UG基礎上的數控編程和加工過程仿真

劉艷華

（云南工業技師學院，云南 曲靖 655000）

UG NX是美國西門子公司（SIEMENS）的集CAD/CAE/CAM功能于一體的軟件集成系統，可對許多不同的應用再利用，其功能非常強大，集成了二維草圖設計、三維實體建模、自由曲面建模、零部件裝配體的構建、裝配體和零件工程圖的繪制、鈑金工藝以及模具設計等功能。UG軟件廣泛應用于機械、家電、航空、玩具、汽車等領域的產品設計，過程仿真和制造，軟件集成了有限元分析、動力學分析和仿真模擬等模塊，提高了產品設計的可靠性。UG NX的計算機輔助制造（CAM）的功能強大，主要可進行銑削加工、點位加工、車削加工和線切割加工四類的輔助制造，具有效率高、可靠性高等優點。要實現數控加工就必須要進行數控編程，借助計算機編程技術和CAM能夠生成所需的刀具軌跡，通過后置處理把刀軌翻譯成具體機床的數控加工程序，再輸入數控機床中，讓數控機床根據生成的程序指令完成操作，是目前工業現場廣泛采取的方法。

1 數控編程簡介

數控技術是多學科交叉的技術，集機械、電子、電氣控制、計算機技術于一體，綜合性很強。數控加工基礎條件是根據工件構型已確定的軌跡，憑借數控系統來操控數控機床，按照程序指定和加工參數展開表面成型運動行為，并最終完成產品加工的目標。數控編程就是生成具體型號機床加工零件的程序指令的過程。數控程序的好壞將影響數控加工的效率和產品的質量以及機床和刀具的使用壽命等。數控編程的方法有很多種，其主要包括四個步驟：分析零件圖樣與工藝；計算加工過程中刀具軌跡；編制具體機床的數控加工程序單和上機測試數控程序。程序可通過手工或計算機自動編程獲得。計算機自動編程需借助數控自動編程系統由計算機輔助生成零件的加工程序。編程人員只需借助數控編程系統就能完成對加工過程的描述，由編程系統自動完成加工程序的編制。UG NX在數控加工中的應用可貫穿整個零件的加工過程，從建立零件的三維模型、設計和仿真加工過程、修改加工參數，到后置處理、生成數控程序等一系列任務都可全權參與，減少編程員的工作量，提高加工效率和產品質量。

高精度、高效率的復雜形狀的零件加工對數控編程提出了更高的要求，數控編程技術將向著高度集成化、自動化、智能化和簡單易操作化的編程方向發展。對復雜形狀零件的加工的研究一直都是數控編程技術重點，數控加工的效率與質量取決于加工方案和加工參數的選擇，高度集成化是將指數控編程系統與CAD系統、加工過程控制系統等更加高度地集成為一個系統。三維建模軟件有許多種，如SolidWorks、Inventor、Pro/E等，Pro/E也是許多企業正在使用的軟件，Creo軟件是Pro/E的升級版本，由于Pro/E的操作命令沒有SolidWorks的簡單方便，建模命令常使人感覺到抽象和不易理解，所以許多高校的三維CAD基礎教程都選擇使用SolidWorks軟件。SolidWorks還集成了許多模擬仿真插件，如注塑過程數值模擬插件（Plastics）、有限元分析插件（Simulation）、動力學仿真插件（Motion）、逆向工程插件（Scan3D）等，其插件的操作難度不大，但計算精度不如一些專業的分析軟件高，如專業的流體分析插件Fluent，多功能的多種物理場分析軟件ANSYS，ANSYS的分析的分析能力涵蓋了機械結構及動力學分析、電場和磁場分析、不同物理量的耦合分析等。

2 UG數控編程與仿真

UG NX為機械產品從設計到制造的生命周期中提供了一整套的解決方案。我國有很多企業使用UG NX的計算機輔助制造（CAM）模塊，應用UG NX的CAM模塊可建立與實際情況相一致的虛擬制造環境。在該環境中，可對數控機床和刀具等進行定義，可將刀具軌跡和零件的毛坯模型輸入到虛擬環境中，對整個加工制造過程進行仿真模擬。

2.1 UG數控編程模板

UG NX軟件為數控建模提供了非常強大的三維建模功能，無需復雜的編程過程，就能解決數控建模中的一大難題。UG NX為數控編程提供了加工程式模板、加工對象模板、刀具模板和刀具軌跡模板，可以通過建立模板文件把加工步驟、工藝參數與切削參數都設置好，這樣就能夠形成流水線式的零件加工方式，能夠提高數控編程的效率與質量。用戶可以使用UG NX本身自帶數控編程模板，對于特定的應用實際，使用者還可以自定義編程模板，應用于符合本公司、本企業的數控加工，自定義數控加工模板的功能為用戶提供了很大的自由開發的空間，借助自定義模板，用戶無需再對模板中的加工參數重新設置，提高了編程效率。

2.2 刀具軌跡的生成與修改

生成刀具軌跡是數控加工的重要環節，UG NX為生成刀具軌跡提供了多種加工模塊：平面銑削、型腔銑削、等高加工銑削、固定軸銑削、變軸銑削和自動清根模塊。計算機自動編程后的程序可能會出現空刀現象，所以用戶必須在正式進行工件的加工之前就把數控加工的程序改好。UG NX能夠對刀具的軌跡進行實時監測，方便對加工過程中出現的問題進行及時的修正。UG NX對生成的刀軌信息可通過在模型中實時顯示的方式讓用戶直觀地觀察到，即便在沒有進行數控加工的仿真之前，用戶就可以通過顯示的刀具軌跡判斷出哪些部位會出現刀具不連續加速度等現象，從而能夠及時對會出現問題的地方進行修補和糾正。

2.3 加工過程仿真

UG NX可對零件的加工過程仿真，以人機交互的方式對零件的數控加工過程進行仿真檢驗。通過UG NX的加工過程仿真可發現加工過程中出現的問題并及時進行糾正，如圖1顯示了球面半精加工的仿真過程。

圖1 球面半精加工導軌驗證

正是由于UG NX具備數控加工和自動完成加工程序編制的功能，并且生成的代碼程序效率高，偏差小等，才能使其在數控加工領域廣受歡迎，相對于SolidWorks、Pro/E等軟件，用戶往往更加青睞于UG NX。

2.4 后置處理

將所得的刀位數據轉換成具體機床的程序代碼的過程稱為后置處理。后置處理一般包括：機床運動變換、非線性運動誤差校驗、進給速度校驗和數控加工程序的生成。機床運動變換是將刀位數據轉換為機床軸的運動數據。在轉換時，應考慮機床軸的行程范圍。由于機床的各運動軸線性合成的實際刀位會偏離編程直線，所以應對非線性運動誤差進行檢驗，若超過允許的誤差應作及時的修正。進給速度的校驗應根據機床伺服電機的能力及切削負荷能力進行校驗和修正。

2.5 UG數控雕刻編程示例

傳統雕刻效率低、成本高、隨意性強，使得雕刻加工向自動化發展成為必然趨勢。數控雕刻編程過程：（1）零件三維建模。進入UG NX的三維建模模塊，建立雕刻產品的三維模型。（2）生成加工刀軌。在“工序導航器”的“幾何視圖”中設置機床坐標系“MCSMILL”的零點。再點開“MCS-MILL”設置“workpiece”，選擇部件和毛坯。進入創建工序對話框，選擇要雕刻的平面文本，點擊“生成刀路”。主要切削參數設置包括主軸轉速，進給速度和雕刻深度。（3）代碼生成。在UG NX軟件的“工序導航器”選項卡中的幾何視圖中選中“PLANAR_TEXT”刀路，右鍵點“后處理”，進入后處理的設置對話框。設置好后置處理對話框后，點“確定”，即可自動生成數控加工的G程序代碼。對于復雜平面輪廓的雕刻，UG NX的優勢就更加突出了。復雜平面輪廓主要是由字母、數字、圖形符號等組成的圖文信息的輪廓，如品牌標識、公司logo和其它個性化標志等。使用UGNX對復雜平面文本和圖形的雕刻將更加美觀。

3 結語

UG NX為機械產品從設計到制造的生命周期中提供了一整套的解決方案，可選擇數控編程模板，生成刀具軌跡并可修改刀具軌跡，通過對加工過程的仿真可以及時發現問題并進行糾正，其后置處理模塊可生成具體機床的數控程序代碼。

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