UG CAM几个疑难问题初探

陈明+++刘瑞军

摘 要：UG CAM 是一个功能强大的计算机辅助制造模块，在机械制造领域发挥着重要的作用。结合生产经验和体会，对零件编程和加工中遇到的边界、倒拔模等几个疑难问题进行了分析、探讨和总结。

关键词：UG CAM；编程；边界；倒拔模；联动

UG的CAM模块提供了一种交互式编程产生精确加工轨迹的方法，被广泛地应用于各个领域，尤其在机械制造行业更是发挥着无与伦比的作用。在生产加工过程中会遇到各种形状的零件，加工要求各不相同，这就要求编程员能对UG CAM及相关工艺熟练掌握，并结合实际情况灵活应用才能保证零件加工质量。经过近几年对UG CAM的摸索，针对制造过程中存在的几个技术难点进行了分析和探讨，提出了一些观点和认识，和诸位同仁交流共享。

1 加工边界问题

边界指零件加工的几何范围，在UG CAM 加工时，最容易混淆的是BOUNDARY、CHECK和TRIM的功能及用法。下面通过加工实例来说明它们的关系和区别。零件加工要求：用D20立铣刀对右图零件紫色平面部分进行加工，余量=0。

1.1 采用BOUNDARY驱动方式加工

边界驱动切削方法是将由边界定义的切削区域内的驱动点沿指定方向（通常是刀轴方向）投影到零件表面上而生成刀轨，是固定轴曲面轮廓铣加工常用一种驱动方式。

关键选项和参数设置：零件几何体选择大长方体的上表面，驱动几何体选择紫色部分边缘线（闭合曲线），材料侧选择“外侧”，刀具位置选择“相切”。

重点解析：材料侧是指和刀具切削几何体相反的一侧，如果刀具切削几何体内侧，则材料侧为外侧。刀具位置此时必须选“相切”，若选择“在上面”，会出现过切现象。

1.2 采用CHECK设定检查几何体加工

CHECK是指检查几何体，俗称检查边界，用来指定要保护的几何形状以防止刀具进入切削。关键选项和参数设置：驱动方式选择区域铣方式，零件几何体选择整个零件，切削区域选择大长方体的上表面，CHECK检查几何体选择红色小凸台，CHECK SAFE CLEARANCE=0，

CHECK STOCK=0.

重点解析：CHECK 定义的特征为加工过程中被保护的部分，有两个参数非常重要：

CHECK SAFE CLEARANCE指刀具距离检查边界的安全距离，CHECK STOCK指检查几何体的余量，两者可根据实际情况搭配使用。

1.3 采用TRIM线对刀轨修剪方式

TRIM BOUNDARY 指的是剪切边界，可以对生成的刀轨进行剪切处理，得到想要的刀轨。关键选项和参数设置：边界方式选择CURVE BOUNDARY，边界线选择紫色部分边缘线（闭合曲线），修剪侧选择外侧，打开EDIT，在边界成员选项中依次选择小凸台底部两条边界线，并设置STOCK=10MM（刀具半径）。

重点解析：修剪侧的内容为要剪切掉的刀轨部分；可以选择边界成员曲线并设置余量对部分边界区域进行 “偏置”处理，以防刀具过切；可以通过设置“创建下一条边界”选项来增加其他修剪边界。

2 零件倒拔模加工问题

倒拔模给零件加工带来了一定难度，有时会由于工艺、操作人员的疏忽而导致零件加工不合格，造成返工甚至直接导致零件报废。下面通过“X架”加工实例来说明倒拔模零件加工常用的方法和注意的事项。

零件加工前要先进行零件分析，弄清楚待加工零件的主要特征，比如加工部位圆角大小、拔模斜度大小等，由此来决定采用什么方法、用什么刀具加工较合适。在UG中，可以用加工状态下分析模块中“NC ASSISTANT”来实现这一功能，用它可以对零件进行圆角、倒角、拔模角度进行分析，并出具检测报告。加工前的零件分析很重要，必须引起高度重视。零件倒拔模部位直接上立铣用普通球头铣刀加工很难实现（扛刀），须采用一些特别的方法。

2.1 用T形刀上立铣加工

用T形刀避免了立铣上加工倒拔模时扛刀的问题，这种方法操作简单，只需有合适的T形刀具就可以上立铣加工。

2.2 采用卧式铣床或多轴铣床加工

采用卧铣加工倒拔模部位也是一种常用的方法，对卧铣来说，倒拔模已不再是“倒拔模”，即使用球刀加工也不会出现扛刀现象，采用卧加时应注意加工坐标系的设定。

2.3 将工件翻转（倒拔模变正拔模）进行加工

将工件翻转过来，原来的倒拔模“不复存在”，在普通立铣上就可以用球刀加工，避免了扛刀现象。

2.4 采用成型刀具加工

采用成型刀也可实现对零件的倒拔模部分进行加工，并且可以一次成型，加工效率高，尤其适用于多件或批量零件加工，但成型刀具角度必须与零件拔模角度相一致。锥模圈逃逸部加工就是采用这种加工方式。

上述几种加工方法在实际生产中各有利弊，要根据具体情况而定采用哪种方法。比如，如果零件加工部位空间狭小，对体形较庞大的T形刀来说难以下刀，就要考虑另外方法；若零件形状复杂，不易翻转甚至翻转后须定制专门夹具来定位夹紧才能加工，这时就要考虑其它方法；而采用成型刀加工零件对成型刀具刃磨角度有特殊要求。总之，具体采用哪种方法加工要视情况而定，尽量做到操作简单可靠，保证工件质量。

3 机床联动加工和摆头问题

有些零件由于形状、加工部位比较特殊或有特殊的加工要求，在普通立铣上加工难实现，就可能需要采用三轴铣床的摆头功能，四轴、五轴或高速铣床的摆头（或旋转工作台）功能进行加工。多轴铣床的一个特点就是机床拥有三个直线坐标轴和一个或两个旋转坐标轴，刀轴（或旋转工作台）可以自由旋转到指定位置，并且几个坐标轴可以同时控制，协调、联动加工。三轴联动和四轴、五轴联动的加工又不相同。

3.1 三轴联动机床的刀轴旋转endprint

所谓三轴联动，即在加工过程中，X、Y、Z三个直线轴坐标可以同时变化，协调运动，用以加工空间曲面。我厂的"五号铣""三轴"这两个机床都属三轴联动。三轴联动机床的刀轴也可以旋转到指定位置锁定后再对工件进行加工，但在加工过程这个刀轴旋转角度保持不变，只有X、Y、Z三个直线轴坐标在联动变化。程序输出的结果是刀具刀尖坐标，采用这种方法加工一定要对刀准确，才能保证加工精度。

3.2 四轴联动加工

所谓四轴联动，指的是加工过程中除X、Y、Z三个直线轴坐标可以同时变化外，还有一个旋转轴坐标也在联动变化。我厂的卧加实际就是四轴联动，四轴联动分工作台转动和刀轴转动两种类型，我厂的卧加属工作台转动类型；主要用以回转体工件特殊部位加工，加工须注意工件中心要与工作台中心一致。

3.3 五轴联动加工

顾名思义，五轴联动加工就是指加工过程中三个直角坐标轴和两个旋转坐标轴可以联动加工，协调运动。五轴联动机床分为三种类型：双摆头式、双旋转工作台式和摆头+旋转工作台复合式；我厂的高速铣就是双摆头式五轴联动加工机床，特别适用于加工复杂曲面零件和高精度要求零件的加工（比如屏凸模表面精加工）。

采用五轴联动加工可以有效避免刀具干涉问题。除此之外，相对于普通立铣来讲，还有一大优点：在普通立铣上使用球面铣刀加工曲面时，当刀具中心线垂直于加工面时，由于球面铣刀的顶点线速度为零，切出的工件表面质量会很差，刀具磨损也很厉害。采用主轴回转的设计，使球面铣刀避开顶点切削，保证切削点有较高的线速度，可提高切削性能，获得较高的表面加工质量，屏凸模表面精加工就是基于这样一个原理，才会获得很高的表面加工精度。

五轴联动一个很重要的功能是RTCP。RTCP指刀轴绕刀具中心旋转。在五轴联动加工时，一个或多个转动坐标的运动会引起刀具中心的位移，RTCP功能能对旋转轴的运动自动进行补偿，确保刀具中心点始终在编程轨迹上。当RTCP打开时，刀轴绕刀心旋转；当RTCP关闭时，刀轴绕摆头旋转中心旋转。

高速铣加工所用刀具一般是球头铣刀或平头铣刀，并且机床识别的程序坐标应是刀具的球心坐标，由于UG CAM 输出的程序坐标都是刀尖坐标，在这种情况下就需要将刀尖坐标转换为刀具球心坐标。通常三种方法可实现这一功能：第一种方法，当刀具倾斜角度固定时，通过矢量分解，将刀具半径沿倾斜方向进行分解，得出矢量分量，和刀尖坐标运算后得出刀心坐标；第二种方法是加工时直接将待加工曲面沿刀轴方向偏移一个刀半径再进行加工，这样得出的结果就是刀心坐标，第三种方法是设置加工余量为刀具半径值，加工后也可直接得出刀心坐标。

4 结束语

UG CAM 功能强大，只有在生实践产中不断学习、摸索和总结，才能有所提高，达到一个较高的水平，加工零件才会做到得心应手。以上是根据生产经验，对UG CAM 几个疑难问题点的一些认识和理解。由于工作经验、水平及篇幅所限，在一些细节之处未作深入探讨，也难免有疏漏或不切之处，还请各位同仁多多包涵并指正。

参考文献

[1]苏红卫，安杰.UG铣制造过程培训教程[M].北京：清华大学出版社，2002.

[2]张超英，罗学科.数控加工综合实训[M].北京：化学工业出版社，2003.endprint

所谓三轴联动，即在加工过程中，X、Y、Z三个直线轴坐标可以同时变化，协调运动，用以加工空间曲面。我厂的"五号铣""三轴"这两个机床都属三轴联动。三轴联动机床的刀轴也可以旋转到指定位置锁定后再对工件进行加工，但在加工过程这个刀轴旋转角度保持不变，只有X、Y、Z三个直线轴坐标在联动变化。程序输出的结果是刀具刀尖坐标，采用这种方法加工一定要对刀准确，才能保证加工精度。

3.2 四轴联动加工

所谓四轴联动，指的是加工过程中除X、Y、Z三个直线轴坐标可以同时变化外，还有一个旋转轴坐标也在联动变化。我厂的卧加实际就是四轴联动，四轴联动分工作台转动和刀轴转动两种类型，我厂的卧加属工作台转动类型；主要用以回转体工件特殊部位加工，加工须注意工件中心要与工作台中心一致。

3.3 五轴联动加工

顾名思义，五轴联动加工就是指加工过程中三个直角坐标轴和两个旋转坐标轴可以联动加工，协调运动。五轴联动机床分为三种类型：双摆头式、双旋转工作台式和摆头+旋转工作台复合式；我厂的高速铣就是双摆头式五轴联动加工机床，特别适用于加工复杂曲面零件和高精度要求零件的加工（比如屏凸模表面精加工）。

采用五轴联动加工可以有效避免刀具干涉问题。除此之外，相对于普通立铣来讲，还有一大优点：在普通立铣上使用球面铣刀加工曲面时，当刀具中心线垂直于加工面时，由于球面铣刀的顶点线速度为零，切出的工件表面质量会很差，刀具磨损也很厉害。采用主轴回转的设计，使球面铣刀避开顶点切削，保证切削点有较高的线速度，可提高切削性能，获得较高的表面加工质量，屏凸模表面精加工就是基于这样一个原理，才会获得很高的表面加工精度。

五轴联动一个很重要的功能是RTCP。RTCP指刀轴绕刀具中心旋转。在五轴联动加工时，一个或多个转动坐标的运动会引起刀具中心的位移，RTCP功能能对旋转轴的运动自动进行补偿，确保刀具中心点始终在编程轨迹上。当RTCP打开时，刀轴绕刀心旋转；当RTCP关闭时，刀轴绕摆头旋转中心旋转。

高速铣加工所用刀具一般是球头铣刀或平头铣刀，并且机床识别的程序坐标应是刀具的球心坐标，由于UG CAM 输出的程序坐标都是刀尖坐标，在这种情况下就需要将刀尖坐标转换为刀具球心坐标。通常三种方法可实现这一功能：第一种方法，当刀具倾斜角度固定时，通过矢量分解，将刀具半径沿倾斜方向进行分解，得出矢量分量，和刀尖坐标运算后得出刀心坐标；第二种方法是加工时直接将待加工曲面沿刀轴方向偏移一个刀半径再进行加工，这样得出的结果就是刀心坐标，第三种方法是设置加工余量为刀具半径值，加工后也可直接得出刀心坐标。

4 结束语

UG CAM 功能强大，只有在生实践产中不断学习、摸索和总结，才能有所提高，达到一个较高的水平，加工零件才会做到得心应手。以上是根据生产经验，对UG CAM 几个疑难问题点的一些认识和理解。由于工作经验、水平及篇幅所限，在一些细节之处未作深入探讨，也难免有疏漏或不切之处，还请各位同仁多多包涵并指正。

参考文献

[1]苏红卫，安杰.UG铣制造过程培训教程[M].北京：清华大学出版社，2002.

[2]张超英，罗学科.数控加工综合实训[M].北京：化学工业出版社，2003.endprint

所谓三轴联动，即在加工过程中，X、Y、Z三个直线轴坐标可以同时变化，协调运动，用以加工空间曲面。我厂的"五号铣""三轴"这两个机床都属三轴联动。三轴联动机床的刀轴也可以旋转到指定位置锁定后再对工件进行加工，但在加工过程这个刀轴旋转角度保持不变，只有X、Y、Z三个直线轴坐标在联动变化。程序输出的结果是刀具刀尖坐标，采用这种方法加工一定要对刀准确，才能保证加工精度。

3.2 四轴联动加工

所谓四轴联动，指的是加工过程中除X、Y、Z三个直线轴坐标可以同时变化外，还有一个旋转轴坐标也在联动变化。我厂的卧加实际就是四轴联动，四轴联动分工作台转动和刀轴转动两种类型，我厂的卧加属工作台转动类型；主要用以回转体工件特殊部位加工，加工须注意工件中心要与工作台中心一致。

3.3 五轴联动加工

顾名思义，五轴联动加工就是指加工过程中三个直角坐标轴和两个旋转坐标轴可以联动加工，协调运动。五轴联动机床分为三种类型：双摆头式、双旋转工作台式和摆头+旋转工作台复合式；我厂的高速铣就是双摆头式五轴联动加工机床，特别适用于加工复杂曲面零件和高精度要求零件的加工（比如屏凸模表面精加工）。

采用五轴联动加工可以有效避免刀具干涉问题。除此之外，相对于普通立铣来讲，还有一大优点：在普通立铣上使用球面铣刀加工曲面时，当刀具中心线垂直于加工面时，由于球面铣刀的顶点线速度为零，切出的工件表面质量会很差，刀具磨损也很厉害。采用主轴回转的设计，使球面铣刀避开顶点切削，保证切削点有较高的线速度，可提高切削性能，获得较高的表面加工质量，屏凸模表面精加工就是基于这样一个原理，才会获得很高的表面加工精度。

五轴联动一个很重要的功能是RTCP。RTCP指刀轴绕刀具中心旋转。在五轴联动加工时，一个或多个转动坐标的运动会引起刀具中心的位移，RTCP功能能对旋转轴的运动自动进行补偿，确保刀具中心点始终在编程轨迹上。当RTCP打开时，刀轴绕刀心旋转；当RTCP关闭时，刀轴绕摆头旋转中心旋转。

高速铣加工所用刀具一般是球头铣刀或平头铣刀，并且机床识别的程序坐标应是刀具的球心坐标，由于UG CAM 输出的程序坐标都是刀尖坐标，在这种情况下就需要将刀尖坐标转换为刀具球心坐标。通常三种方法可实现这一功能：第一种方法，当刀具倾斜角度固定时，通过矢量分解，将刀具半径沿倾斜方向进行分解，得出矢量分量，和刀尖坐标运算后得出刀心坐标；第二种方法是加工时直接将待加工曲面沿刀轴方向偏移一个刀半径再进行加工，这样得出的结果就是刀心坐标，第三种方法是设置加工余量为刀具半径值，加工后也可直接得出刀心坐标。

4 结束语

UG CAM 功能强大，只有在生实践产中不断学习、摸索和总结，才能有所提高，达到一个较高的水平，加工零件才会做到得心应手。以上是根据生产经验，对UG CAM 几个疑难问题点的一些认识和理解。由于工作经验、水平及篇幅所限，在一些细节之处未作深入探讨，也难免有疏漏或不切之处，还请各位同仁多多包涵并指正。

参考文献

[1]苏红卫，安杰.UG铣制造过程培训教程[M].北京：清华大学出版社，2002.

[2]张超英，罗学科.数控加工综合实训[M].北京：化学工业出版社，2003.endprint