UG三維數控加工仿真

李旭 谷建

【摘要】UG是綜合CAD/CAE/CAM為一體的參數化軟件，也是當代最先進的計算機輔助設計和制造軟件，被廣泛應用于航天、造船、電子等各個領域。文中以三維仿真系統為研究視角，介紹了基于UG五坐標仿真系統的實現。

【關鍵字】UG；五軸數控加工；加工仿真

現階段，使用的五軸數控仿真系統通常只有二維動畫仿真，且整個仿真系統的幾何功能有所限制，加工零件和機床模型必須借助其他CAD軟件才能建模，整個模型的仿真精度不高。基于UG軟件創建五軸數控機床仿真模型，能夠準確讀出數控代碼，并為機床的各個部件實施三維仿真，同時對零件加工環節機床各部件之間的干涉進行檢查，為合理修改刀具軌跡提供可靠依據，避免因文件格式轉化導致仿真精度降低的情況。

創建三維仿真系統的步驟

（一）仿真系統工作流程

三維仿真環境是基于計算機虛擬系統中，以不消耗能源和資源真實加工系統的映射，虛擬環境的操作應于實際加工系統所具備的功能相互一致。五坐標數控機床建立的仿真系統具體流程如圖1.五坐標聯動機床進行加工的零件極為管飯干，可以綜合考慮工件、道具等物品的外形、參數的變化，通過裝配的形式把制作的CAD模型加入仿真系統內，從而提升仿真系統的靈活性。用戶依照實際加工操作基于UG環境下創建刀具、工件等模型，進一步方便對這些模型的尺寸進行修改，在仿真系統的操作直視下，用戶只要挑選最佳的部件和位置，

就能把工件、夾具等模型裝配至仿真系統的模板文件內。

Y

N

N

Y

N

圖1 仿真系統程序具體流程圖

初始化仿真環境

建立合理的仿真模型之后，應對UG環境展開初始化操作，隨之進入運動分析模塊。為了方便在仿真系統內合理控制機床的各個運動部件，在開展仿真操作前要對機床模型中的幾何體實施遍歷，隨后獲得相關幾何體的指針。

解釋NC代碼語義

基于NC代碼對整個機床加工環節進行仿真操作，必須準確解釋機床NC代表的意義，把代碼指令進行轉化，從而得到機床不同軸的聯動運動。機床NC代碼是由大量繁亂的機床運動指令組成，每次讀取的代碼都必須進行語義解釋，從而把NC代碼內有用的控制命令和數據轉換為機床各個軸的位移。

基于三維造型仿真加工過程

使用三維實體造型的辦法，能在仿真環境內更改不同的視角并無需重新進行計算，準確表示刀具與工件之間的幾何關系和位置。把NC代碼予以轉化成各個軸的位移，并對其運動情況實施仿真操作。在三維造型中把動畫一幀幀的展示出來，并保存到UG后臺數據庫內。經過存儲的仿真動畫能夠反復回放，可以根據各行的NC代碼依次顯示，實際顯示時可以進行放大、縮小及變換視角等操作。基于三維造型對整個加工環節進行仿真操作，能夠準確展現出空間內實體之間的位置關系，三維效果非常好。

干涉檢查仿真過程

對仿真過程進行干涉和檢查操作，主要是對加工操作中刀具、夾具、刀柄與工件之間進行干涉。因整個仿真過程采用三維實體造型的模式，因此干涉檢查就是對機床模型運動時是否相交進行判斷。采用模型的幾何體指針，對加工環節內可能出現的干涉部件其位置關系展開檢查計算。如果運動部件遭到干涉，創建干涉產生的實體，并通過UG系統獲取干涉部位的深度、體積等相關信息，并輸出形成干涉效果的NC代碼，為合理修改刀具軌跡提供可靠依據。

五坐標機床仿真系統實現

文中以五坐標聯動機床為研究對象，為該機床建立仿真模型，同時為三元葉輪的銑削加工環節實施仿真操作。整體式三元葉輪形狀非常復雜，具有大量的約束條件，因此加工難度較大，這是五軸數控加工操作中獨具代表性的零件。根據數控機床具體的傳動尺寸，基于UG環境創建仿真模型，對機床各個軸的運動方向及副作性質進行設定，同時把建立的模型存儲為模板文件。五坐標聯動機床的運動軸是由2個轉動軸，和三個移動軸組合而成。根據實際機床部件的具體尺寸，使用UG/Modeling模塊為機床部件創建各自的實體模型，隨后使用UG/Assemblies模塊把不同部件進行裝配操作，從而形成完整的實體模型。在UG/Motion運動分析模塊挑選工作臺等機床部件定義成連桿，移動副由機床的X、Y、Z軸定義，B、C軸表示轉動副，根據設定的機床傳動軸運動方向進行操作，同時設定運動副其驅動方式是Articulation。對仿真完成的機床模型進行保存，就能加載各類工件、刀具及夾具，如此采用同個機床對各類工件進行加工時，不需要反復創建仿真模型。通過UF_UI_FILENAME函數彈出的對話框，挑選應該裝配的部件，同時輸入待裝部件的位置，采用UF_ASSEM_assembly函數對部件進行裝配，并把部件實體指針設置為運動副。若裝配部件有必須隱藏的地方，可通過UG中Blank命令對其進行隱藏操作。

【結束語】：總之，基于UG建立的數控加工仿真模型，可以對整個加工過程機床干涉情況進行檢查，為合理修改刀位提供有效依據，提升整個數據加工的工作效率，具有優良的實用性。

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