UG在高速切削加工技術中的應用分析

摘要：中國制造2025戰略提出后，機械制造業正朝著綠色高速切削的方向發展。高速切削加工技術是一項綜合技術的應用，涉及到工藝參數的合理設置、機床技術、高速刀具等，已經在發達國家的生產加工中被廣泛應用，并且產生了很高的經濟效益。本文簡析了高速切削加工技術的特點和應用，基于UG的運用對系統提出了使用要求，歸納和總結了UG在高速切削加工技術中的應用，希望對業內同行提供一定的幫助和借鑒價值。

關鍵詞：UG;高速切削加工技術;造型;仿真

中圖分類號：TG76;TG506.1 文獻標識碼：A 文章編號：1005-5312（2019）24-0274-02

一、前言

2015年5月19號，我國提出中國制造2025戰略，提出一是國內制造業從大到強的轉變的需要。二是應對新工業革命的挑戰的需要，尤其是發達國家提出了一系列制造業振興規劃，包括再工業戰略。2019年2月16日在北京舉行的“中國經濟50人論壇2019年年會”，中國社科院工業經濟研究所所長黃群慧指出，現階段振興制造業，推進制造業效率的提升是我們走出中等陷阱的必要步驟。提高質量和精度，中國制造2025轉向制造業高質量發展也是制造業的發展趨勢之一，高速切削加工技術是以追求不斷提高加工精度為目標的工程科學與技術，是一種典型的高精制造技術。制造強國戰略本身對我們國家經濟發展的重大意義沒有發生改變。中美貿易摩擦背景下，美國把矛頭指向了中國制造2025.政策思路的轉變，從趕超對標轉向強調公平競爭，完善產業創新發展基礎的功能性產業政策的轉變，要弱化重點產業的領域選擇，尤其是要發揮好競爭政策的基礎作用。要發揮中國制造業的核心能力，為全球制造業發展做出原創性貢獻。

高速切削加工技術是先進實用的制造技術，是當前制造領域中常用的切削加工技術之一，高速切削加工的生產效率高、表面質量高、加工精度高，前景廣闊應用廣泛。隨著機械制造技術與制造理念的不斷發展，即便是傳統加工工藝難以處理的特殊材料的加工問題，在高速切削加工工藝應用下也可取得較好的加工效果。

但是高速加工并不是簡單地提高主軸轉速，它需要考慮刀具的走刀路線、數控編程的合理性和最優性，本文引入Uni-graph（簡稱UG）在高速切削加工中的應用分析，充分發揮高速銑削加工的特長，成倍提高切削生產的效率，改善零件的加工精度和表面質量，在一定程度上降低生產成本。

二、高速切削加工技術的特點和應用

機械切削加工技術正朝著綠色高速切削技術逐漸發展。起始于20世紀80年代，以高速切削速度、高進給速度和高加工精度為主要特征的高速切削加工技術，是近20年來迅速崛起的一項高新技術，屬于一種較為常見的綠色切削技術，目是的達到加工的優質、高產和低耗。切削參數的選擇和加工工藝的制定是否合理，直接影響到零件的加工質量和生產效率。

（一）高速切削加工技術的特點

1.高的加工質量

數控編程是高速切削加工技術的關鍵性工作，通過優化數控程序，減小復雜零件加工過程中所產生的橫向切削力，減小切削功率以降低數控機床的振動，保證基準和精準部位的加工，減小受迫振動和受力變形，提升零件的加工質量。

2.高的生產效率

高速切削加工技術不僅表現在高的加工質量，還表現在高的生產效率。在高速切削加工技術中，高的主軸轉速和進給速度是一大特點，工件與刀具的相對轉速達到3000r/min以上，切削速度超過普通切削的5到10倍，在進給速度方面，能比常規普車加工提高2-3倍，通過優化程序，減少輔助時間，增加單位時間材料的切除率，提高生產效率。

3.降低生產成本

高速切削加工技術因為其高的加工質量和高的生產效率，使得生產效益得以不斷提高。高速切削加工技術適合批量生產，高的切削速度縮短了加工時間，減少了資源的浪費，高速切削加工設備成本較高，高精密加工技術和大批大量生產可使生產設備成本減少，同時生產效率的提高，也可使生產成本降低。

（二）高速切削加工技術的應用

自20世紀90年代以來，高速切削加工技術主要應用于汽車生產中，其未來的應用范圍必將進一步拓展。高速切削加工技術具有較強優越性和先進性，其配套技術也得到了全面發展，使得轉速與進給速度及精確程度都不斷提升，切削力能夠降低30%，減小了切削熱的影響和切削變形。應用在粗加工中，選取大的背吃刀量和大的進給量快速去除加工余量，尺寸精度及表面粗糙程度方面的要求并不是很高，因此，主要是要求機床運行穩定，刀具平穩進給，產生軌跡不會有顯著形變發生，金屬切削過程沒有突變，不會發生大的沖擊。應用在精加工中，選取高的切削速度，保證加工精度、表面粗糙度和表面質量。適當降低背吃刀量，提高進給速度，合理設置加工順序和走刀路線，處理好階梯面、平面、曲面和過渡圓角的關系，充分發揮高速切削技術的優勢和特點。

（三）高速切削加工對UG系統的應用要求

引入UG滿足編程速度要求高、優化進給速度和快速修調的需求，可以實現復雜曲線和曲面的特色加工。系統滿足如下要求：自動快速加工，編程速度快，可優化系統工藝參數，具備防止過切和刀柄干涉檢查的能力，并且對于特殊加工要求，可提供相應的加工策略。

總之，切削速度及加速度必須控制在機床的承受能力范圍內，從加工刀軌質量控制、刀具過載問題控制、進刀或退刀運動控制以及程序處理速度的提高等方面著手，通過計算機仿真進行控制參數的設置和程序設計，實現工藝參數設置、修調和管理密碼設置管理，通過幾何計算和物理特性分析有效改善多功能數控機床的靜力、動力與熱力性能，提高高速切削加工時數控機床的精度，實現自動化、綠色化和智能化加工，較大地提升了零件加工的精度和表面質量。

三、UG在高速切削加工技術的應用

UG是先進、高端的面向機械制造業的加工軟件，是目前市面上最常用的曲面造型、高速銑削加工軟件，采用面向對象的統一數據庫和參數化造型技術，設計和制造周期都比較短，是高職院校機制專業的專業核心課。UG有許多功能模塊，基于約束的特征建模，具有強大的建模工具，能顯示幾何建模方法，可建立實體、曲線、曲面等對象，可拉伸、旋轉、鏡像、矩陣以及布爾運算、抽殼處理等操作，可對零件造型進行著色、消隱和干涉檢查，并從實體中提取幾何特性和物理特性。型腔銑是模具粗加工的常用方法，精加工是高速切削加工的最后工序。按照圖紙和零件的設計要求，實現最好的表面粗糙度和加工精度，走刀路線盡量最短，達到平穩安全高效的加工。

曲面輪廓銑是精加工常用的方法，UG在實體造型、曲面類幾何體的切削加工中，優勢明顯，能方便地實現模具花紋的2D和3D的線框模型及掃描實體，并可進行布爾操作和參數化編輯。UG軟件提高了中間造型的速度，減少造型的精度偏差，通過控制到軸、投射矢量和驅動方法，其刀軌就能沿著復雜的輪廓進行加工。通過粗加工給精加工留有很小的加工余量，是高速切削加工非常重要的一步。UG軟件進行3D造型和繪圖設計完成后，功能模塊將由零件文件所產生的刀具路徑文件轉換成NC文件，即生成數控加工程序，編制工藝計劃，然后通過連接機床的光纖傳送統一的有關數據或者將統一的文件傳輸格式拷貝到高速數控銑床上進行加工零件，實現信息集成和數據共享，并為后置處理作準備。借助計算機對零件結構、受力分析和加工精度進行模擬和仿真，不斷優化工藝參數，在正式加工零件前解決可能存在的問題，提高零件設計效率和加工質量，降低成本。

有些零件制造比較復雜，交貨期比較短，采用常規的數控加工，效率低、周期長。UG軟件提供了強大的二次開發功能，將以前眾多的成果文件整合到一起，統一指定菜單按鈕和工具欄按鈕，實現個性化設置快捷鍵、下拉菜單和對應的工具條，通過兩只手的配合，達到快速畫圖的目的，減少輔助時間，提高工作效率。UG軟件具有自動化、高效性的特點，能較快計算出無過切刀具路徑，生成高質量的加工程序，減少操作者優化程序的時間，避免等待加工時間長的問題，保證高速機床能夠高效的運轉。在高速切削加工中，刀痕問題是一大難題。加工完零件后，其表面會留有接刀痕，而高速切削加工中又不能用最常用的拋光方式去除刀痕，這就需要UG軟件應用在零件的精加工中來去除，刀具路徑圓弧差補，減小圓弧處進給速度，保證加工刀軌的光滑與平穩，獲得更好的圓角表面質量。為了延長刀具壽命，切屑載荷應保持不變。在輪廓面上不要有進退刀，即在輪廓面外進退刀，控制加工余量均勻，避免高速下的加工方向突變，遵循“小刀快跑”原則。高速刀具和機床技術是導致我國高速高效制造行業發展緩慢的另一大原因。

綜上所述，UG軟件具備概念設計、基礎設計和詳細設計的功能，具有的單一數據庫、參數化實體特征造型技術，通過計算機實現造型數據等資源共享，并為零件的集成制造提供了良好的平臺。UG軟件對零件進行造型和仿真，不僅提高了設計效率，而且縮短了設計周期和生產時間，輔助以并行加工技術，大大提高了高速切削加工的加工精度和表面質量。要定期更新計算機系統，優化內存和硬盤，確保各模塊的一致性，為實現并行工程提供了可靠的技術保障。

四、結語

UG軟件提高了零件的加工速度，縮短了設計及編程周期，在高速切削加工的應用得到業內人士的廣泛認可，是未來最具發展前途的加工技術之一。數字化、集成化的發展方向滿足高速加工要求，提高加工效率與加工精度。

21世紀以來，復雜類零件在生產中幾乎全部以五軸聯動中幾乎全部以高速切削的方式進行加工。高速切削加工技術是一種新型的先進加工技術之一，制造業中的應用十分廣泛和普遍，特別是對要求十分精準的航空航天、軍械、汽車、造船以及模具等行業，發展空間和前景十分廣闊。

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作者簡介：荊凱，四川建筑職業技術學院機電與信息工程系。