淺談基于UG的數控加工技術

王丹++高剛毅

摘 要：本文介紹了數控技術的概況，包括數控技術的發展、現狀及發展趨勢。簡要敘述了利用UG軟件進行設計和數控加工編程的一般過程。

關鍵詞：數控技術；數控加工；UG；先進制造技術

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

1 引言

數控技術在工業加工中屬于先進的零部件加工技術，而技術的先與否能直接影響著國家在國際上工業加工的重要地位，同時其水平的高低也作為先進制造技術的核心，關系到國家戰略地位和體現國家綜合國力的重要基礎性產業，其水平高低是衡量一個國家制造業現代化程度的核心標志，因此加工機床及生產過程數控化，己經成為當今制造業的發展方向。

2 數控技術的發展趨勢

（1）模塊化、專門化與個性化。為了適應現今數控機床自身的特點，對其機床進行模塊化，并對其數控功能予以功能化。為了提升數控機床的操作技術能被廣泛的應用，在實際的工作中，應對機床自身技術的出售價格進行合理的制定，進而實現機床性能的優化。另外，硬件中各組件的模塊化能為實現工業數控系統標準化起到促進性的作用。按照實際不同功能方面的需求，把基本模塊的型號進行統一，通過這種積木形式的改進，進行功能方面的修正，能實現適當的裁剪，并使得機床當中模塊的相應得到控制，進而形成不同檔次機床加工系統。

（2）智能化。該方面的內容主要指的是擬人智能，在數控機床加工的系統進行適當的處理，能在很大程度上增強機床自身的性能。智能化的數控機床加工系統在實際的作業中，通過對加工精度進行適當的檢測和建模，根據實際的加工狀況制定實現加工和成產目標的決策，對加工原料進給速度和切削深度的工藝參數予以控制，能促使機床的實際加工保持在最好的狀態，這樣不僅能提升加工的速度和質量，同時為機床后續的維修和養護提供了的重要的保障。

（3）網絡化和集成化。在科學技術迅速發展下，工業加工和生產逐漸趨向網絡化發展，通過自動化系統和移動網絡通信技術的充分結合，為遠程控制機床的生產和加工提供了重要的保障。網絡數控機床系統在實際應用的過程中，在信息技術的輔助下，能對正在工作和即將工作的機床進行遠程控制。不僅如此，在實際的工作中，還能實現對機床故障的檢測和維修，采用網絡化和集成化的技術之后，能為機床加工工廠降低一大部分的支出費用。

（4）開放化。具有高性能和超高性價比的開放化系統的研究，其重要的部分是將NC本身與分布式DNC的信息控制系統進行充分的結合。現階段，國內的廣大數控機床系統的研究人員對開放化的系統進行開發，其中以型號為華中I型具有強的代表性，其主要利用工業當中PC機當中適配器卡的系統結構，其主要的建設基礎是通用32位型號的工業PC機與DOS平臺當中的開放形式體系結構為依據，在實際應用中具有較好的模塊化與層次化的優勢。

（5）高速、高效、高精度、高可靠性發展方向。在現今的工業領域中，高速與高效的機床系統正向著高速化進行發展，在近幾年的發展中可以看出從精密加工到超精密加工發展中耗費的時間較短，而加工的精準度也得到逐步的升級。高可靠性性能的機床在相對惡劣的環境下，能實現正常工作。這樣的特點，在未來的發展中將是重點的發展趨勢。

3 應用UG軟件設計與制造

UG屬于現今走在先進前列的加工控制軟件，該軟件能從事概念方面設計、工業產品的設計工程仿真等領域當中。

（1）UG軟件的CAD功能。UG軟件CAD模塊的建模方式是一種復合形式的模型建立，其優勢是在設計的各個環節中，能提供較強的靈活性。并在實際操作當中為機床系統提供支持不同操作工具。在操作和作業的過程中，使用的終端用戶能按照最初的設計方向，進行模型的建立。并能搭建其參數化的加工模型，終端用戶能通過編輯的相應參數對模進行不斷的修改，進而獲得最終的版本。UG系統軟件能夠提供便捷的操作方式，充分的集合了傳統機床加工和參數化。有些時候只有一個簡單的線框模型就足夠了，不需要構建復雜的約束實體模型。不過，建模模塊在實際應用的過程中，還提供了不同形式參數化建模形式，并具有傳統實體形式的建模能力，在應用之后，能增強建模的簡便性和易操作性。

（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。由于加工工藝設計需要加工工藝信息，而UG的CAD功能中不能實現在實體造型時加入加工特征信息，所以使用CAD功能擴展把加工工藝信息以屬性的形式添加到零件模型當中。CAD功能擴展是通過UG軟件的二次開發功能實現的。零件信息模型是為加工工藝設計和刀具軌跡提供必要的零件信息，它是通過零件信息識別功能從CAD的零件造型和CAD功能擴展提取出這些必要的零件信息的。零件信息識別是通過UG軟件的二次開發功能實現的。國內外對于零件信息識別進行了很多的研究，現在多數采用特征識別，特征識別要求CAD系統必須能夠進行特征建模或者通過一定的特征識別算法來識別加工特征。特征識別在回轉體零件的識別上已經有成功的例子，但它對非回轉體的識別還有一定的局限性，難以滿足零件信息處理的要求。

（3）加工工藝設計。在使用先進加工技術之后，能獲得機床加工數據，主要的方式以下兩種：1）在本系統的輔助下，利用創成的成型的工藝設計模式，得到工藝數據，在實加工的過程中可以自動的形成加工工藝。其先通過對將要加工零件屬性的識別，從這些信息中篩選出能支撐零件加工的信息模型，并作為工藝實際邏輯決策樹的依據，在加工之前，對工藝決策的可行性進行推理。進而生成工藝數據，主要以關系表的形態存儲到數據庫當中。還提供了工藝修改的相應功能，能對自動形成的工藝規劃予以適當的調整。2）自動編程模塊需要加工工藝數據，能從其它CAPP系統中讀取或手工輸入。工藝數據庫中包含了進行工藝決策時使用到的工藝知識，這些知識可以使用數據庫來進行表示，如刀具、進給量、切削速度信息等。工藝決策邏輯以決策樹的形式表現，決策樹包含工藝決策、工具選擇、切削用量選擇等知識，如確定工序、工步的內容及順序的規則、選擇刀具、進給量、切削速度的規則。加工工藝設計是基于工藝決策可以自動生成工藝規程，同時為了使整個系統有更強的實用性，對生成的工藝規程可以進行修改，使生成的工藝規程更加合理。加工工藝設計模塊中的工藝決策雖然沒有采用專家系統型進行推理，但在設計過程中，借鑒了許多專家系統的技術，如知識的表示、框架推理等，這樣使工藝決策的表達和描述都非常的方便和清晰。加工工藝設計模塊的工藝決策是基于框架推理以決策樹的形式進行的，其過程包括確定毛坯、確定表面的最終加工方式、制定工藝路線、工藝設計等。

（4）UG軟件編程加工。數控自動編程模塊從數據庫中提取零件信息模型、加工工藝設計所提供的信息，在建立毛坯模型、刀具模型的基礎上，構造UG的加工環境，應用刀具軌跡決策自動完成刀具軌跡生成。然后進行刀具軌跡仿真，在加工過程仿真無誤后，通過利用針對使用機床的后置處理文件輸出適合該機床NC代碼。

1）刀具軌跡的自動生成。刀具軌跡的自動生成利用內部接口，工工藝信息，包括加工工序、刀具信息、從加工工藝設計模塊中讀取加切削參數、加工方式、加工對象幾何體等，調用UG內部函數設置加工環境配置和設置，創建操作對應的程序，把從加工工藝設計模塊中讀取到的切削參數賦給操作對應的切削參數選項，最后創建出刀具軌跡。

2）刀具軌跡的切削仿真。對于已經生成的刀具軌跡，可以進行實體形式的切削仿真，讓用戶在圖形方式下更直觀地觀察刀具地運動過程，以驗證各刀具軌跡參數設置的合理性。實體形式的切削仿真可以對工件進行比較真實的模擬切削，通過切削模擬可以提高程序的安全性和合理性。切削仿真以實際加工的時間并且在不造成任何損失的情況下檢查零件過切或者未切削到位的現象，通過實體切削模擬可以發現在實際加工過程時存在的某些問題，以便編程人員及時修正，避免工件報廢。通過實體切削模擬還可以反應加工后的實際形狀，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過程的最終目的是生成一個數控機床可以識別的代碼程序。數控機床的所有運動和操作是執行特定的數控指令的結果，完成一個數控加工一般需要連續執行一連串的數控指令，即數控程序。手工編程方法根據零件的加工要求按照所選數控機床的數控指令集編寫數控程序，直接輸入到數控機床的數控系統中。自動編程方法則不同，經過刀具軌跡計算出來的是刀位文件，而不是數控程序，因此，需要設法把刀位源文件轉換為特定機床能執行的數控程序，輸入數控機床的數控系統，才能進行零件的數控加工。把刀位源文件轉換成特定機床能執行的數控程序的過程稱為后置處理。

參考文獻：

[1]謝國明，曾向陽.UG CAM實用教程[M].北京：清華大學出版社，2003.

[2]趙波，龔勉，屠建中.UG CAD實用教程[M].北京：清華大學出版社，2004.

[3]王隆太.先進制造技術[M].北京：機械工業出版社，2003.

[4]陳曉英等.UG軟件在數控加工中的應用[J].機床與液壓，2006（01）：

64-66.

[5]張寶林數控技術[M].北京：機械工業出版社，1997.

[6]www.uggd.cn.[DB].