基於UG的數控加工圖形化編程技術

來自專欄 UG編程學習

數控機床是按照編製好的加工程序自動地對工件進行加工的高效自動化設備，數控程序的質量是影響數控機床的加工質量和使用效率的重要因素。數控編程技術是隨著數控機床的誕生而發展起來的技術，至今已經歷了手工編程、語言自動編程和圖像自動編程三個發展階段。對於幾何外形不太複雜的簡單零件，計算簡單，加工程序未幾，採用手工編程較輕易實現，但對於外形複雜或程序量很大的零件，手工編程難於勝任。語言自動編程與手工編程相比，進步編程效率數倍乃至數十倍，但它必須對要加工的每一個幾何體作精確的描述和定義，而某些複雜的幾何圖形幾乎難以用語言來精確描述，在三維加工領域更是這樣。特別是當今CAD技術的蓬勃發展更襯托出這種編程方法的不適應性，於是20世紀80年代後期就進進了基於圖形的圖像自動編程階段。圖形化編程所需要的零件圖在CAD/CAM系統中由CAD軟體產生，無需數控編程者再次進行建模，編程者只要輸進必要的工藝參數、指定被加工部位和參考面，程序就自動計算出刀具的加工路徑，模擬加工狀態，顯示刀具路徑和刀具外形以檢驗走刀軌跡，如有錯誤，可立即修正。圖像編程大大減小了編程出錯概率,進步了編程效率和可靠性。

UGⅡ是美國Unigraphics Solutions公司的一個集CAD、CAE和CAM於一體的計算機輔助機械設計製造系統。UG的加工製造模塊功能極強，它在航空製造業和模具製造業已有20多年景功應用經驗，是其他應用軟體無法相比的。下面以圖1所示的型腔零件加工工藝中經常採用的數控加工為例，對UG/CAM的圖形化數控編程技術進行簡解。

二、UG圖形化數控編程的特點和步驟

數控加工的圖形化編程技術區別於普通數控編程技術的明顯特點是：待加工零件的設計和加工編程是基於同一個CAD/CAM環境下實現的，即數控加工刀具軌跡的產生依靠於產品的幾何信息，並根據設計者提供的加工參數和刀具信息自動計算產生的。圖形化數控自動編程技術實現了產品設計和製造過程信息模型的無縫連接，可有效地保證數控加工的質量和效率。UGⅡ實現數控加工圖形化編程的具體流程框圖如圖2所示。

該型腔零件的數控加工，主要採用數控銑削。UG/CAM提供了強大的數控銑加工功能。型腔CAD模型產生以後，可採用以下幾個步驟實現加工設計和產生加工操縱：

(1)刀具節點設置

與普通數控編程一樣，在進行圖形化數控編程時，首先應確定該種加工所採用的刀具類型和相關尺寸。加工中根據零件結構特點和尺寸要求，結合車間刀具的實際情況，完成型腔零件數控加工共選用了8把刀具，分別是：?16的粗加工銑刀、?16精加工銑刀、?8銑刀、?4銑刀、?2銑刀、?80盤銑刀、?2鑽頭、R3球頭刀。模擬加工用刀具參數與車間現場基本一致，能比較正確地驗證後置處理程序的正確性。

(2)設置避讓參數

根據系統提供的菜單輸進加工過程的控制信息，如它答應規定開始加工的起始點，加工結束的返回點、回零點。可以規定加工過程中刀具移動的安全平面和刀具運動的底限制平面。由於數控機床運動速度較快，為了保證加工安全，對刀具移動的安全平面設置為零件上表面10mm處。

(3)選擇切削方法

銑削方式的選擇決定了銑削的質量和效率，UG/CAM中提供了多種切削方法可供選擇：往複型切削（Zig-Zag）、單向切削（Zig）、單向帶輪廓（Zig with Contour）、仿形外輪廓（Follow Periphery）、仿形零件（Follow Part）、輪廓銑（Profile）、標準驅動（Standard Drive），這些切削方法里都可以分別決定不同的刀軌樣式。我們加工型腔零件時多採用仿形外輪廓（Follow Periphery）方法，它的刀軌是連續切削切削的刀軌，既有較高的切削效率也能維持切削穩定和加工質量。

(4)選擇切削餘量

根據操縱的加工特點如精加工、半精加工或精加工的不同特點，確定零件的底面、側面和干涉檢查面的不同的餘量數值，確保零件加工質量並充分考慮加工效率。

(5)確定步距和跨距

控制加工過程中刀具相鄰刀次的間距是決定零件加工表面質量和加工效率的重要因素，必須公道搭配，步距寬加工速度相對較快但表面質量差，反之則加工速度慢而切削表面質量較高，進行工藝設計時應根據加工的不同特點公道選取。可以用恆定、刀具直徑的百分比、殘餘波峰高度、可變等不同的方法來指定步距的方式和參數。

(6)確定進刀和退刀

在某些單向型銑加工中，進刀和退刀題目顯得特別重要，沒有合適的進刀路線加工甚至不能正常進行。

根據擬定的工藝流程確定型腔零件的加工方法和操縱如下：

(1)精銑上表面，加工方法採用MILL_FINISH，操縱採用FACING_MILLING；

(2)粗加工外形，加工方法採用MILL_ROUGH，操縱採用PLANAR_PROFILE；

(3)粗加工內腔，加工方法採用MILL_ROUGH，操縱採用PLANAR_PROFILE，側面餘量留1㎜；

(4)精加工內腔，加工方法採用MILL_FINISH，操縱採用FINSH_FLOOR，側面餘量留0?1㎜；

(5)精加工內腔底平面，加工方法採用LATHE_FINSH，操縱採用PLANAR_MILL；

(6)加工止口，加工方法採用MILL_FINISH，操縱採用FINISH_WALLS；

(7)加工內腔缺口，加工方法採用MILL_FINSH，操縱採用CLEANUP_CORNERS；

(8)預鑽孔，加工方法採用DRILL_METHOD，操縱採用SPOT_DRILLING；

(9)精加工外形，加工方法採用MILL_FINISH，操縱採用PLANAR_PROFILE；

(10)加工外凸台圓角，加工方法採用MILL_FINSH,操縱採用FINISH_WALLS（翻面後，裝夾完成後開始另一面的加工）；

(11)往除工藝夾頭，加工上表面，加工方法採用MILL_FINISH，操縱採用FACING_MILLING_AREA；

(12)加工內腔，加工方法採用MILL_FINISH，操縱採用PLANAR_MILL。

在創建操縱的同時也對前述的各項切削參數和其他選項進行定義，如主軸轉速、進給率、切削深度等，這樣在就由UGⅡ根據加工方式的設置自動計算出走刀次數和路徑。

三、數控程序的模擬加工

UGⅡ加工模擬功能可以互動式地模擬演示材料按數控刀軌數據被往除的過程，對加工前對完成的加工操縱進行驗證。

圖3～圖5為通過UGⅡ的模擬加工天生零件模擬圖，其中圖3為完成外形粗加工後的模擬，圖4為完成內腔精加工後的模擬，圖5為完成上面加工後的模擬。

四、數控加工NC代碼的天生

經過模擬，型腔零件加工刀軌終極形成如下的程序樹，如圖6所示。

零件加工的刀具軌跡文件產生以後，其計算結果是不能直接在數控機床上使用的，這是由於數控機床中的控制系統只能識別數控指令，想學UG編程在304214709能幫助到你，如G代碼、M代碼等。為了得到能夠驅動數控機床工作的NC指令必須將刀位文件轉換成特定的數控指令，即進行後處理。UG/CAM提供了兩種後置處理方法，分別是圖形後處理模塊GPM（Graphics Postprocessor Module）和UGPOST後置處理方法。GPM後置處理方法是一種舊式方法，但是還有很多人在使用這種處理方法。從UG V16開始，提供一種叫做UGPOST的後置處理（UG/Post Postprocessor），UGPOST後置處理不需要CLSF和MDFG，可以直接利用操縱導航工具中的操縱天生NC文件，基於UGPOST後置處理方法的上述上風，在生產實際中將逐步取代GPM後置處理方法。我們將天生的刀軌通過由UGPOST完成的Conquest VMC700數控機床後置處理進行轉換，天生Conquest VMC700控制器能夠接受的NC程序，通過計算機RS232串列口和機床專用數據介面連接，NC程序被傳輸至機床。下面是所天生的NC代碼。

%

N0010G40G17G80G90

N0011T01M06

N0012G43H01Z100.

N0013G54

N0014G00Y10.598S0X-.267M13

N0015G00Z29.

N0016G00Z5.

N0017G41G01Y10.424Z4.61F250D11X-1.712

N0018G01Y9.82Z4.148X-3.326

N0019G01Y8.85Z3.686X-4.751

N0020G01Y7.57Z3.224X-5.906

N0021G01Y6.43Z2.872X-6.564

N0022G01Y4.79Z2.41X-7.095

N0023G01Y3.071Z1.948X-7.222

N0024G01Y1.37Z1.486X-6.939

N0025G01Y-.215Z1.024X-6.261

N0026G01Y-1.595Z.562X-5.228

N0027G01Y-2.69Z.1X-3.896

N0028G01Y-3.44Z-.362X-2.344

N0029G01Y-3.8Z-.824X-.658

N0030G01Z-1.X0.0

??????

N1950G03Y-82.745I7.J0.0X101.

N1951G00Z29.

N1952G40

N1953Z100.

N1954G00Y-82.745S0X-101.M13

N1955G00Z-21.75

N1956G41G01Z-24.75F250

N1957G03Y-77.I-4.J5.745X-98.

N1958G01Y77.Z-24.75

N1959G03Y82.745I-7.J0.0X-101.

N1960G00Z29.

N1961G00Z200.

N1962G00Y0.0X0.0

N1963G40

N1964G49Z200.

N1965M02

%

五、結論

複雜型面零件的圖形化數控加工編程的諸多優點，使得這種編程方式成為數控編製技術領域的一個發展方向，但應指出該種編程方式固然先進，但智能化程度不高，要求編程者對數控加工工藝具有豐富和成熟的經驗，才能編製出高質量的數控加工文件，因此進步現有圖形化數控編程技術的智能化水平是今後發展的一個必然趨勢。

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