UG在高速切削加工技术中的应用分析

摘要：中国制造2025战略提出后，机械制造业正朝着绿色高速切削的方向发展。高速切削加工技术是一项综合技术的应用，涉及到工艺参数的合理设置、机床技术、高速刀具等，已经在发达国家的生产加工中被广泛应用，并且产生了很高的经济效益。本文简析了高速切削加工技术的特点和应用，基于UG的运用对系统提出了使用要求，归纳和总结了UG在高速切削加工技术中的应用，希望对业内同行提供一定的帮助和借鉴价值。

关键词：UG;高速切削加工技术;造型;仿真

中图分类号：TG76;TG506.1 文献标识码：A 文章编号：1005-5312（2019）24-0274-02

一、前言

2015年5月19号，我国提出中国制造2025战略，提出一是国内制造业从大到强的转变的需要。二是应对新工业革命的挑战的需要，尤其是发达国家提出了一系列制造业振兴规划，包括再工业战略。2019年2月16日在北京举行的“中国经济50人论坛2019年年会”，中国社科院工业经济研究所所长黄群慧指出，现阶段振兴制造业，推进制造业效率的提升是我们走出中等陷阱的必要步骤。提高质量和精度，中国制造2025转向制造业高质量发展也是制造业的发展趋势之一，高速切削加工技术是以追求不断提高加工精度为目标的工程科学与技术，是一种典型的高精制造技术。制造强国战略本身对我们国家经济发展的重大意义没有发生改变。中美贸易摩擦背景下，美国把矛头指向了中国制造2025.政策思路的转变，从赶超对标转向强调公平竞争，完善产业创新发展基础的功能性产业政策的转变，要弱化重点产业的领域选择，尤其是要发挥好竞争政策的基础作用。要发挥中国制造业的核心能力，为全球制造业发展做出原创性贡献。

高速切削加工技术是先进实用的制造技术，是当前制造领域中常用的切削加工技术之一，高速切削加工的生產效率高、表面质量高、加工精度高，前景广阔应用广泛。随着机械制造技术与制造理念的不断发展，即便是传统加工工艺难以处理的特殊材料的加工问题，在高速切削加工工艺应用下也可取得较好的加工效果。

但是高速加工并不是简单地提高主轴转速，它需要考虑刀具的走刀路线、数控编程的合理性和最优性，本文引入Uni-graph（简称UG）在高速切削加工中的应用分析，充分发挥高速铣削加工的特长，成倍提高切削生产的效率，改善零件的加工精度和表面质量，在一定程度上降低生产成本。

二、高速切削加工技术的特点和应用

机械切削加工技术正朝着绿色高速切削技术逐渐发展。起始于20世纪80年代，以高速切削速度、高进给速度和高加工精度为主要特征的高速切削加工技术，是近20年来迅速崛起的一项高新技术，属于一种较为常见的绿色切削技术，目是的达到加工的优质、高产和低耗。切削参数的选择和加工工艺的制定是否合理，直接影响到零件的加工质量和生产效率。

（一）高速切削加工技术的特点

1.高的加工质量

数控编程是高速切削加工技术的关键性工作，通过优化数控程序，减小复杂零件加工过程中所产生的横向切削力，减小切削功率以降低数控机床的振动，保证基准和精准部位的加工，减小受迫振动和受力变形，提升零件的加工质量。

2.高的生产效率

高速切削加工技术不仅表现在高的加工质量，还表现在高的生产效率。在高速切削加工技术中，高的主轴转速和进给速度是一大特点，工件与刀具的相对转速达到3000r/min以上，切削速度超过普通切削的5到10倍，在进给速度方面，能比常规普车加工提高2-3倍，通过优化程序，减少辅助时间，增加单位时间材料的切除率，提高生产效率。

3.降低生产成本

高速切削加工技术因为其高的加工质量和高的生产效率，使得生产效益得以不断提高。高速切削加工技术适合批量生产，高的切削速度缩短了加工时间，减少了资源的浪费，高速切削加工设备成本较高，高精密加工技术和大批大量生产可使生产设备成本减少，同时生产效率的提高，也可使生产成本降低。

（二）高速切削加工技术的应用

自20世纪90年代以来，高速切削加工技术主要应用于汽车生产中，其未来的应用范围必将进一步拓展。高速切削加工技术具有较强优越性和先进性，其配套技术也得到了全面发展，使得转速与进给速度及精确程度都不断提升，切削力能够降低30%，减小了切削热的影响和切削变形。应用在粗加工中，选取大的背吃刀量和大的进给量快速去除加工余量，尺寸精度及表面粗糙程度方面的要求并不是很高，因此，主要是要求机床运行稳定，刀具平稳进给，产生轨迹不会有显著形变发生，金属切削过程没有突变，不会发生大的冲击。应用在精加工中，选取高的切削速度，保证加工精度、表面粗糙度和表面质量。适当降低背吃刀量，提高进给速度，合理设置加工顺序和走刀路线，处理好阶梯面、平面、曲面和过渡圆角的关系，充分发挥高速切削技术的优势和特点。

（三）高速切削加工对UG系统的应用要求

引入UG满足编程速度要求高、优化进给速度和快速修调的需求，可以实现复杂曲线和曲面的特色加工。系统满足如下要求：自动快速加工，编程速度快，可优化系统工艺参数，具备防止过切和刀柄干涉检查的能力，并且对于特殊加工要求，可提供相应的加工策略。

总之，切削速度及加速度必须控制在机床的承受能力范围内，从加工刀轨质量控制、刀具过载问题控制、进刀或退刀运动控制以及程序处理速度的提高等方面着手，通过计算机仿真进行控制参数的设置和程序设计，实现工艺参数设置、修调和管理密码设置管理，通过几何计算和物理特性分析有效改善多功能数控机床的静力、动力与热力性能，提高高速切削加工时数控机床的精度，实现自动化、绿色化和智能化加工，较大地提升了零件加工的精度和表面质量。

三、UG在高速切削加工技术的应用

UG是先进、高端的面向机械制造业的加工软件，是目前市面上最常用的曲面造型、高速铣削加工软件，采用面向对象的统一数据库和参数化造型技术，设计和制造周期都比较短，是高职院校机制专业的专业核心课。UG有许多功能模块，基于约束的特征建模，具有强大的建模工具，能显示几何建模方法，可建立实体、曲线、曲面等对象，可拉伸、旋转、镜像、矩阵以及布尔运算、抽壳处理等操作，可对零件造型进行着色、消隐和干涉检查，并从实体中提取几何特性和物理特性。型腔铣是模具粗加工的常用方法，精加工是高速切削加工的最后工序。按照图纸和零件的设计要求，实现最好的表面粗糙度和加工精度，走刀路线尽量最短，达到平稳安全高效的加工。

曲面轮廓铣是精加工常用的方法，UG在实体造型、曲面类几何体的切削加工中，优势明显，能方便地实现模具花纹的2D和3D的线框模型及扫描实体，并可进行布尔操作和参数化编辑。UG软件提高了中间造型的速度，减少造型的精度偏差，通过控制到轴、投射矢量和驱动方法，其刀轨就能沿着复杂的轮廓进行加工。通过粗加工给精加工留有很小的加工余量，是高速切削加工非常重要的一步。UG软件进行3D造型和绘图设计完成后，功能模块将由零件文件所产生的刀具路径文件转换成NC文件，即生成数控加工程序，编制工艺计划，然后通过连接机床的光纤传送统一的有关数据或者将统一的文件传输格式拷贝到高速数控铣床上进行加工零件，实现信息集成和数据共享，并为后置处理作准备。借助计算机对零件结构、受力分析和加工精度进行模拟和仿真，不断优化工艺参数，在正式加工零件前解决可能存在的问题，提高零件设计效率和加工质量，降低成本。

有些零件制造比较复杂，交货期比较短，采用常规的数控加工，效率低、周期长。UG软件提供了强大的二次开发功能，将以前众多的成果文件整合到一起，统一指定菜单按钮和工具栏按钮，实现个性化设置快捷键、下拉菜单和对应的工具条，通过两只手的配合，达到快速画图的目的，减少辅助时间，提高工作效率。UG软件具有自动化、高效性的特点，能较快计算出无过切刀具路径，生成高质量的加工程序，减少操作者优化程序的时间，避免等待加工时间长的问题，保证高速机床能够高效的运转。在高速切削加工中，刀痕问题是一大难题。加工完零件后，其表面会留有接刀痕，而高速切削加工中又不能用最常用的抛光方式去除刀痕，这就需要UG软件应用在零件的精加工中来去除，刀具路径圆弧差补，减小圆弧处进给速度，保证加工刀轨的光滑与平稳，获得更好的圓角表面质量。为了延长刀具寿命，切屑载荷应保持不变。在轮廓面上不要有进退刀，即在轮廓面外进退刀，控制加工余量均匀，避免高速下的加工方向突变，遵循“小刀快跑”原则。高速刀具和机床技术是导致我国高速高效制造行业发展缓慢的另一大原因。

综上所述，UG软件具备概念设计、基础设计和详细设计的功能，具有的单一数据库、参数化实体特征造型技术，通过计算机实现造型数据等资源共享，并为零件的集成制造提供了良好的平台。UG软件对零件进行造型和仿真，不仅提高了设计效率，而且缩短了设计周期和生产时间，辅助以并行加工技术，大大提高了高速切削加工的加工精度和表面质量。要定期更新计算机系统，优化内存和硬盘，确保各模块的一致性，为实现并行工程提供了可靠的技术保障。

四、结语

UG软件提高了零件的加工速度，缩短了设计及编程周期，在高速切削加工的应用得到业内人士的广泛认可，是未来最具发展前途的加工技术之一。数字化、集成化的发展方向满足高速加工要求，提高加工效率与加工精度。

21世纪以来，复杂类零件在生产中几乎全部以五轴联动中几乎全部以高速切削的方式进行加工。高速切削加工技术是一种新型的先进加工技术之一，制造业中的应用十分广泛和普遍，特别是对要求十分精准的航空航天、军械、汽车、造船以及模具等行业，发展空间和前景十分广阔。

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作者简介：荆凯，四川建筑职业技术学院机电与信息工程系。