圖形化數(shù)控編程是數(shù)控程序編制的發(fā)展方向灶搜，尤其是對(duì)大型三維復(fù)雜零件的加工更是如此趣闻。本文介紹了采用UGⅡ軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件數(shù)控加工的圖形化編程技術(shù)的一般方法干策，相信也能為在其他CAM軟件環(huán)境下的圖形化編程提共借鑒办溶。

一袍砚、引言

數(shù)控機(jī)床是按照編制好的加工程序自動(dòng)地對(duì)工件進(jìn)行加工的高效自動(dòng)化設(shè)備，數(shù)控程序的質(zhì)量是影響數(shù)控機(jī)床的加工質(zhì)量和使用效率的重要因素抠阴。數(shù)控編程技術(shù)是隨著數(shù)控機(jī)床的誕生而發(fā)展起來(lái)的技術(shù)槐伍，至今已經(jīng)歷了手工編程、語(yǔ)言自動(dòng)編程和圖像自動(dòng)編程三個(gè)發(fā)展階段粥割。對(duì)于幾何形狀不太復(fù)雜的簡(jiǎn)單零件凌红，計(jì)算簡(jiǎn)單，加工程序不多突妇，采用手工編程較容易實(shí)現(xiàn)硬纤，但對(duì)于形狀復(fù)雜或程序量很大的零件，手工編程難于勝任赃磨。語(yǔ)言自動(dòng)編程與手工編程相比筝家，提高編程效率數(shù)倍乃至數(shù)十倍，但它必須對(duì)要加工的每一個(gè)幾何體作精確的描述和定義邻辉，而某些復(fù)雜的幾何圖形幾乎難以用語(yǔ)言來(lái)精確描述溪王，在三維加工領(lǐng)域更是這樣。特別是當(dāng)今CAD技術(shù)的蓬勃發(fā)展更襯托出這種編程方法的不適應(yīng)性值骇，于是20世紀(jì)80年代后期就進(jìn)入了基于圖形的圖像自動(dòng)編程階段莹菱。圖形化編程所需要的零件圖在CAD/CAM系統(tǒng)中由CAD軟件產(chǎn)生移国，無(wú)需數(shù)控編程者再次進(jìn)行建模，編程者只要輸入必要的工藝參數(shù)道伟、指定被加工部位和參考面迹缀，程序就自動(dòng)計(jì)算出刀具的加工路徑，模擬加工狀態(tài)蜜徽，顯示刀具路徑和刀具形狀以檢驗(yàn)走刀軌跡祝懂，如有錯(cuò)誤，可立即修正娜汁。圖像編程大大減小了編程出錯(cuò)概率,提高了編程效率和可靠性臀匹。

UGⅡ是美國(guó)Unigraphics Solutions公司的一個(gè)集CAD、CAE和CAM于一體的計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)油后。UG的加工制造模塊功能極強(qiáng)挠站，它在航空制造業(yè)和模具制造業(yè)已有20多年成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，是其他應(yīng)用軟件無(wú)法比擬的容书。下面以圖1所示的型腔零件加工工藝中經(jīng)常采用的數(shù)控加工為例恃藐，對(duì)UG/CAM的圖形化數(shù)控編程技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)解。

圖1 型腔模型

二藤棕、UG圖形化數(shù)控編程的特點(diǎn)和步驟

數(shù)控加工的圖形化編程技術(shù)區(qū)別于普通數(shù)控編程技術(shù)的明顯特點(diǎn)是：待加工零件的設(shè)計(jì)和加工編程是基于同一個(gè)CAD/CAM環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的自拖，即數(shù)控加工刀具軌跡的產(chǎn)生依賴于產(chǎn)品的幾何信息，并根據(jù)設(shè)計(jì)者提供的加工參數(shù)和刀具信息自動(dòng)計(jì)算產(chǎn)生的朴树。圖形化數(shù)控自動(dòng)編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過(guò)程信息模型的無(wú)縫連接宏查，可有效地保證數(shù)控加工的質(zhì)量和效率。UGⅡ?qū)崿F(xiàn)數(shù)控加工圖形化編程的具體流程框圖如圖2所示榨惭。

圖2 UG/CAM流程框圖

該型腔零件的數(shù)控加工骡拐，主要采用數(shù)控銑削。UG/CAM提供了強(qiáng)大的數(shù)控銑加工功能忿项。型腔CAD模型產(chǎn)生以后蓉冈，可采用以下幾個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)加工設(shè)計(jì)和產(chǎn)生加工操作：

(1)刀具節(jié)點(diǎn)設(shè)置

與普通數(shù)控編程一樣，在進(jìn)行圖形化數(shù)控編程時(shí)轩触，首先應(yīng)確定該種加工所采用的刀具類型和相關(guān)尺寸寞酿。加工中根據(jù)零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和尺寸要求，結(jié)合車(chē)間刀具的實(shí)際情況脱柱，完成型腔零件數(shù)控加工共選用了8把刀具伐弹，分別是：?16的粗加工銑刀、?16精加工銑刀榨为、?8銑刀掸茅、?4銑刀、?2銑刀柠逞、?80盤(pán)銑刀、?2鉆頭、R3球頭刀板壮。仿真加工用刀具參數(shù)與車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)基本一致逗鸣，能比較準(zhǔn)確地驗(yàn)證后置處理程序的正確性。

(2)設(shè)置避讓參數(shù)

根據(jù)系統(tǒng)提供的菜單輸入加工過(guò)程的控制信息僵卿，如它允許規(guī)定開(kāi)始加工的起始點(diǎn)特与，加工結(jié)束的返回點(diǎn)、回零點(diǎn)正庙∽⒗ǎ可以規(guī)定加工過(guò)程中刀具移動(dòng)的安全平面和刀具運(yùn)動(dòng)的底限制平面。由于數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)速度較快蓄扳，為了保證加工安全蝴车，對(duì)刀具移動(dòng)的安全平面設(shè)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(zhì)量和效率拢给，UG/CAM中提供了多種切削方法可供選擇：往復(fù)型切削（Zig-Zag）蛹协、單向切削（Zig）、單向帶輪廓（Zig with Contour）褥疆、仿形外輪廓（Follow Periphery）兆焦、仿形零件（Follow Part）、輪廓銑（Profile）永铛、標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)（Standard Drive）生碗，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(shí)多采用仿形外輪廓（Follow Periphery）方法驾窟，它的刀軌是連續(xù)切削切削的刀軌庆猫，既有較高的切削效率也能維持切削穩(wěn)定和加工質(zhì)量。

(4)選擇切削余量

根據(jù)操作的加工特點(diǎn)如精加工纫普、半精加工或精加工的不同特點(diǎn)阅悍，確定零件的底面、側(cè)面和干涉檢查面的不同的余量數(shù)值昨稼，確保零件加工質(zhì)量并充分考慮加工效率节视。

(5)確定步距和跨距

控制加工過(guò)程中刀具相鄰刀次的間距是決定零件加工表面質(zhì)量和加工效率的重要因素，必須合理搭配假栓，步距寬加工速度相對(duì)較快但表面質(zhì)量差寻行，反之則加工速度慢而切削表面質(zhì)量較高，進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)加工的不同特點(diǎn)合理選取匾荆“柚可以用恒定、刀具直徑的百分比牙丽、殘余波峰高度简卧、可變等不同的方法來(lái)指定步距的方式和參數(shù)兔魂。

(6)確定進(jìn)刀和退刀

在某些單向型銑加工中，進(jìn)刀和退刀問(wèn)題顯得特別重要迈叫，沒(méi)有合適的進(jìn)刀路線加工甚至不能正常進(jìn)行锌拱。

根據(jù)擬定的工藝流程確定型腔零件的加工方法和操作如下：

(1)精銑上表面，加工方法采用MILL_FINISH暂韭，操作采用FACING_MILLING姿抒；
　　(2)粗加工外形，加工方法采用MILL_ROUGH盒伸，操作采用PLANAR_PROFILE茂蓬；
　　(3)粗加工內(nèi)腔，加工方法采用MILL_ROUGH橘沾，操作采用PLANAR_PROFILE吴钧，側(cè)面余量留1㎜； 
　　 (4)精加工內(nèi)腔轧黑，加工方法采用MILL_FINISH开摄，操作采用FINSH_FLOOR，側(cè)面余量留0?1㎜且昭；
　　(5)精加工內(nèi)腔底平面邦马，加工方法采用LATHE_FINSH，操作采用PLANAR_MILL宴卖；
　　(6)加工止口滋将，加工方法采用MILL_FINISH，操作采用FINISH_WALLS症昏；
　　(7)加工內(nèi)腔缺口随闽，加工方法采用MILL_FINSH，操作采用CLEANUP_CORNERS肝谭；
　　(8)預(yù)鉆孔掘宪，加工方法采用DRILL_METHOD，操作采用SPOT_DRILLING攘烛；
　　(9)精加工外形魏滚，加工方法采用MILL_FINISH，操作采用PLANAR_PROFILE坟漱；
　　(10)加工外凸臺(tái)圓角鼠次，加工方法采用MILL_FINSH,操作采用FINISH_WALLS（翻面后，裝夾完成后開(kāi)始另一面的加工）芋齿；
　　(11)去除工藝夾頭齿矗，加工上表面，加工方法采用MILL_FINISH秤瞒，操作采用FACING_MILLING_AREA爷凫；
　　(12)加工內(nèi)腔疗涎，加工方法采用MILL_FINISH，操作采用PLANAR_MILL妖奕。

在創(chuàng)建操作的同時(shí)也對(duì)前述的各項(xiàng)切削參數(shù)和其他選項(xiàng)進(jìn)行定義遭唠，如主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給率窄栓、切削深度等，這樣在就由UGⅡ根據(jù)加工方式的設(shè)置自動(dòng)計(jì)算出走刀次數(shù)和路徑组莲。

三笙亿、數(shù)控程序的仿真加工

UGⅡ加工仿真功能可以交互式地模擬演示材料按數(shù)控刀軌數(shù)據(jù)被去除的過(guò)程，對(duì)加工前對(duì)完成的加工操作進(jìn)行驗(yàn)證咒饼。

圖3～圖5為通過(guò)UGⅡ的仿真加工生成零件仿真圖炕烈，其中圖3為完成外形粗加工后的仿真，圖4為完成內(nèi)腔精加工后的仿真渔硫，圖5為完成上面加工后的仿真皱坛。

圖3 外形粗加工仿真

圖4 內(nèi)腔精加工仿真

圖5  上表面加工仿真

四、數(shù)控加工NC代碼的生成

經(jīng)過(guò)仿真豆巨，型腔零件加工刀軌最終形成如下的程序樹(shù)剩辟，如圖6所示。

圖6 程序樹(shù)圖

零件加工的刀具軌跡文件產(chǎn)生以后往扔，其計(jì)算結(jié)果是不能直接在數(shù)控機(jī)床上使用的贩猎，這是因?yàn)閿?shù)控機(jī)床中的控制系統(tǒng)只能識(shí)別數(shù)控指令，如G代碼萍膛、M代碼等吭服。為了得到能夠驅(qū)動(dòng)數(shù)控機(jī)床工作的NC指令必須將刀位文件轉(zhuǎn)換成特定的數(shù)控指令，即進(jìn)行后處理蝗罗。UG/CAM提供了兩種后置處理方法艇棕，分別是圖形后處理模塊GPM（Graphics Postprocessor Module）和UGPOST后置處理方法。GPM后置處理方法是一種舊式方法串塑，但是還有很多人在使用這種處理方法沼琉。從UG V16開(kāi)始，提供一種叫做UGPOST的后置處理（UG/Post Postprocessor）拟赊，UGPOST后置處理不需要CLSF和MDFG椭吠，可以直接利用操作導(dǎo)航工具中的操作生成NC文件，基于UGPOST后置處理方法的上述優(yōu)勢(shì)蹲瘩，在生產(chǎn)實(shí)際中將逐步取代GPM后置處理方法炬锦。我們將生成的刀軌通過(guò)由UGPOST完成的Conquest VMC700數(shù)控機(jī)床后置處理進(jìn)行轉(zhuǎn)換，生成Conquest VMC700控制器能夠接受的NC程序架揉，通過(guò)計(jì)算機(jī)RS232串行口和機(jī)床專用數(shù)據(jù)接口連接孝炫，NC程序被傳輸至機(jī)床凌秩。下面是所生成的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
　　%

五抽茸、結(jié)論

復(fù)雜型面零件的圖形化數(shù)控加工編程的諸多優(yōu)點(diǎn)段许，使得這種編程方式成為數(shù)控編制技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)發(fā)展方向碍讼，但應(yīng)指出該種編程方式雖然先進(jìn)驹毁，但智能化程度不高，要求編程者對(duì)數(shù)控加工工藝具有豐富和成熟的經(jīng)驗(yàn)练代，才能編制出高質(zhì)量的數(shù)控加工文件廊席，因此提高現(xiàn)有圖形化數(shù)控編程技術(shù)的智能化水平是今后發(fā)展的一個(gè)必然趨勢(shì)。

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