UG CAM幾個疑難問題初探

陳明+++劉瑞軍

摘 要：UG CAM 是一個功能強大的計算機輔助制造模塊，在機械制造領域發揮著重要的作用。結合生產經驗和體會，對零件編程和加工中遇到的邊界、倒拔模等幾個疑難問題進行了分析、探討和總結。

關鍵詞：UG CAM；編程；邊界；倒拔模；聯動

UG的CAM模塊提供了一種交互式編程產生精確加工軌跡的方法，被廣泛地應用于各個領域，尤其在機械制造行業更是發揮著無與倫比的作用。在生產加工過程中會遇到各種形狀的零件，加工要求各不相同，這就要求編程員能對UG CAM及相關工藝熟練掌握，并結合實際情況靈活應用才能保證零件加工質量。經過近幾年對UG CAM的摸索，針對制造過程中存在的幾個技術難點進行了分析和探討，提出了一些觀點和認識，和諸位同仁交流共享。

1 加工邊界問題

邊界指零件加工的幾何范圍，在UG CAM 加工時，最容易混淆的是BOUNDARY、CHECK和TRIM的功能及用法。下面通過加工實例來說明它們的關系和區別。零件加工要求：用D20立銑刀對右圖零件紫色平面部分進行加工，余量=0。

1.1 采用BOUNDARY驅動方式加工

邊界驅動切削方法是將由邊界定義的切削區域內的驅動點沿指定方向（通常是刀軸方向）投影到零件表面上而生成刀軌，是固定軸曲面輪廓銑加工常用一種驅動方式。

關鍵選項和參數設置：零件幾何體選擇大長方體的上表面，驅動幾何體選擇紫色部分邊緣線（閉合曲線），材料側選擇“外側”，刀具位置選擇“相切”。

重點解析：材料側是指和刀具切削幾何體相反的一側，如果刀具切削幾何體內側，則材料側為外側。刀具位置此時必須選“相切”，若選擇“在上面”，會出現過切現象。

1.2 采用CHECK設定檢查幾何體加工

CHECK是指檢查幾何體，俗稱檢查邊界，用來指定要保護的幾何形狀以防止刀具進入切削。關鍵選項和參數設置：驅動方式選擇區域銑方式，零件幾何體選擇整個零件，切削區域選擇大長方體的上表面，CHECK檢查幾何體選擇紅色小凸臺，CHECK SAFE CLEARANCE=0，

CHECK STOCK=0.

重點解析：CHECK 定義的特征為加工過程中被保護的部分，有兩個參數非常重要：

CHECK SAFE CLEARANCE指刀具距離檢查邊界的安全距離，CHECK STOCK指檢查幾何體的余量，兩者可根據實際情況搭配使用。

1.3 采用TRIM線對刀軌修剪方式

TRIM BOUNDARY 指的是剪切邊界，可以對生成的刀軌進行剪切處理，得到想要的刀軌。關鍵選項和參數設置：邊界方式選擇CURVE BOUNDARY，邊界線選擇紫色部分邊緣線（閉合曲線），修剪側選擇外側，打開EDIT，在邊界成員選項中依次選擇小凸臺底部兩條邊界線，并設置STOCK=10MM（刀具半徑）。

重點解析：修剪側的內容為要剪切掉的刀軌部分；可以選擇邊界成員曲線并設置余量對部分邊界區域進行 “偏置”處理，以防刀具過切；可以通過設置“創建下一條邊界”選項來增加其他修剪邊界。

2 零件倒拔模加工問題

倒拔模給零件加工帶來了一定難度，有時會由于工藝、操作人員的疏忽而導致零件加工不合格，造成返工甚至直接導致零件報廢。下面通過“X架”加工實例來說明倒拔模零件加工常用的方法和注意的事項。

零件加工前要先進行零件分析，弄清楚待加工零件的主要特征，比如加工部位圓角大小、拔模斜度大小等，由此來決定采用什么方法、用什么刀具加工較合適。在UG中，可以用加工狀態下分析模塊中“NC ASSISTANT”來實現這一功能，用它可以對零件進行圓角、倒角、拔模角度進行分析，并出具檢測報告。加工前的零件分析很重要，必須引起高度重視。零件倒拔模部位直接上立銑用普通球頭銑刀加工很難實現（扛刀），須采用一些特別的方法。

2.1 用T形刀上立銑加工

用T形刀避免了立銑上加工倒拔模時扛刀的問題，這種方法操作簡單，只需有合適的T形刀具就可以上立銑加工。

2.2 采用臥式銑床或多軸銑床加工

采用臥銑加工倒拔模部位也是一種常用的方法，對臥銑來說，倒拔模已不再是“倒拔模”，即使用球刀加工也不會出現扛刀現象，采用臥加時應注意加工坐標系的設定。

2.3 將工件翻轉（倒拔模變正拔模）進行加工

將工件翻轉過來，原來的倒拔模“不復存在”，在普通立銑上就可以用球刀加工，避免了扛刀現象。

2.4 采用成型刀具加工

采用成型刀也可實現對零件的倒拔模部分進行加工，并且可以一次成型，加工效率高，尤其適用于多件或批量零件加工，但成型刀具角度必須與零件拔模角度相一致。錐模圈逃逸部加工就是采用這種加工方式。

上述幾種加工方法在實際生產中各有利弊，要根據具體情況而定采用哪種方法。比如，如果零件加工部位空間狹小，對體形較龐大的T形刀來說難以下刀，就要考慮另外方法；若零件形狀復雜，不易翻轉甚至翻轉后須定制專門夾具來定位夾緊才能加工，這時就要考慮其它方法；而采用成型刀加工零件對成型刀具刃磨角度有特殊要求。總之，具體采用哪種方法加工要視情況而定，盡量做到操作簡單可靠，保證工件質量。

3 機床聯動加工和擺頭問題

有些零件由于形狀、加工部位比較特殊或有特殊的加工要求，在普通立銑上加工難實現，就可能需要采用三軸銑床的擺頭功能，四軸、五軸或高速銑床的擺頭（或旋轉工作臺）功能進行加工。多軸銑床的一個特點就是機床擁有三個直線坐標軸和一個或兩個旋轉坐標軸，刀軸（或旋轉工作臺）可以自由旋轉到指定位置，并且幾個坐標軸可以同時控制，協調、聯動加工。三軸聯動和四軸、五軸聯動的加工又不相同。

3.1 三軸聯動機床的刀軸旋轉endprint

所謂三軸聯動，即在加工過程中，X、Y、Z三個直線軸坐標可以同時變化，協調運動，用以加工空間曲面。我廠的"五號銑""三軸"這兩個機床都屬三軸聯動。三軸聯動機床的刀軸也可以旋轉到指定位置鎖定后再對工件進行加工，但在加工過程這個刀軸旋轉角度保持不變，只有X、Y、Z三個直線軸坐標在聯動變化。程序輸出的結果是刀具刀尖坐標，采用這種方法加工一定要對刀準確，才能保證加工精度。

3.2 四軸聯動加工

所謂四軸聯動，指的是加工過程中除X、Y、Z三個直線軸坐標可以同時變化外，還有一個旋轉軸坐標也在聯動變化。我廠的臥加實際就是四軸聯動，四軸聯動分工作臺轉動和刀軸轉動兩種類型，我廠的臥加屬工作臺轉動類型；主要用以回轉體工件特殊部位加工，加工須注意工件中心要與工作臺中心一致。

3.3 五軸聯動加工

顧名思義，五軸聯動加工就是指加工過程中三個直角坐標軸和兩個旋轉坐標軸可以聯動加工，協調運動。五軸聯動機床分為三種類型：雙擺頭式、雙旋轉工作臺式和擺頭+旋轉工作臺復合式；我廠的高速銑就是雙擺頭式五軸聯動加工機床，特別適用于加工復雜曲面零件和高精度要求零件的加工（比如屏凸模表面精加工）。

采用五軸聯動加工可以有效避免刀具干涉問題。除此之外，相對于普通立銑來講，還有一大優點：在普通立銑上使用球面銑刀加工曲面時，當刀具中心線垂直于加工面時，由于球面銑刀的頂點線速度為零，切出的工件表面質量會很差，刀具磨損也很厲害。采用主軸回轉的設計，使球面銑刀避開頂點切削，保證切削點有較高的線速度，可提高切削性能，獲得較高的表面加工質量，屏凸模表面精加工就是基于這樣一個原理，才會獲得很高的表面加工精度。

五軸聯動一個很重要的功能是RTCP。RTCP指刀軸繞刀具中心旋轉。在五軸聯動加工時，一個或多個轉動坐標的運動會引起刀具中心的位移，RTCP功能能對旋轉軸的運動自動進行補償，確保刀具中心點始終在編程軌跡上。當RTCP打開時，刀軸繞刀心旋轉；當RTCP關閉時，刀軸繞擺頭旋轉中心旋轉。

高速銑加工所用刀具一般是球頭銑刀或平頭銑刀，并且機床識別的程序坐標應是刀具的球心坐標，由于UG CAM 輸出的程序坐標都是刀尖坐標，在這種情況下就需要將刀尖坐標轉換為刀具球心坐標。通常三種方法可實現這一功能：第一種方法，當刀具傾斜角度固定時，通過矢量分解，將刀具半徑沿傾斜方向進行分解，得出矢量分量，和刀尖坐標運算后得出刀心坐標；第二種方法是加工時直接將待加工曲面沿刀軸方向偏移一個刀半徑再進行加工，這樣得出的結果就是刀心坐標，第三種方法是設置加工余量為刀具半徑值，加工后也可直接得出刀心坐標。

4 結束語

UG CAM 功能強大，只有在生實踐產中不斷學習、摸索和總結，才能有所提高，達到一個較高的水平，加工零件才會做到得心應手。以上是根據生產經驗，對UG CAM 幾個疑難問題點的一些認識和理解。由于工作經驗、水平及篇幅所限，在一些細節之處未作深入探討，也難免有疏漏或不切之處，還請各位同仁多多包涵并指正。

參考文獻

[1]蘇紅衛，安杰.UG銑制造過程培訓教程[M].北京：清華大學出版社，2002.

[2]張超英，羅學科.數控加工綜合實訓[M].北京：化學工業出版社，2003.endprint

所謂三軸聯動，即在加工過程中，X、Y、Z三個直線軸坐標可以同時變化，協調運動，用以加工空間曲面。我廠的"五號銑""三軸"這兩個機床都屬三軸聯動。三軸聯動機床的刀軸也可以旋轉到指定位置鎖定后再對工件進行加工，但在加工過程這個刀軸旋轉角度保持不變，只有X、Y、Z三個直線軸坐標在聯動變化。程序輸出的結果是刀具刀尖坐標，采用這種方法加工一定要對刀準確，才能保證加工精度。

3.2 四軸聯動加工

所謂四軸聯動，指的是加工過程中除X、Y、Z三個直線軸坐標可以同時變化外，還有一個旋轉軸坐標也在聯動變化。我廠的臥加實際就是四軸聯動，四軸聯動分工作臺轉動和刀軸轉動兩種類型，我廠的臥加屬工作臺轉動類型；主要用以回轉體工件特殊部位加工，加工須注意工件中心要與工作臺中心一致。

3.3 五軸聯動加工

顧名思義，五軸聯動加工就是指加工過程中三個直角坐標軸和兩個旋轉坐標軸可以聯動加工，協調運動。五軸聯動機床分為三種類型：雙擺頭式、雙旋轉工作臺式和擺頭+旋轉工作臺復合式；我廠的高速銑就是雙擺頭式五軸聯動加工機床，特別適用于加工復雜曲面零件和高精度要求零件的加工（比如屏凸模表面精加工）。

采用五軸聯動加工可以有效避免刀具干涉問題。除此之外，相對于普通立銑來講，還有一大優點：在普通立銑上使用球面銑刀加工曲面時，當刀具中心線垂直于加工面時，由于球面銑刀的頂點線速度為零，切出的工件表面質量會很差，刀具磨損也很厲害。采用主軸回轉的設計，使球面銑刀避開頂點切削，保證切削點有較高的線速度，可提高切削性能，獲得較高的表面加工質量，屏凸模表面精加工就是基于這樣一個原理，才會獲得很高的表面加工精度。

五軸聯動一個很重要的功能是RTCP。RTCP指刀軸繞刀具中心旋轉。在五軸聯動加工時，一個或多個轉動坐標的運動會引起刀具中心的位移，RTCP功能能對旋轉軸的運動自動進行補償，確保刀具中心點始終在編程軌跡上。當RTCP打開時，刀軸繞刀心旋轉；當RTCP關閉時，刀軸繞擺頭旋轉中心旋轉。

高速銑加工所用刀具一般是球頭銑刀或平頭銑刀，并且機床識別的程序坐標應是刀具的球心坐標，由于UG CAM 輸出的程序坐標都是刀尖坐標，在這種情況下就需要將刀尖坐標轉換為刀具球心坐標。通常三種方法可實現這一功能：第一種方法，當刀具傾斜角度固定時，通過矢量分解，將刀具半徑沿傾斜方向進行分解，得出矢量分量，和刀尖坐標運算后得出刀心坐標；第二種方法是加工時直接將待加工曲面沿刀軸方向偏移一個刀半徑再進行加工，這樣得出的結果就是刀心坐標，第三種方法是設置加工余量為刀具半徑值，加工后也可直接得出刀心坐標。

4 結束語

UG CAM 功能強大，只有在生實踐產中不斷學習、摸索和總結，才能有所提高，達到一個較高的水平，加工零件才會做到得心應手。以上是根據生產經驗，對UG CAM 幾個疑難問題點的一些認識和理解。由于工作經驗、水平及篇幅所限，在一些細節之處未作深入探討，也難免有疏漏或不切之處，還請各位同仁多多包涵并指正。

參考文獻

[1]蘇紅衛，安杰.UG銑制造過程培訓教程[M].北京：清華大學出版社，2002.

[2]張超英，羅學科.數控加工綜合實訓[M].北京：化學工業出版社，2003.endprint

所謂三軸聯動，即在加工過程中，X、Y、Z三個直線軸坐標可以同時變化，協調運動，用以加工空間曲面。我廠的"五號銑""三軸"這兩個機床都屬三軸聯動。三軸聯動機床的刀軸也可以旋轉到指定位置鎖定后再對工件進行加工，但在加工過程這個刀軸旋轉角度保持不變，只有X、Y、Z三個直線軸坐標在聯動變化。程序輸出的結果是刀具刀尖坐標，采用這種方法加工一定要對刀準確，才能保證加工精度。

3.2 四軸聯動加工

所謂四軸聯動，指的是加工過程中除X、Y、Z三個直線軸坐標可以同時變化外，還有一個旋轉軸坐標也在聯動變化。我廠的臥加實際就是四軸聯動，四軸聯動分工作臺轉動和刀軸轉動兩種類型，我廠的臥加屬工作臺轉動類型；主要用以回轉體工件特殊部位加工，加工須注意工件中心要與工作臺中心一致。

3.3 五軸聯動加工

顧名思義，五軸聯動加工就是指加工過程中三個直角坐標軸和兩個旋轉坐標軸可以聯動加工，協調運動。五軸聯動機床分為三種類型：雙擺頭式、雙旋轉工作臺式和擺頭+旋轉工作臺復合式；我廠的高速銑就是雙擺頭式五軸聯動加工機床，特別適用于加工復雜曲面零件和高精度要求零件的加工（比如屏凸模表面精加工）。

采用五軸聯動加工可以有效避免刀具干涉問題。除此之外，相對于普通立銑來講，還有一大優點：在普通立銑上使用球面銑刀加工曲面時，當刀具中心線垂直于加工面時，由于球面銑刀的頂點線速度為零，切出的工件表面質量會很差，刀具磨損也很厲害。采用主軸回轉的設計，使球面銑刀避開頂點切削，保證切削點有較高的線速度，可提高切削性能，獲得較高的表面加工質量，屏凸模表面精加工就是基于這樣一個原理，才會獲得很高的表面加工精度。

五軸聯動一個很重要的功能是RTCP。RTCP指刀軸繞刀具中心旋轉。在五軸聯動加工時，一個或多個轉動坐標的運動會引起刀具中心的位移，RTCP功能能對旋轉軸的運動自動進行補償，確保刀具中心點始終在編程軌跡上。當RTCP打開時，刀軸繞刀心旋轉；當RTCP關閉時，刀軸繞擺頭旋轉中心旋轉。

高速銑加工所用刀具一般是球頭銑刀或平頭銑刀，并且機床識別的程序坐標應是刀具的球心坐標，由于UG CAM 輸出的程序坐標都是刀尖坐標，在這種情況下就需要將刀尖坐標轉換為刀具球心坐標。通常三種方法可實現這一功能：第一種方法，當刀具傾斜角度固定時，通過矢量分解，將刀具半徑沿傾斜方向進行分解，得出矢量分量，和刀尖坐標運算后得出刀心坐標；第二種方法是加工時直接將待加工曲面沿刀軸方向偏移一個刀半徑再進行加工，這樣得出的結果就是刀心坐標，第三種方法是設置加工余量為刀具半徑值，加工后也可直接得出刀心坐標。

4 結束語

UG CAM 功能強大，只有在生實踐產中不斷學習、摸索和總結，才能有所提高，達到一個較高的水平，加工零件才會做到得心應手。以上是根據生產經驗，對UG CAM 幾個疑難問題點的一些認識和理解。由于工作經驗、水平及篇幅所限，在一些細節之處未作深入探討，也難免有疏漏或不切之處，還請各位同仁多多包涵并指正。

參考文獻

[1]蘇紅衛，安杰.UG銑制造過程培訓教程[M].北京：清華大學出版社，2002.

[2]張超英，羅學科.數控加工綜合實訓[M].北京：化學工業出版社，2003.endprint