基于UG的复杂曲面零件的数控加工

摘要：以一个复杂曲面零件模型为例，论述了UG CAD/CAM 系统在数控加工中的应用过程：利用UG的建模模块对其进行曲面造型设计，并根据该零件结构特点进行工艺分析，使用UG 的CAM 加工模块设置加工参数实现自动编程，由程序后处理自动生成NC 代码，最后将NC 代码导入数控机床加工出实体零件，从而达到缩短编程时间，提高工作效率和编程质量的目的，有效地保证了零件的加工精度。

关键词：UG；曲面造型；自动编程；数控加工

数控加工技术已得到广泛应用，如数控铣削、镗削、车削、线切割、电火花加工等。数控设备为精密复杂零件的加工提供了基本条件，但要达到预期的加工效果，编制高质量的数控程序是必不可少的。对于简单的零件，通常采用手工编程的方法；对于复杂的零件，往往需要借助于CAM软件编制加工程序，以缩短编程人员的编程时间，提高程序的正确性和安全性，降低生产成本，提高工作效率。

1 数控加工编程

数控机床是按照编制好的加工程序自动地对工件进行加工的高效自动化设备，数控程序的质量是影响数控机床的加工质量和使用效率的重要因素。数控编程技术是随着数控机床的诞生而发展起来的技术，至今已经历了手工编程、语言自动编程和图形交互式自动编程三个发展阶段。语言自动编程与手工编程相比，提高编程效率数倍乃至数十倍，但它必须对要加工的每一个几何体作精确的描述和定义，而某些复杂的几何图形几乎难以用语言来精确描述，在三维加工领域更是这样。特别是当今CAD技术的蓬勃发展更衬托出这种编程方法的不适应性，于是20世纪80年代后期就进入了基于图形的图形交互式自动编程阶段。图形化编程所需要的零件图在CAD/CAM 系统中由CAD软件产生，数控编程者可利用CAD软件进行建模，构建出零件几何形状，然后对零件图样进行工艺分析，确定加工方案，利用软件的计算机辅助制造（CAM）功能，完成工艺方案的制订、切削用量的选择、刀具及其参数的设定，指定被加工部位和参考面，程序就自动计算出刀具的加工路径并生成刀位轨迹文件。利用后处理功能可生成指定数控系统用的数控加工程序。因此我们把这种自动编程方式称为图形交互式自动编程，图形编程方式大大减小了编程出错率，提高了编程效率和可靠性。

2 UG软件简介

UG 软件是美国Unigraphics Solutions公司的一个集CAD、CAE和CAM于一体的计算机辅助机械设计制造系统。在UG软件中，对所设计的零件绘制几何图形及建模；通过程序的后处理生成数控加工指令代码，将得到的数控加工指令代码编辑调试后输入到数控机床即可进行数控加工。

3 数控加工模拟

4 数控加工数据生成

在计算机中建立数控机床加工环境，根据加工工艺方案设置参数，模拟数控机床的实际切削过程，进行刀具干涉检查。通过计算机模拟数控加工，确认符合实际加工要求后，就可以利用UG 软件的后处理程序来生成数控代码。

5 数控加工程序的输入

我们可以利用计算机RS232串行口和机床专用数据接口连接，将数控程序传输至数控机床，供数控加工使用。

6 零件建模与数控加工

6.1 建立模型

设计的目的是为了生产，其效益最终通过CAM 体现出来，所以零件的数字模型的建立就显得十分重要。

6.2 工艺方案分析

（1）工艺路线分析

人脸零件需要加工的部位是外轮廓面，零件的加工工艺性较好。

（2）装夹方式选择

人脸零件外轮廓为规则长方体，用虎口钳夹持，一次装夹，完成全部加工表面的粗、精加工。

（3）数控加工工艺路线设计

6.3 刀具选择和切削参数选择

在数控铣削加工中，刀具的选择直接影响零件的加工质量、加工效率和加工成本，因此正确选择刀具十分重要。

6.4 加工操作的创建

（1）坐标系的确定

在实验中，我们根据零件在机床上的安装方向和位置确定坐标轴的方向，用UG 软件编程输出的刀位数据是刀具中心顶点数据，因此，操作者应按刀具顶点对刀。

（2）刀具轨迹的建立

在UG 软件中打开已经建立好的人脸曲面模型，进入Manufacturing 模块，出Machining Environment 对话框，定义加工环境并初始化；依据完成的加工工艺方案，设置好相应的参数。

6.5 NC代码的生成

加工刀具轨迹生成后，就可以将其转化成刀源文件，刀源文件必须经过后处理程序进行转化格式转换，才能生成能够被机床接受的NC 代码。

6.6 数控机床上加工

将粗、精加工NC 代码分别输入到数控机床，检查完程序后，为了安全起见要进行试切加工，发现问题要调试和调整；确定无误后，进行数控加工。

7 结语

采用UG 软件能方便地建立零件几何模型，以刀具路径在屏幕上显示模拟，处理速度快，迅速自动生成数控代码，缩短编程人员的编程时间。特别是复杂零件的数控程序编制，利用UG 软件可大大提高程序的正确性和安全性，大幅度减少机床调整时间和机床试切时间，降低生产成本，提高工作效率。以一个复杂曲面零件为例，利用UG 软件进行建模和数控加工仿真，并在数控铣床上加工得到实体零件。UG 软件解决了许多手工无法完成的复杂零件程序的编制的问题，缩短了零件的设计和制造周期，提高了零件的设计质量。