基于UG参数化设计的数控车削编程

俞丽青

（通用电气能源杭州有限公司，杭州311231）

1 引 言

Unigraphics（UG）是优秀的面向制造行业的CAD/CAM/CAE 高端软件，各模块之间高端集成，形成无缝结合。运用UG 强大的参数化设计功能，建立模型尺寸约束及拓扑关系，变化参数值，自动改变图形形状，形成新的与原零件相似的零件模型。这能缩短产品设计生产的周期性，减少重复劳动，提高设计效率。

同时在该设计产品的CAM 模块中对参数化方法建立的模型进行自动编程，生成程序模板，针对不同的相似产品，一旦模型改变，重新生成刀具轨迹，输出NC 程序，就可以完成新零件的编程工作。使新产品模型确立后就已完成相关数控编程工作，大大缩短编程人员的编程时间,降低生产成本,提高工作效率。

2 三维模型建立

图1 车削零件图

图1 是一个回转体零件图，材料是Q235A，毛坯材料为内径、外径及厚度各单边留10mm 的环形零件。

2.1 零件分析

2.1.1 工艺方案

该零件为简单的回转体，加工工艺方案如下：（1）夹外圆，车端面、内圆及内圆台阶面。（2）翻身撑内圆，车外圆及端面。

2.1.2 建模前准备

参数化模型包括尺寸约束和几何约束，如果全尺寸约束，那么通过尺寸的改变，可以变化出不同结构的形状，对于零件设计具有相对的优点，但由于该模型文件中需要建立编程模板，尺寸约束过多，不仅对参数的管理增加负担，而且增加了编程的复杂性。因此在建立该零件模型时，不要过多引入图纸以外的尺寸约束，采用尺寸约束和几何约束相结合的方式建模。

表1 零件参数表

该零件内外圆和高度在毛坯上均留有10mm 余量，为了尺寸约束简单，且便于余量调整修改，在此可引入余量参数S=10mm。

车削编程时，此零件的加工需要翻身，因此在编程时需要注意毛坯继承关系，在建模时，提前关联镜像一个的草图，第二工位的编程时不需要新建模型及截面线，可减少一定工作量。

车削需要设置车刀的进退刀点，直接引用模型中任意一点，在变换零件时，该退刀点不会根据零件变动，刀具轨迹会出现错误，因此进、退刀点也必须在草图中进行约束，利用参数自动变更点位，进、退刀点自动跟随模型变化。为简化参数，统一设置进退刀点到端面及内外圆的距离为H=20mm。

2.2 模型建立

新建一个part 文件后选择合适的坐标系位置进入“Sketch”界面。

（1）草图中画出零件图类似形状的轮廓，并对各线段进行几何约束，运用镜像曲线命令，通过对称轴对称另一轮廓曲线。如图2 所示。

（2）点击“Delay Evaluation”命令，该命令可以保证曲线在添加尺寸时，不会跟随尺寸变化形成另外的形状曲线。根据图1 添加各尺寸约束，为了管理参数简单化，尺寸名称与参数名应一一对应。尺寸约束结束后，点击“Evaluate Sketch”，曲线由于尺寸约束自动变化成要求模型截面。如图3 所示。

图2 轮廓曲线创建

图3 尺寸约束

（3）在已建好的零件轮廓周围建立毛坯曲线，在适当位置设置好进、退刀点，并添加对应的约束。如图4 所示，毛坯及进、退刀点添加约束时原则上以直接参数或者以参数组成的表达式为好，且进、退刀点应该从两个工位上考虑其位置，结合关联镜像时，尽量减少点数量。

图4 毛坯及进、退刀点设置

（4）完成草图后，用“Instance Geometry”命令关联镜像一个零件曲线，然后用“旋转”命令生成零件模型。如图5所示。“Instance Geometry”命令中“Associative”设置可以保证两个零件曲线轮廓的关联性。

图5 关联轮廓曲线

（5）在“Tool”下的“Expression”中，“Export Expressions To File”输出表达是文件PT08.exp（本例中选用序8 零件参数）。用记事本打开可得模型的所有参数表达式，如图6 所示。从表达式可以看到，实际模型涉及到的参数只有表1 中A～G 及S、H 共9 个参数。可以在文件中去掉不相关的参数，对新模型不产生影响。

2.3 CAM 模板

进入UG CAM 模块中，按照工艺方案建立两个工位的程序，选择适合的加工坐标系，建立刀具，几何体及加工操作，并生成程序轨迹。两个工位生成的轨迹如图7 所示。

图6 参数文件

图7 刀具轨迹

（1）在第一工位中，选择零件几何体时，用“Curve Boundary”选择草图中零件的曲线即可，毛坯用“From Curve”命令选择，但是在第二工位中，零件几何体选用关联的镜像曲线，而毛坯则需用“From Workspace”选择，该命令使得第二工位的毛坯直接引用第一工位程序后的毛坯，可避免仿真出错。

（2）而在选择进、退刀点时，则必须选中在草图中参数约束的点。

（3）程序轨迹生成后，进行所有程序的仿真并经过后处理生成适用于特定机床适用的数控程序。

3 其余零件程序生成

在输出的PT08.exp 文件中，对应参数表达式中尺寸用另外一个零件的参数尺寸替代，并保存修改后的文件。

在模型中“Tool”下“Expression”中选择“Export Expressions From File”，导入重新保存的.exp 文件参数后，草图即发生变化，同时实体模型更新成新的零件。

重新进入CAM 模块后会发现所有程序文件都出现发红。此时，只要全部选中程序，右击“Generate”弹出对话框，选“OK”后，新零件的程序轨迹全部自动生成，然后再重新仿真一下，即可生成新零件的数控程序。

4 结 语

本文介绍了用UG 基于草图的参数化设计，维持模型的拓扑关系不变，并在CAM 中建立标准模块，通过改变表达式中的参数值来实现模型的重建及程序更新的方法。该方法可实现结构类似或同系列的产品设计，生成标准的零件库，同时大大减少了同类型零件的重复编程工作，提高工作效率，缩短产品生产周期。

［1］ 王泽鹏，等.UG 6.0 中文版数控加工从入门到精通［M］.北京：机械工业出版社，2009.

［2］ 王艺树，张毅，梁强.基于UG 的参数化标准件库的研究和实现［M］.信息与技术，2009，38（2）：127-129.

［3］ 张黎骅，吕小蓉.UG NX 6.0 计算机辅助设计与制造实用教程［M］.北京：北京大学出版社，2009.

（编辑 黄 荻）