浅谈基于UG的数控加工技术

摘 要：本文介绍了数控技术的概况，包括数控技术的发展、现状及发展趋势。简要叙述了利用UG软件进行设计和数控加工编程的一般过程。

关键词：数控技术；数控加工；UG；先进制造技术

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.07.010

1 引言

数控技术在工业加工中属于先进的零部件加工技术，而技术的先与否能直接影响着国家在国际上工业加工的重要地位，同时其水平的高低也作为先进制造技术的核心，关系到国家战略地位和体现国家综合国力的重要基础性产业，其水平高低是衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志，因此加工机床及生产过程数控化，己经成为当今制造业的发展方向。

2 数控技术的发展趋势

（1）模块化、专门化与个性化。为了适应现今数控机床自身的特点，对其机床进行模块化，并对其数控功能予以功能化。为了提升数控机床的操作技术能被广泛的应用，在实际的工作中，应对机床自身技术的出售价格进行合理的制定，进而实现机床性能的优化。另外，硬件中各组件的模块化能为实现工业数控系统标准化起到促进性的作用。按照实际不同功能方面的需求，把基本模块的型号进行统一，通过这种积木形式的改进，进行功能方面的修正，能实现适当的裁剪，并使得机床当中模块的相应得到控制，进而形成不同档次机床加工系统。

（2）智能化。该方面的内容主要指的是拟人智能，在数控机床加工的系统进行适当的处理，能在很大程度上增强机床自身的性能。智能化的数控机床加工系统在实际的作业中，通过对加工精度进行适当的检测和建模，根据实际的加工状况制定实现加工和成产目标的决策，对加工原料进给速度和切削深度的工艺参数予以控制，能促使机床的实际加工保持在最好的状态，这样不仅能提升加工的速度和质量，同时为机床后续的维修和养护提供了的重要的保障。

（3）网络化和集成化。在科学技术迅速发展下，工业加工和生产逐渐趋向网络化发展，通过自动化系统和移动网络通信技术的充分结合，为远程控制机床的生产和加工提供了重要的保障。网络数控机床系统在实际应用的过程中，在信息技术的辅助下，能对正在工作和即将工作的机床进行远程控制。不仅如此，在实际的工作中，还能实现对机床故障的检测和维修，采用网络化和集成化的技术之后，能为机床加工工厂降低一大部分的支出费用。

（4）开放化。具有高性能和超高性价比的开放化系统的研究，其重要的部分是将NC本身与分布式DNC的信息控制系统进行充分的结合。现阶段，国内的广大数控机床系统的研究人员对开放化的系统进行开发，其中以型号为华中I型具有强的代表性，其主要利用工业当中PC机当中适配器卡的系统结构，其主要的建设基础是通用32位型号的工业PC机与DOS平台当中的开放形式体系结构为依据，在实际应用中具有较好的模块化与层次化的优势。

（5）高速、高效、高精度、高可靠性发展方向。在现今的工业领域中，高速与高效的机床系统正向着高速化进行发展，在近几年的发展中可以看出从精密加工到超精密加工发展中耗费的时间较短，而加工的精准度也得到逐步的升级。高可靠性性能的C床在相对恶劣的环境下，能实现正常工作。这样的特点，在未来的发展中将是重点的发展趋势。

3 应用UG软件设计与制造

UG属于现今走在先进前列的加工控制软件，该软件能从事概念方面设计、工业产品的设计工程仿真等领域当中。

（1）UG软件的CAD功能。UG软件CAD模块的建模方式是一种复合形式的模型建立，其优势是在设计的各个环节中，能提供较强的灵活性。并在实际操作当中为机床系统提供支持不同操作工具。在操作和作业的过程中，使用的终端用户能按照最初的设计方向，进行模型的建立。并能搭建其参数化的加工模型，终端用户能通过编辑的相应参数对模进行不断的修改，进而获得最终的版本。UG系统软件能够提供便捷的操作方式，充分的集合了传统机床加工和参数化。有些时候只有一个简单的线框模型就足够了，不需要构建复杂的约束实体模型。不过，建模模块在实际应用的过程中，还提供了不同形式参数化建模形式，并具有传统实体形式的建模能力，在应用之后，能增强建模的简便性和易操作性。

（2）零件信息模型建立。零件信息模型建立模块首先利用UG的CAD功能模块完成零件造型。由于加工工艺设计需要加工工艺信息，而UG的CAD功能中不能实现在实体造型时加入加工特征信息，所以使用CAD功能扩展把加工工艺信息以属性的形式添加到零件模型当中。CAD功能扩展是通过UG软件的二次开发功能实现的。零件信息模型是为加工工艺设计和刀具轨迹提供必要的零件信息，它是通过零件信息识别功能从CAD的零件造型和CAD功能扩展提取出这些必要的零件信息的。零件信息识别是通过UG软件的二次开发功能实现的。国内外对于零件信息识别进行了很多的研究，现在多数采用特征识别，特征识别要求CAD系统必须能够进行特征建模或者通过一定的特征识别算法来识别加工特征。特征识别在回转体零件的识别上已经有成功的例子，但它对非回转体的识别还有一定的局限性，难以满足零件信息处理的要求。

（3）加工工艺设计。在使用先进加工技术之后，能获得机床加工数据，主要的方式以下两种：1）在本系统的辅助下，利用创成的成型的工艺设计模式，得到工艺数据，在实加工的过程中可以自动的形成加工工艺。其先通过对将要加工零件属性的识别，从这些信息中筛选出能支撑零件加工的信息模型，并作为工艺实际逻辑决策树的依据，在加工之前，对工艺决策的可行性进行推理。进而生成工艺数据，主要以关系表的形态存储到数据库当中。还提供了工艺修改的相应功能，能对自动形成的工艺规划予以适当的调整。2）自动编程模块需要加工工艺数据，能从其它CAPP系统中读取或手工输入。工艺数据库中包含了进行工艺决策时使用到的工艺知识，这些知识可以使用数据库来进行表示，如刀具、进给量、切削速度信息等。工艺决策逻辑以决策树的形式表现，决策树包含工艺决策、工具选择、切削用量选择等知识，如确定工序、工步的内容及顺序的规则、选择刀具、进给量、切削速度的规则。加工工艺设计是基于工艺决策可以自动生成工艺规程，同时为了使整个系统有更强的实用性，对生成的工艺规程可以进行修改，使生成的工艺规程更加合理。加工工艺设计模块中的工艺决策虽然没有采用专家系统型进行推理，但在设计过程中，借鉴了许多专家系统的技术，如知识的表示、框架推理等，这样使工艺决策的表达和描述都非常的方便和清晰。加工工艺设计模块的工艺决策是基于框架推理以决策树的形式进行的，其过程包括确定毛坯、确定表面的最终加工方式、制定工艺路线、工艺设计等。

（4）UG软件编程加工。数控自动编程模块从数据库中提取零件信息模型、加工工艺设计所提供的信息，在建立毛坯模型、刀具模型的基础上，构造UG的加工环境，应用刀具轨迹决策自动完成刀具轨迹生成。然后进行刀具轨迹仿真，在加工过程仿真无误后，通过利用针对使用机床的后置处理文件输出适合该机床NC代码。

1）刀具轨迹的自动生成。刀具轨迹的自动生成利用内部接口，工工艺信息，包括加工工序、刀具信息、从加工工艺设计模块中读取加切削参数、加工方式、加工对象几何体等，调用UG内部函数设置加工环境配置和设置，创建操作对应的程序，把从加工工艺设计模块中读取到的切削参数赋给操作对应的切削参数选项，最后创建出刀具轨迹。

2）刀具轨迹的切削仿真。对于已经生成的刀具轨迹，可以进行实体形式的切削仿真，让用户在图形方式下更直观地观察刀具地运动过程，以验证各刀具轨迹参数设置的合理性。实体形式的切削仿真可以对工件进行比较真实的模拟切削，通过切削模拟可以提高程序的安全性和合理性。切削仿真以实际加工的时间并且在不造成任何损失的情况下检查零件过切或者未切削到位的现象，通过实体切削模拟可以发现在实际加工过程时存在的某些问题，以便编程人员及时修正，避免工件报废。通过实体切削模拟还可以反应加工后的实际形状，为后面的程序编制提供直观的参考。

3）刀具轨迹的后处理。CAM过程的最终目的是生成一个数控机床可以识别的代码程序。数控机床的所有运动和操作是执行特定的数控指令的结果，完成一个数控加工一般需要连续执行一连串的数控指令，即数控程序。手工编程方法根据零件的加工要求按照所选数控机床的数控指令集编写数控程序，直接输入到数控机床的数控系统中。自动编程方法则不同，经过刀具轨迹计算出来的是刀位文件，而不是数控程序，因此，需要设法把刀位源文件转换为特定机床能执行的数控程序，输入数控机床的数控系统，才能进行零件的数控加工。把刀位源文件转换成特定机床能执行的数控程序的过程称为后置处理。

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