邊界定義，可選用的加工方法較多，如單向切削、往復式切削、仿形零件、仿形外輪廓等，選定加工方法后，還要確定切削步距，即相鄰兩次走刀之間的距離，可選用刀具直徑、恒定值等步距指定方式，此外還要完成零件余量、增加側余量、零件材料、切削深度等設置。

2 基于UG軟件的數控加工程序及應用開發

2.1 數控加工程序

CAN零件設計過程中，可利用UG建模仿真功能完成零件仿真圖的模擬，而基于UG軟件的CAM模塊則是利用各數控加工過程仿真專業技術及NC編程實現演示材料的模擬，待進入加工模塊后，對刀具和加工路徑進行設置，然后由UG軟件提供零件加工模擬功能，并對已設置工藝參數的和合理性進行檢測，同時對數控加工前應完成的各項操作進行驗證。上述模擬達到預定要求，便可利用后處理程序生成數控代碼，形成刀位軌跡文件。因控制系統并不能直接識別G代碼、M代碼等數控指令，待產生刀位軌跡文件后，需要將其轉換成特定的數控指令，以驅動數控機床工作。由于不同數控設備組成的數控系統，其加工程序格式也存在一定的差異，應選用對應的后處理程序，對G代碼進行后處理，由此生成的數控代碼經適當修改后便可以供數控加工使用，此時利用UG后處理功能，即可生成NC文件。基于UG軟件的數控加工程序為：分析圖紙→利用實體、曲面等建立3D模型→確定加工部分及參數→選擇加工軌跡并仿真→產生G代碼→形成G代碼文件。

2.2 UG應用開發

UG應用開發借助UG軟件平臺，結合實際應用需求，開發面向行業及設計流程的CAD/CAM系統，其應用開發模塊可提供一個較為全面的應用開發工具集，實現對UG系統的的開發，能夠滿足數控機床的應用需求，該類開發工具由UG/Open API（應用編程接口）、UG/Open GRIP、UG/Open MenuScript及UG/Open UIStyler共4個部分組成，UG/Open API是UG軟件與外部程序之間的接口，提供函數集合并利用C/C++語言編程對其進行編程，可實現操作UG文件、創建用戶定義對象及交互式程序界面等功能，其函數類型包括tag-t、Structure type、Union type和Enum type等類型，供數控加工編程開發使用；UG/Open MenuScript是UG軟件用于定義菜單的腳本語言，無需開發C語言程序便可創建和修改UG的主菜單和下拉菜單，MenuScript函數由UG/Open API提供，通過該函數可定制菜單選項；UG/Open UIStyler是一種新開發的可視化工具，比以往應用的User Tools的功能還要強大，因其能夠自動生成C代碼和UIStyler文件，無需進行GUI編程，此類對話框編輯器可提供Radio Box、Scrolled Window、Push Button、Single Select List等多種控件，能夠節省開發時間，便于對控件屬性的修改。

3 基于UG軟件數控加工的應用實例

以手柄零件的車削加工為例，選用UGNX版本的UG軟件，分析其在數控加工中的實際應用情況。首先利用UG軟件獲取手柄CAD數據模型，在此基礎上建立3D實體圖；然后選擇“turning”設計加工方案，定義加工環境，確定加工對象和加工區域，通過模板和刀具庫選擇刀具并創建加工刀具尺寸參數，充分考慮待加工類型、表面形狀及部位尺寸大小等因素，明確切削順序、方向和余量等參數；根據參數計算刀軌，生成加工刀具路徑，并后處理輸出NC程序，基于不同廠商生產的機床硬件條件存在一定的差異，所選用的控制系統并不一致，即便是同一功能的控制系統也需要進行特定設置，否則后處理難以直接送至數控機床，也無法完成對零件的加工品，根據具體參數對源文件進行格式化，即可生成數控機床可識別的NC程序，從而滿足不同數控加工的特殊要求；最后是機床試切加工，由數控程序對試切件進行驗證，試切件用料以硬塑料、硬石蠟等為主，試切件可多次重復使用，有效降低成本。本次試驗中，通過對各加工程序的模擬，實現了數控程序的自動生成，而且有效控制了人為因素產生的誤差，產品的加工精度得到了有效保證。

4 結 語

綜上所述，基于UG軟件的數控加工，有效解決了編程數據來源問題，克服了以往數控語言編程存在的缺陷，有利于提高加工的質量和產品的制造能力，而且在實際產品加工中，能夠簡化生產流程，縮短生產周期，其在機械制造領域的應用前景十分廣闊。

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