基于UG的數控編程關鍵技術研究

董磊　劉洋

[摘要]數控技術是制造業信息化的關鍵技術之一，數控加工是現代制造的重要組成部分。隨著計算機技術的飛躍發展，數控編程由手工編程發展到自動編程。本文對自動編程軟件及其工作過程進行了介紹，以UG軟件為例描述了自動編程軟件在數控編程與加工中所發揮的重要作用。

[關鍵詞]自動編程；數控加工；數學模型；三維仿真

[中圖分類號]TQ018 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）06-0060-01

1 引言

模具數控編程作為模具數控加工的核心，占用CNC加工30%～40%的時間，因此，數控編程軟件功能的強大與否直接影響到模具數控編程效率及加工質量。模具制造業內各類數控編程軟件在不斷改進和開發各種編程功能的同時，也集成了很多數據庫，提供開放性的二次開發接口，供用戶根據實際情況進行重新設置開發，以實現編程半自動化或自動化作業。

隨著編程軟件功能的增多，所需要設置的編程參數也相應增加，如UG編程軟件提供了很多開放性數據庫設置功能，包括模具設計標準件庫、編程數據庫，以實現眾多編程參數的半自動化、自動化及標準化設置。

2 UG自動編程的數控加工工藝選擇

（1）刀具的正確選擇

“工欲善其事，必先利其器”。刀具的合理選擇是獲得優質產品的前提，數控加工中，刀具的選擇主要反映在模具的曲面、型腔加工方面，平時使用較多的是國外的仿形銑刀，雖價格昂貴但耐用。粗加工宜用硬質合金球刀、端銑刀或圓鼻刀，精加工用單片硬質合金球刀，清根用粗加工刀、精加工刀或錐度球刀。合金刀片應根據不同加工材料、加工階段來選，誤用不但影響到工件的加工效率和質量，而且將縮短刀片壽命。使用球刀精加工時，在能滿足曲面形狀幾何要求時優先用大刀。刀具選用當否直接關系到制造的成本、質量及效率。

（2）工序的劃分

①粗加工

粗加工的主要任務是提高生產率，以較快速度去除毛坯余量使之接近零件形狀，同時做到安全、經濟。數控加工程序編制時應盡量對毛坯進行連續切削，因為刀具頻繁出入切削材料容易被損壞，同時也增加了操作難度。對方形毛坯進行粗加工應采用分層切削法，每層環切或行切走刀，層間螺旋下刀，深度取刀直徑的12%-25%為宜，步距根據模具材料不同，一般是刀具直徑的25%左右。較好的做法是取較小的切削量、較快的進給速度，既保證了工件的加工質量和效益，也保護了刀具。對復雜的模具型腔，可采用大、小幾把刀具分別進行粗加工，把上道工序加工完的幾何體作為下道工序的毛坯來使用，以提高加工效率和連續進刀率。鑄造毛坯的粗加工是數控編程的難點之一，由于不是從平面開始，初始毛坯不易確定，若簡單用分層加工的方法會出現許多空跑刀，大大降低加工效率。這時應仔細分析余量，可先用投影線在型腔的典型部位分別拉幾刀，測得實際余量后再酌情確定加工工藝。UG軟件的粗加工可以對零件的不同范圍分別設置不同的毛坯厚度及工藝參數，自動計算加工層數，程序一次完成。特別需要注意的是粗加工中出現的過切問題。在排除程序錯誤的前提下產生過切，常是因機床的控制系統與NC程序不統一。如FANUc、SIEMENS系統，在G00運行時機床控制系統往往走的軌跡是折線，此時看程序沒有問題但實際加工卻產生了過切。這種情況UG軟件的刀軌驗證功能無法辨別，只有NC程序經仿真軟件驗證檢查，在模擬加工中正確設置機床參數才能發現。解決方法：適當加大層間抬刀的垂直參數（G00時避開折線點），如將層間抬刀至安全平面，缺點是降低了加工效率。徹底的解決辦法是在Feeds andSpeeds菜單的Rapid一欄里填上數值（默認為0）即可。

②半精加工、精加工

半精加工一般用于零件尺寸精度要求較高時，為給精加工留下較小的加工余量的切削，可根據加工材料及零件公差要求靈活使用。精加工是對工件最后的切削運動，直接關系到零件加工質量的高低，不同的刀路程序會對零件加工出截然不同的精度效果，UG軟件提供了多種方式可選。比如在較陡峭的面多選等高線加工方式，為克服在不同斜率的面上加工殘留不均勻則多選曲面加工中的3D步距方式。半精加工、精加工時對精度的取值應看具體情況，不要一味地追求精度而忽視了加工效益。

③清根加工

清根是常用的加工工序，主要是把前面加工中應加工而沒有加工掉的余量切掉。有兩種情況須使用清根：一是在大刀后換小刀以前，為了給后續加工一個好的加工環境，避免小刀在零件拐角處的切削量過大而導致進給不能保持恒定速度，此時需先清根；再就是用于精加工前后，也是為了速度及加工出符合要求的圓角。清根常采用球刀，具體選什么刀具應根據曲面的情況而定。

（3）后置處理

后置處理就是把CAM軟件生成的刀具軌跡，根據機床控制系統的要求轉換成G代碼格式的數控加工程序。特別注意不同的數控操作系統對數控加工程序的格式、代碼規定也有所不同，這是數控編程的最后環節。UG可以直接對內部刀軌進行后處理。此外，UG有可供用戶自定義后處理格式，以解決各種編程中的問題。

（4）對加工程序的驗證

三維仿真軟件模擬加工、驗證、分析是CAM軟件應用的一個重要環節，模擬分析的好處就是可在計算機上像了解真實加工一樣觀察產品制造的全過程，用計算機來分析還沒有制造出來的零件的質量，并發現設計、制造等存在的問題。驗證分析可以針對產品、零件設計，也可針對數控加工程序。NC程序常用的仿真驗證軟件是上海宇龍公司研制的仿真軟件，它采用數據庫統一管理刀具材料和性能參數庫，提供多種機床的常用操作面板，可對數控機床操作全過程和加工運行進行仿真。在操作過程中，具有完全自動、智能化的高精度測量功能和全面的碰撞檢測功能，可檢測出刀軌路徑的錯誤以及導致零件、夾具和刀具損壞或機床碰撞等問題，還可對數控程序進行處理。若加工程序的驗證既由編程人員同時也由機床操作人員來做，則基本能有效地防止錯誤的發生。

3 結束語

在數控加工中合理選用自動編程軟件可以提高編程效率，做到事半功倍。只有不斷地實踐，不斷地總結，熟練掌握其中的運用技巧，才能夠得到理想的數控加工程序。

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