UG/CAM數(shù)控車(chē)編程加工的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

施鑫煜

（廣東省南方高級(jí)技工學(xué)校，廣東 韶關(guān) 512000）

Unigraphics（簡(jiǎn)稱(chēng)UG）是EDS公司推出的全面產(chǎn)品工程解決方案中產(chǎn)品開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的旗艦產(chǎn)品。系統(tǒng)建立在統(tǒng)一的富有關(guān)聯(lián)性的數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上，提供了工程上的完全關(guān)聯(lián)性，實(shí)現(xiàn)并行工程CAD/CAPP/CAM的集成與聯(lián)動(dòng)。要提高企業(yè)數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)用水平，應(yīng)更多的了解和應(yīng)用UG所提供的數(shù)控加工編程功能。

1 UG/CAM數(shù)控車(chē)編程關(guān)鍵技術(shù)

UG/CAM系統(tǒng)通過(guò)參數(shù)化設(shè)計(jì)將特征造型與傳統(tǒng)的實(shí)體和曲面造型功能結(jié)合在一起，可以從簡(jiǎn)單的2軸加工到以5軸聯(lián)動(dòng)方式來(lái)加工極為復(fù)雜的工件表面，并可以控制和優(yōu)化數(shù)控加工過(guò)程。下面就以UG/CAM數(shù)控車(chē)編程加工為例介紹相關(guān)方面的關(guān)鍵技術(shù)。

1.1 UG/CAM數(shù)控車(chē)編程基本流程

UG/CAM用于產(chǎn)品零件的數(shù)控加工，一般操作流程為：首先是調(diào)用產(chǎn)品零件加載毛坯；然后創(chuàng)建和規(guī)劃加工程序；在定義加工對(duì)象（包括加工坐標(biāo)系、毛坯、零件和切削區(qū)域）前，一定要先設(shè)置車(chē)削加工截面；根據(jù)所加工產(chǎn)品零件的工藝要求來(lái)確定刀具參數(shù)；定義好加工內(nèi)容（車(chē)外圓、鉆孔、車(chē)內(nèi)圓等）并生成相應(yīng)的加工程序，用戶(hù)可依據(jù)加工程序的內(nèi)容和加工對(duì)象的具體要求來(lái)確定走刀方式、切削參數(shù)、進(jìn)退刀點(diǎn)、干涉面及安全平面等詳細(xì)內(nèi)容；最后依據(jù)上述內(nèi)容系統(tǒng)自動(dòng)生成刀路軌跡；仿真加工用于驗(yàn)證刀路軌跡的合理性，不合格的刀路軌跡可進(jìn)行相應(yīng)的編輯修改、拷貝等；待所有的刀路軌跡設(shè)計(jì)合格后，進(jìn)行后處理生成相應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)的加工代碼進(jìn)行DNC傳輸與數(shù)控加工。

1.2 數(shù)控編程模板

UG/CAM系統(tǒng)提供了加工程序模板、刀具模板、加工對(duì)象模板、切削參數(shù)模板和刀具軌跡模板。以lathe模板集為例，其中CAM設(shè)置下有“turning”“l(fā)egacy_lathe”2項(xiàng)。用戶(hù)可根據(jù)本企業(yè)的經(jīng)驗(yàn)創(chuàng)建自己的加工程序（粗、精加工）、刀具類(lèi)型、加工對(duì)象等編程模板。

1.3 刀具軌跡生成控制方式

UG/CAM系統(tǒng)提供了外圓加工、內(nèi)孔加工和螺紋加工等編程模塊，同時(shí)具有深孔加工功能，可以任意控制刀具走刀方向，粗精車(chē)內(nèi)外圓，車(chē)攻內(nèi)外螺紋以及車(chē)端面和槽等多種刀具軌跡控制方式。刀具軌跡的主要加工策略有：

（1）ROUGH_TURN_OD/ID粗車(chē)內(nèi)外圓

粗車(chē)內(nèi)外圓模塊功能包括平行于軸線(xiàn)的單向走刀、傾斜于軸線(xiàn)的單向走刀、單向輪廓走刀、單向徑向走刀（進(jìn)刀垂直于軸線(xiàn)，沿輪廓依次切削）、往返徑向走刀（先加工中間，再加工兩邊）、平行于軸線(xiàn)的來(lái)回走刀、繞輪廓的來(lái)回走刀、插入往復(fù)切削和徑向來(lái)回走刀等10種走刀方式。同時(shí)提供避開(kāi)夾具、安全余量、分層切削和一些操作機(jī)床輔助運(yùn)動(dòng)的指令，如冷卻、刀具補(bǔ)償和夾緊等。

（2）FINISH_TURN_OD/ID精車(chē)內(nèi)外圓

在粗加工中要留好精加工余量，利用精車(chē)內(nèi)外圓模塊功能，可以將零件加工至尺寸精度要求。精車(chē)內(nèi)外圓模塊功能包括僅車(chē)外圓、僅沿端面走刀、先外圓再端面、先端面在外圓、指向角度走刀、遠(yuǎn)離角度走刀、徑向走刀和加工所有面等8中走刀方式。

（3）PARTOFF車(chē)槽加工

車(chē)槽的關(guān)鍵在于清除切槽時(shí)所產(chǎn)生的切屑或使切屑斷裂。在徑向走刀方式下，UG/CAM系統(tǒng)提供多種斷削模式包括常量提刀斷削、常量退刀斷削、變量提刀斷削、變量退刀斷削等。

（4）CENTERLINE_SPOTDRILL鉆孔加工

UG/CAM系統(tǒng)提供的鉆孔加工包括鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔和攻螺紋等功能。鉆孔加工得關(guān)鍵在于排屑，系統(tǒng)設(shè)置了兩種排屑，即周期性提刀排屑和周期性退刀排屑。

（5）THREAD_OD/ID車(chē)螺紋加工

螺紋加工實(shí)際上是根據(jù)螺紋牙型的不同選取不同形狀的成型刀具的加工方法。其刀具軌跡取決于加工控制參數(shù)，包括進(jìn)退刀方向、最小安全距離、精車(chē)次數(shù)和光整走刀等。

1.4 刀軌修改

該模塊可在圖形方式下觀測(cè)刀具沿軌跡運(yùn)動(dòng)的情況并進(jìn)行圖形化修改，具有刀位文件復(fù)制、編輯和修改，定義刀具、機(jī)床和切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)等功能（如對(duì)刀具軌跡進(jìn)行延伸、縮短或修改等），可按用戶(hù)需求進(jìn)行靈活的用戶(hù)化修改和剪裁等。

1.5 切削參數(shù)庫(kù)設(shè)計(jì)

使用系統(tǒng)庫(kù)可以得到機(jī)床、刀具及其材料、零件材料、切削工藝方法、主軸轉(zhuǎn)速及進(jìn)給速度的數(shù)據(jù)，定義標(biāo)準(zhǔn)化刀具庫(kù)、加工工藝參數(shù)樣板庫(kù)，使粗加工、半精加工、精加工等操作常用參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，以減少使用培訓(xùn)時(shí)間并優(yōu)化加工工藝，提供儲(chǔ)存刀具及切削參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)刀具指令數(shù)據(jù)庫(kù)。用戶(hù)通過(guò)修改庫(kù)中的數(shù)據(jù)，使其滿(mǎn)足本企業(yè)的需要。

1.6 加工仿真

切削仿真模塊UG/Vericut是集成在UG軟件中的第三方模塊，它采用人機(jī)交互方式模擬、檢驗(yàn)和顯示NC加工程序，是一種方便的驗(yàn)證數(shù)控程序的方法。由于省去了試切樣件的步驟，可節(jié)省機(jī)床調(diào)試時(shí)間，減少刀具磨損和機(jī)床清理工作。通過(guò)定義被切零件的毛坯形狀，調(diào)用NC刀位文件數(shù)據(jù)，就可檢驗(yàn)由NC生成的刀具路徑的正確性。UG/Vericut可以顯示出加工后并著色的零件模型，用戶(hù)可以容易地檢查出不正確的加工情況。作為檢驗(yàn)的另一部分，該模塊還能計(jì)算出加工后零件的體積和毛坯的切除量，因此就容易確定原材料的損失。

1.7 后置處理程序開(kāi)發(fā)

后置處理最重要的是將CAM軟件生成的刀位軌跡轉(zhuǎn)化為適合數(shù)控系統(tǒng)加工的NC程序，通過(guò)讀取刀位文件，根據(jù)機(jī)床運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)及控制指令格式，進(jìn)行坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)變換和指令格式轉(zhuǎn)換。通用后置處理程序是在標(biāo)準(zhǔn)的刀位軌跡以及通用的CNC系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)配置及控制指令的基礎(chǔ)上進(jìn)行處理。它包含機(jī)床坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)變換、非線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)誤差校驗(yàn)、進(jìn)給速度校驗(yàn)、數(shù)控程序格式變換及數(shù)控程序輸出等方面的內(nèi)容。因此，編制正確的后置處理系統(tǒng)模板是數(shù)控編程與加工的前提條件之一。

2 UG/CAM數(shù)控車(chē)削加工編程實(shí)例

如下圖（a）所示為一典型軸類(lèi)零件，其形狀包含了復(fù)雜的外輪廓，深孔、退刀槽和螺紋等。利用UG/CAM分別設(shè)計(jì)出如圖（b）～圖（f）所示的粗精車(chē)削輪廓形狀、車(chē)削退刀槽，鉆孔、車(chē)削螺紋的刀具軌跡加工示意圖。

圖1 刀具軌跡加工示意圖

3 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)UG/CAM提供的數(shù)控車(chē)削加工編程功能，從刀具軌跡生成控制方式、切削參數(shù)庫(kù)設(shè)計(jì)、加工仿真、后置處理程序開(kāi)發(fā)和二次開(kāi)發(fā)功能接口等多個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。并以實(shí)例的形式進(jìn)行了說(shuō)明，希望能為讀者更好地應(yīng)用UG/CAM軟件的數(shù)控加工編程功能提供參考借鑒作用。

[1]王華僑，趙華萍.UnigraphicsNX數(shù)控五軸銑削加工的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用.《現(xiàn)代制造》，2004.

[2]葛文軍.淺談Mastercam_X在數(shù)控車(chē)中的運(yùn)用.《職業(yè)圈》，2007.

[3]顧紅靜.基于Solidworks的凸輪機(jī)構(gòu)的實(shí)體建模[J].教育教學(xué)論壇,2011,(27).

[4]滕 汶,何成文.AutoCAD2000三維建模方法的建模特征與應(yīng)用[J].煤炭高等教育,2001,(03).

[5]姜 輝,王 鵬.基于Pro/ENGINEER的數(shù)控加工應(yīng)用研究[J].高職論叢,2007,(02).