基于UG的三维数字化工艺在单件小批量生产中的应用

摘 要：随着制造业的快速发展，单件小批量生产模式越来越受到关注。在这种生产模式下，利用数字化工艺技术可以提高产品质量、降低生产成本、提高生产效率。文章以UG三维软件为基础，研究了数字化工艺在单件小批量生产中的应用。通过UG软件表达工序内容、数控刀具、数控程序、切削参数以及三维标注，实现了可视化工艺表达。同时，利用UG的加工仿真功能验证了工艺过程、刀具和程序的可操作性和可视化性。

关键词：数字化工艺；UG三维软件；单件小批量生产；加工仿真；可视化

Application of 3D Digital Process Technology

in Single-piece Small-batch Production Based on UG

Yu Qingfeng Zhang Libin Zhang Hongyan Liang Bing

（Inner Mongolia First Machinery Group Co.，Ltd.，Baotou，Inner Mongolia 014030）

Abstract：With the rapid development of manufacturing industry，the single-piece small-batch production mode is increasingly being paid attention to.In this production mode，the use of digital process technology can improve product quality，reduce production costs，and improve production efficiency.This paper studies the application of digital process in single-piece small-batch production based on UG 3D software.By expressing the process content，CNC tools，CNC programs，cutting parameters，and 3D annotations in UG software，it achieves visual process expression.At the same time，it verifies the operability and visualization of the process，tools，and programs with the machining simulation function of UG.

Key words：digital process;UG 3D software;single-piece small-batch production;machining simulation;visualization

1 UG三维软件功能简介

西门子公司的UG软件作为业界领先的CAD/CAE/CAM技术开发平台，通过高性能的数字化产品开发能力把从设计到制造流程的各个方面集成到一起，为所有产品开发领域实现更高的生产效率提供了更为强大的动力，其中的每一种应用模块都提供了一流而高效的功能和工作流程。基于三维的结构工艺设计需要一个紧密集成的三维工具，在工艺结构建立过程中，工艺所需要的工艺对象，设备、刀具、量具、夹具、辅具、辅料等物料对象都能与UG关联，直接选择UG创建的三维对象。在UG三维对象变化后，工艺能够更快直接完成更新。

2 单件小批量数字化生产的背景

随着数字化技术的不断发展，我公司的产品已从设计到工艺、生产已经全部实现了三维化。而数字化技术应用在公司内还是停留在简单应用上，各个零部件的技术状态、质量生产效率等受技能工人的技能水平影响，没有形成统一的技术文件。数控程序多样、多变，数控刀具混乱，首件调试占机时间长，换产效率极低。公司作为以车辆传动、悬挂、动辅、大型精密结构件和装配等为核心的一整套综合机械制造企业，各类产品需要反复交叉作业，属于单件小批量生产的典型企业，有效缩短单件加工时间，尤其是首件加工时间，缩短辅助时间是提高加工效率的最有效手段。同时，规范数控程序、数控刀具的应用，减少准备时间，实现快速换产，利用三维软件实现典型零件全流程的数字化管理也是未来制造业向智能化发展的重要数据支撑。

3 单件小批量生产中的数字化工艺应用

3.1 建立或者导入三维模型

利用UG三维软件实现数字化工艺首先需要在UG软件中创建或导入需要进行工艺编制的零件三维模型，UG拥有最全面和最具有生产力的CAD解决方案，支持广泛的各种建模技术，支持参数化特征设计，可对设计产品进行精确的定义，对于复杂零件可以采用参数化建模方式简化设计过程。

3.2 零件结构分析及创建工艺顺序

对零件进行结构分析，需要确定加工内容上存在的特征及加工顺序。首先需要根据产品的设计功能和及技术要求修改模型（一般采用尺寸中差修改，如果需要进行尺寸链计算的按照计算结果修改），包括分析孔、槽、凸台等特征的尺寸、位置关系、加工难度等。其次根据分析结果创建工艺树，工艺树包含了所有加工过程的顺序和相关信息，如加工方法、机床、刀具等信息（UG10.0以上版本已支持汉字表达）

3.3 编写加工过程

UG具有2至5 轴铣加工，车削加工，多功能加工（车铣复合），线切割，钻削加工等各种加工功能，且每个功能均提供丰富的加工策略。在工艺树中编写每个加工过程的详细信息。包括加工类型（如粗加工、精加工）、加工顺序、切削参数（如转速、进给量刀具直径等）、刀具路径（为了统一管理在软件中的刀具命名规定命名规则、建立刀具库）等。

3.4 UG加工仿真模拟

在UG软件中进行仿真模拟，验证工艺参数和刀具路径的正确性。仿真过程中观察切削过程、刀具与工件的干涉情况，以及加工时间、刀具寿命等指标。UG提供了高级的机床仿真功能，采用人机交互方式，模拟 NC 的G代码程序，将后置处理生成的G代码可以在机床仿真模块中进行真实的模拟验证，检查刀具干涉，工件碰撞，机床行程限制，工件过切，残余量实时测量等。为了更接近实际情况的模拟建立实体刀具和机床模型。

3.5 编制工艺文档、可视化操作说明书

根据仿真结果，编制工艺文档、可视化操作说明书、工序卡片，在表达过程中采用三维标注模式，利用UG三维软件的二次开发或者星空外挂生产可视化操作说明书，在说明书中利用3D工序模型视图、2D投影图，或直接在卡片中绘制工序图。文档中体现的工艺路径、工艺参数、刀具规格等信息能够指导车间的快速生产，同时也用于培训操作人员。在此过程中需要准确地了解加工机床的各项参数（工作行程、工作台大小、T型槽的规格尺寸、机床零点、刀具容量等信息）。

4 实施效果

经过一段时间的实施，对于每年需要加工几万种各类产品的企业来说，提高了首件加工效率，节约了编程时间和数控刀具准备时间。规范了加工流程，减少了差异化加工，提高了产品质量的一致性。同时降低了刀具的重复订购，节约了制造成本，为同类产品打下了技术积累。通过验证，各项产品提升加工效率1～2倍，能够满足各项产品的生产和研制进度要求。

5 结论

通过对基于UG的三维数字化工艺在单件小批量生产中的应用研究，利用UG三维软件编制数控工艺的过程涵盖了从零件三维模型创建、工艺树搭建、加工过程编写、仿真模拟到工艺文档编制等多个环节，利用UG软件实现数字化工艺的可视化表达，提高了工艺信息的传递效率和准确性、利用UG加工仿真功能验证了工艺过程、刀具和程序的可操作性和可视性，降低了数控程序的出错率、通过数字化工艺的应用，提高了产品质量和一致性，适应了企业快速发展的需求、提出了一种快速投产的方法，利用数字化工艺组织生产，提高了生产效率、为进一步优化数字化工艺在单件小批量生产中的应用提供了理论指导和实践经验。实现了企业实时对生产过程的精确控制、大幅度提高生产效率和加工质量。对于提高单件小批量生产模式下的产品质量、降低生产成本和提高生产效率具有参考价值。

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（责任编辑 郭晓勇）