模具制造中的數(shù)控編程和模擬

張瑞++高志華++張世涌++秦冬梅Z

摘 要隨著數(shù)字化信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控編程與模擬技術(shù)在模具制造中得到了廣泛應(yīng)用，如銑削、車削、鏜削和線切割等，其中數(shù)控加工程序的編制質(zhì)量與數(shù)控設(shè)備的加工效果密切相關(guān)。據(jù)此，本文介紹一種圖形交互式自動(dòng)編程方法——UG編程，具體介紹UGCAM數(shù)控加工編程。

【關(guān)鍵詞】模具制造 數(shù)控編程與模擬 UGCAM

1 UG編程

UG是一種高端的CAE/CAM/CAD軟件，其中UGCAM是計(jì)算機(jī)輔助制造模塊，其與CAD模塊緊緊密集成及可為數(shù)控銑削、車削和電火花線切割機(jī)編程。圖1所示為基于UG軟件的數(shù)控加工流程圖。

在UGCAM編程模塊中，數(shù)控編程的核心內(nèi)容是先生成刀具軌跡，再進(jìn)一步離散為刀位點(diǎn)，最后再后置處理呈數(shù)控加工程序。其中，刀具軌跡的生成方法包括基于點(diǎn)、線、面、體或特征的NC刀軌生成方法。對于前者，其是一種基于實(shí)體的加工方法，即以實(shí)體為加工對象及與SLICE（層切法）為實(shí)現(xiàn)手段，如此既可用來粗或半精加工零件，還可用于研發(fā)基于特征的數(shù)控編程系統(tǒng)；對于后者，其包括基于編程人員習(xí)慣特征、零件形狀特征等及運(yùn)用虛擬邊界方法來自動(dòng)生成凸自由面特征的刀軌系統(tǒng)，其中為了實(shí)現(xiàn)非切削刀具軌跡的優(yōu)化，可運(yùn)用IP技術(shù)來防止走刀重復(fù)。

2 UG軟件的功能模塊

CAD功能（或造型功能）是UG軟件的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)功能及其研究的核心是造型方法，且目前以實(shí)體造型技術(shù)最為常用，其滿足CAD/CAE的一體化要求及全面表達(dá)零件的屬性。對于UGCAM，其可實(shí)現(xiàn)如下銑加工方法：一是平面加工，其可粗或精加工平面零件，適合運(yùn)用在垂直面為側(cè)壁或底平面與刀具軸垂直的工件中；二是型腔銑，其屬于三軸加工，常用來加工有斜度、有壁、有輪廓的型腔（芯）及粗加工毛坯材料和曲面零件，其中型腔銑適合用在任一形狀的模型中，且用實(shí)體、曲線或表面來對加工區(qū)域進(jìn)行定義；三是固定軸曲面輪廓銑，其主要采用三軸方式來（半）精加工零件曲面及其原理如下：選定驅(qū)動(dòng)幾何體→得到驅(qū)動(dòng)點(diǎn)→順著特定的投射矢量將驅(qū)動(dòng)點(diǎn)投影至零件幾何體上→生成刀軌；四是可變軸曲面輪廓銑，其主要采用五軸方式來（半）精加工表面極為復(fù)雜的零件；五是順序銑，其主要采用三或五軸方式來精加工特別的零件及其分別用銑刀側(cè)刃、端刃來完成零件側(cè)壁和底面的加工；六是點(diǎn)位加工，其常用在鏜孔、鉸孔及鉆或攻螺紋的加工；七是螺紋銑，其適合用來加工直徑過大的螺紋及其用專用的螺紋銑刀來銑削加工螺紋。

3 軟件編程

UGCAM模塊在傳統(tǒng)意義上的數(shù)控加工編程過程極為復(fù)雜，因此為了實(shí)現(xiàn)高效編程，可從如下方面做出努力：

3.1 突出編程步驟

鑒于UGCAM數(shù)控加工編程較為靈活性及按順序來設(shè)置加工參數(shù)使用戶不易感知UGCAM數(shù)控加工編程的過程，則需在滿足數(shù)控加工編程原理的條件下，重新定義UGCAM數(shù)控加工編程步驟，以使銑削加工的數(shù)控編程達(dá)到統(tǒng)一及方便用戶認(rèn)識整個(gè)過程，如此便可保證造型分析與加工模塊方案的合理編制。

3.2 加工參數(shù)優(yōu)化布置

在UGCAM銑削加工數(shù)控編程中，參數(shù)的設(shè)置尤其復(fù)雜，則需通過深入研究UGCAM加工編程及以加工參數(shù)的屬性為依據(jù)來優(yōu)化布置加工參數(shù)，即：先在主界面上布置型腔銑加工所必需的參數(shù)及在彈出界面上布置其他參數(shù)，再采用UG/OpcnAPI函數(shù)來實(shí)現(xiàn)加工參數(shù)讀取，從而保證加工路徑的生成效果。

綜上，為了縮短時(shí)間及實(shí)現(xiàn)高效編程，可按下列流程來進(jìn)行UGCAM數(shù)控加工編程：設(shè)置加工坐標(biāo)系→以實(shí)際機(jī)床型號為依據(jù)來直接將坐標(biāo)系設(shè)在底面端點(diǎn)上→設(shè)置毛坯與零件幾何體→識別加工類型→創(chuàng)建刀具與型腔銑操作→后處理→傳入NC機(jī)床完成加工。

4 模擬編程結(jié)果

為了避免出現(xiàn)撞主軸、撞刀和加工過量等問題，用重視檢查后期程序。對此，本案引入一種基于UNIX和Windows系統(tǒng)的專用數(shù)控加工仿真軟件——Verieut軟件，其可同時(shí)仿真刀軌和機(jī)床。應(yīng)用表明，Verieut軟件既可對加工刀具的切削及機(jī)床軸、工作臺、夾具和加工零件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行真實(shí)模擬，又可仿真、分析、驗(yàn)證和優(yōu)化NC程序。在實(shí)際應(yīng)用中，編程模擬的原理如下：先以機(jī)床結(jié)構(gòu)的客觀實(shí)際為依據(jù)來分解、抽象和簡化主要遠(yuǎn)動(dòng)模塊，再繪制出相應(yīng)的3D模型，然后再以機(jī)床組份間的依附關(guān)系為依據(jù)，在Verieut軟件中創(chuàng)建機(jī)床數(shù)字模型。其中，針對Verieut，其操作流程如下：在Verieut環(huán)境下新建用戶文件→在Machine Component Tree界面中創(chuàng)建機(jī)床組件樹→在Add Model菜單中選定Model File并有序加入機(jī)床模型文件→以單位不同的加工參數(shù)為依據(jù)來設(shè)定和模擬仿真參數(shù)→加載模擬實(shí)體和程序進(jìn)行模擬。

綜上，在模具制造中，數(shù)控編程與模擬技術(shù)的運(yùn)用可實(shí)現(xiàn)高效且可靠的編程，繼而為制造產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展提供了技術(shù)支持，因此值得深入研究和推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介

張瑞（1983-），男，河北省衡水市冀州區(qū)人?，F(xiàn)為積水可耐特（河北）環(huán)境科技有限公司助理工程師，大專學(xué)歷。研究方向?yàn)閺?fù)合材料研究與開發(fā)。

作者單位

積水可耐特（河北）環(huán)境科技有限公司 河北省衡水市 053200