UG基础上的数控编程和加工过程仿真

刘艳华

（云南工业技师学院，云南 曲靖 655000）

UG NX是美国西门子公司（SIEMENS）的集CAD/CAE/CAM功能于一体的软件集成系统，可对许多不同的应用再利用，其功能非常强大，集成了二维草图设计、三维实体建模、自由曲面建模、零部件装配体的构建、装配体和零件工程图的绘制、钣金工艺以及模具设计等功能。UG软件广泛应用于机械、家电、航空、玩具、汽车等领域的产品设计，过程仿真和制造，软件集成了有限元分析、动力学分析和仿真模拟等模块，提高了产品设计的可靠性。UG NX的计算机辅助制造（CAM）的功能强大，主要可进行铣削加工、点位加工、车削加工和线切割加工四类的辅助制造，具有效率高、可靠性高等优点。要实现数控加工就必须要进行数控编程，借助计算机编程技术和CAM能够生成所需的刀具轨迹，通过后置处理把刀轨翻译成具体机床的数控加工程序，再输入数控机床中，让数控机床根据生成的程序指令完成操作，是目前工业现场广泛采取的方法。

1 数控编程简介

数控技术是多学科交叉的技术，集机械、电子、电气控制、计算机技术于一体，综合性很强。数控加工基础条件是根据工件构型已确定的轨迹，凭借数控系统来操控数控机床，按照程序指定和加工参数展开表面成型运动行为，并最终完成产品加工的目标。数控编程就是生成具体型号机床加工零件的程序指令的过程。数控程序的好坏将影响数控加工的效率和产品的质量以及机床和刀具的使用寿命等。数控编程的方法有很多种，其主要包括四个步骤：分析零件图样与工艺；计算加工过程中刀具轨迹；编制具体机床的数控加工程序单和上机测试数控程序。程序可通过手工或计算机自动编程获得。计算机自动编程需借助数控自动编程系统由计算机辅助生成零件的加工程序。编程人员只需借助数控编程系统就能完成对加工过程的描述，由编程系统自动完成加工程序的编制。UG NX在数控加工中的应用可贯穿整个零件的加工过程，从建立零件的三维模型、设计和仿真加工过程、修改加工参数，到后置处理、生成数控程序等一系列任务都可全权参与，减少编程员的工作量，提高加工效率和产品质量。

高精度、高效率的复杂形状的零件加工对数控编程提出了更高的要求，数控编程技术将向着高度集成化、自动化、智能化和简单易操作化的编程方向发展。对复杂形状零件的加工的研究一直都是数控编程技术重点，数控加工的效率与质量取决于加工方案和加工参数的选择，高度集成化是将指数控编程系统与CAD系统、加工过程控制系统等更加高度地集成为一个系统。三维建模软件有许多种，如SolidWorks、Inventor、Pro/E等，Pro/E也是许多企业正在使用的软件，Creo软件是Pro/E的升级版本，由于Pro/E的操作命令没有SolidWorks的简单方便，建模命令常使人感觉到抽象和不易理解，所以许多高校的三维CAD基础教程都选择使用SolidWorks软件。SolidWorks还集成了许多模拟仿真插件，如注塑过程数值模拟插件（Plastics）、有限元分析插件（Simulation）、动力学仿真插件（Motion）、逆向工程插件（Scan3D）等，其插件的操作难度不大，但计算精度不如一些专业的分析软件高，如专业的流体分析插件Fluent，多功能的多种物理场分析软件ANSYS，ANSYS的分析的分析能力涵盖了机械结构及动力学分析、电场和磁场分析、不同物理量的耦合分析等。

2 UG数控编程与仿真

UG NX为机械产品从设计到制造的生命周期中提供了一整套的解决方案。我国有很多企业使用UG NX的计算机辅助制造（CAM）模块，应用UG NX的CAM模块可建立与实际情况相一致的虚拟制造环境。在该环境中，可对数控机床和刀具等进行定义，可将刀具轨迹和零件的毛坯模型输入到虚拟环境中，对整个加工制造过程进行仿真模拟。

2.1 UG数控编程模板

UG NX软件为数控建模提供了非常强大的三维建模功能，无需复杂的编程过程，就能解决数控建模中的一大难题。UG NX为数控编程提供了加工程式模板、加工对象模板、刀具模板和刀具轨迹模板，可以通过建立模板文件把加工步骤、工艺参数与切削参数都设置好，这样就能够形成流水线式的零件加工方式，能够提高数控编程的效率与质量。用户可以使用UG NX本身自带数控编程模板，对于特定的应用实际，使用者还可以自定义编程模板，应用于符合本公司、本企业的数控加工，自定义数控加工模板的功能为用户提供了很大的自由开发的空间，借助自定义模板，用户无需再对模板中的加工参数重新设置，提高了编程效率。

2.2 刀具轨迹的生成与修改

生成刀具轨迹是数控加工的重要环节，UG NX为生成刀具轨迹提供了多种加工模块：平面铣削、型腔铣削、等高加工铣削、固定轴铣削、变轴铣削和自动清根模块。计算机自动编程后的程序可能会出现空刀现象，所以用户必须在正式进行工件的加工之前就把数控加工的程序改好。UG NX能够对刀具的轨迹进行实时监测，方便对加工过程中出现的问题进行及时的修正。UG NX对生成的刀轨信息可通过在模型中实时显示的方式让用户直观地观察到，即便在没有进行数控加工的仿真之前，用户就可以通过显示的刀具轨迹判断出哪些部位会出现刀具不连续加速度等现象，从而能够及时对会出现问题的地方进行修补和纠正。

2.3 加工过程仿真

UG NX可对零件的加工过程仿真，以人机交互的方式对零件的数控加工过程进行仿真检验。通过UG NX的加工过程仿真可发现加工过程中出现的问题并及时进行纠正，如图1显示了球面半精加工的仿真过程。

图1 球面半精加工导轨验证

正是由于UG NX具备数控加工和自动完成加工程序编制的功能，并且生成的代码程序效率高，偏差小等，才能使其在数控加工领域广受欢迎，相对于SolidWorks、Pro/E等软件，用户往往更加青睐于UG NX。

2.4 后置处理

将所得的刀位数据转换成具体机床的程序代码的过程称为后置处理。后置处理一般包括：机床运动变换、非线性运动误差校验、进给速度校验和数控加工程序的生成。机床运动变换是将刀位数据转换为机床轴的运动数据。在转换时，应考虑机床轴的行程范围。由于机床的各运动轴线性合成的实际刀位会偏离编程直线，所以应对非线性运动误差进行检验，若超过允许的误差应作及时的修正。进给速度的校验应根据机床伺服电机的能力及切削负荷能力进行校验和修正。

2.5 UG数控雕刻编程示例

传统雕刻效率低、成本高、随意性强，使得雕刻加工向自动化发展成为必然趋势。数控雕刻编程过程：（1）零件三维建模。进入UG NX的三维建模模块，建立雕刻产品的三维模型。（2）生成加工刀轨。在“工序导航器”的“几何视图”中设置机床坐标系“MCSMILL”的零点。再点开“MCS-MILL”设置“workpiece”，选择部件和毛坯。进入创建工序对话框，选择要雕刻的平面文本，点击“生成刀路”。主要切削参数设置包括主轴转速，进给速度和雕刻深度。（3）代码生成。在UG NX软件的“工序导航器”选项卡中的几何视图中选中“PLANAR_TEXT”刀路，右键点“后处理”，进入后处理的设置对话框。设置好后置处理对话框后，点“确定”，即可自动生成数控加工的G程序代码。对于复杂平面轮廓的雕刻，UG NX的优势就更加突出了。复杂平面轮廓主要是由字母、数字、图形符号等组成的图文信息的轮廓，如品牌标识、公司logo和其它个性化标志等。使用UGNX对复杂平面文本和图形的雕刻将更加美观。

3 结语

UG NX为机械产品从设计到制造的生命周期中提供了一整套的解决方案，可选择数控编程模板，生成刀具轨迹并可修改刀具轨迹，通过对加工过程的仿真可以及时发现问题并进行纠正，其后置处理模块可生成具体机床的数控程序代码。

[1]向杰．基于CAD/CAM技术的零件数控编程方法研究[D]．电子科技大学，2011．

[2]杨帆,尉丰婵,胡玉龙．基于UG软件的电机支架设计及数控加工仿真[J]．农业技术与装备, 2017,(02):25-27．

[3]吴海波,雷卫宁,丁杰等．基于复杂盘类零件的UG数控编程与仿真 [J]． 煤矿机械 , 2017,(07):155-157．

[4]陆九州．UG在数控编程加工中的应用[J]．现代职业教育,2016,(28):192．