模具制造中的数控编程和模拟

张瑞++高志华++张世涌++秦冬梅Z

摘 要随着数字化信息技术的发展，数控编程与模拟技术在模具制造中得到了广泛应用，如铣削、车削、镗削和线切割等，其中数控加工程序的编制质量与数控设备的加工效果密切相关。据此，本文介绍一种图形交互式自动编程方法——UG编程，具体介绍UGCAM数控加工编程。

【关键词】模具制造 数控编程与模拟 UGCAM

1 UG编程

UG是一种高端的CAE/CAM/CAD软件，其中UGCAM是计算机辅助制造模块，其与CAD模块紧紧密集成及可为数控铣削、车削和电火花线切割机编程。图1所示为基于UG软件的数控加工流程图。

在UGCAM编程模块中，数控编程的核心内容是先生成刀具轨迹，再进一步离散为刀位点，最后再后置处理呈数控加工程序。其中，刀具轨迹的生成方法包括基于点、线、面、体或特征的NC刀轨生成方法。对于前者，其是一种基于实体的加工方法，即以实体为加工对象及与SLICE（层切法）为实现手段，如此既可用来粗或半精加工零件，还可用于研发基于特征的数控编程系统；对于后者，其包括基于编程人员习惯特征、零件形状特征等及运用虚拟边界方法来自动生成凸自由面特征的刀轨系统，其中为了实现非切削刀具轨迹的优化，可運用IP技术来防止走刀重复。

2 UG软件的功能模块

CAD功能（或造型功能）是UG软件的计算机辅助设计功能及其研究的核心是造型方法，且目前以实体造型技术最为常用，其满足CAD/CAE的一体化要求及全面表达零件的属性。对于UGCAM，其可实现如下铣加工方法：一是平面加工，其可粗或精加工平面零件，适合运用在垂直面为侧壁或底平面与刀具轴垂直的工件中；二是型腔铣，其属于三轴加工，常用来加工有斜度、有壁、有轮廓的型腔（芯）及粗加工毛坯材料和曲面零件，其中型腔铣适合用在任一形状的模型中，且用实体、曲线或表面来对加工区域进行定义；三是固定轴曲面轮廓铣，其主要采用三轴方式来（半）精加工零件曲面及其原理如下：选定驱动几何体→得到驱动点→顺着特定的投射矢量将驱动点投影至零件几何体上→生成刀轨；四是可变轴曲面轮廓铣，其主要采用五轴方式来（半）精加工表面极为复杂的零件；五是顺序铣，其主要采用三或五轴方式来精加工特别的零件及其分别用铣刀侧刃、端刃来完成零件侧壁和底面的加工；六是点位加工，其常用在镗孔、铰孔及钻或攻螺纹的加工；七是螺纹铣，其适合用来加工直径过大的螺纹及其用专用的螺纹铣刀来铣削加工螺纹。

3 软件编程

UGCAM模块在传统意义上的数控加工编程过程极为复杂，因此为了实现高效编程，可从如下方面做出努力：

3.1 突出编程步骤

鉴于UGCAM数控加工编程较为灵活性及按顺序来设置加工参数使用户不易感知UGCAM数控加工编程的过程，则需在满足数控加工编程原理的条件下，重新定义UGCAM数控加工编程步骤，以使铣削加工的数控编程达到统一及方便用户认识整个过程，如此便可保证造型分析与加工模块方案的合理编制。

3.2 加工参数优化布置

在UGCAM铣削加工数控编程中，参数的设置尤其复杂，则需通过深入研究UGCAM加工编程及以加工参数的属性为依据来优化布置加工参数，即：先在主界面上布置型腔铣加工所必需的参数及在弹出界面上布置其他参数，再采用UG/OpcnAPI函数来实现加工参数读取，从而保证加工路径的生成效果。

综上，为了缩短时间及实现高效编程，可按下列流程来进行UGCAM数控加工编程：设置加工坐标系→以实际机床型号为依据来直接将坐标系设在底面端点上→设置毛坯与零件几何体→识别加工类型→创建刀具与型腔铣操作→后处理→传入NC机床完成加工。

4 模拟编程结果

为了避免出现撞主轴、撞刀和加工过量等问题，用重视检查后期程序。对此，本案引入一种基于UNIX和Windows系统的专用数控加工仿真软件——Verieut软件，其可同时仿真刀轨和机床。应用表明，Verieut软件既可对加工刀具的切削及机床轴、工作台、夹具和加工零件的运动状态进行真实模拟，又可仿真、分析、验证和优化NC程序。在实际应用中，编程模拟的原理如下：先以机床结构的客观实际为依据来分解、抽象和简化主要远动模块，再绘制出相应的3D模型，然后再以机床组份间的依附关系为依据，在Verieut软件中创建机床数字模型。其中，针对Verieut，其操作流程如下：在Verieut环境下新建用户文件→在Machine Component Tree界面中创建机床组件树→在Add Model菜单中选定Model File并有序加入机床模型文件→以单位不同的加工参数为依据来设定和模拟仿真参数→加载模拟实体和程序进行模拟。

综上，在模具制造中，数控编程与模拟技术的运用可实现高效且可靠的编程，继而为制造产业的健康发展提供了技术支持，因此值得深入研究和推广应用。

参考文献

[1]杨勇.数控加工与数控仿真技术在模具制造中的应用[J].模具制造，2014（11）：76-79.

[2]唐北平.CAM技术在现代塑料模具设计制造中的应用[J].塑料工业，2015（11）：4-7.

作者简介

张瑞（1983-），男，河北省衡水市冀州区人。现为积水可耐特（河北）环境科技有限公司助理工程师，大专学历。研究方向为复合材料研究与开发。

作者单位

积水可耐特（河北）环境科技有限公司 河北省衡水市 053200