基于UG的数控编程及加工过程仿真试验分析.pdf

造纸装备及材料 第 53 卷 总第 227 期 2024 年 2 月造纸装备及材料 第 53 卷 总第 227 期 2024 年 2 月 技术与创新技术与创新79摘要：基于 UG 的计算机辅助制造功能比较突出，能够满足多种机床数控系统对于数控程序提出的高标准要求，确保数控编程质量可靠。该软件集成系统能够对多样化的应用再利用，功能强大，集成三维建模、自由曲面建模、零部件装配体构建、钣金工艺和模具设计等功能。UG 软件目前在机械生产领域应用比较多，能够进行制造和过程仿真，应用优势突出。文章对数控编程进行概述，并探究了基于 UG 的数控编程和加工过程仿真试验。关键词：UG 软件；数控编程；机械加工；仿真试验分类号：TG659数控（CNC）技术是目前机械现代化加工中应用广泛的一种技术，该技术对于提升生产制造效率、稳定加工质量、缩短生产周期、应对多样化加工要求等都具有突出应用效果，便于在车间中应用和管理，对于缩减企业人力成本，加快产品开发和更新等具有重要价值。UG 软件是 EDS 公司研发的一种融合CAD/CAM/CAE 的一体化设计软件，是目前比较先进的计算机辅助设计软件。UG NX 继承了原来的 UG 软件的功能，并且和 I-deas 软件结合，共同构建功能全面的辅助设计应用环境1。1 数控编程概述数控技术是一门综合了电子、电气控制、机械加工、计算机信息等技术的多学科技术，系统相当全面。数控加工根据工件的配置确定运动轨迹，基于数控系统控制数控机床，以达到产品的加工目标。数控编程是为专用机床加工零件而编写的程序指令，数控程序的质量影响数控加工效率、产品质量、刀具寿命等。1.1 数控编程的优势数控编程应用优势众多，具体如下：（1）高精度。数控编程技术可以实现精密加工，满足机械模具生产的高精度要求。借助精密的软件和精密模具，可以生产各种复杂形状的模具并达到亚微米精度要求。例如，在塑料模具的生产中，表面处理和模具表面处理非常重要，数控铣床可以实现高精度铣削，数控车床可以实现高精度车削，保证质量的高度一致2。（2）高性能。数控加工技术高效的加工性能非常适合模具生产。传统机械加工需要手工操作，效率低下，而数控加工凭借其自动化生产过程和高速切削刀具，可以显著缩短生产周期，提高生产效率。例如，在设计模具时，数控编程技术可以使用 CAD 和 CAM等工具从原始图纸创建 3D 数字模型，并将其转换为数控加工程序，使模具设计更加方便、快捷、准确。同时，数控加工中心可以进行关节的多轴加工，对于生产周期短的订单，数控加工技术可以利用其高效率保证按时交付给客户3。（3）多元化。数控编程技术可以进行多样化的加工，满足不同的机械模具生产需求。例如，在机械模具生产中，数控编程技术可以通过数控铣削、数控车削、放电加工等工艺来加工模具。数控加工中心可以处理多种工艺，满足不同类型模具的生产需要。这种加工方法不仅可以完成复杂几何形状和高精度零件的加工，而且可以显著提高生产效率和精度，减少人为缺陷4。1.2 数控编程的步骤数控编程的具体步骤如下：（1）分析零件模型和工艺，计算加工时的刀具路径；（2）列出机床的数控加工程序，并在机床上测试数控程序。此过程中的程序可以手动编程，也可以自动编程。在自动编程中，应使用数控自动编程系统来创建工件加工程序。负责的编程人员必须根据数控编程系统定义加工工艺，然后通过编程系统进行相应加工程序的编程5。1.3 数控编程与 UG 软件在数控加工过程中，UG 软件贯穿零件的初步 3D建模、设计模拟、更改和调整加工参数、创建数控程基于 UG 的数控编程及加工过程仿真试验分析李 俊，吴 彬，卢 彬南京机电职业技术学院，江苏 南京 211300文章编号：2096-3092（2024）02-0079-03作者简介：李俊，男，本科，讲师，研究方向为数控技术。技术与创新 技术与创新 2024 年 第 2 期 总第 227 期 造纸装备及材料2024 年 第 2 期 总第 227 期 造纸装备及材料80序等整个加工过程。UG 软件降低了编程人员的工作难度和工作量，提升产品加工精度和效率。1.4 数控编程面临的挑战与未来发展现阶段，市场对于零部件的要求不断提高，需要精度高、质量好、效率高的生产厂家来负责零部件产品生产，这实际上是对数控编程技术提出了更高的要求，同时也推动了数控编程技术的自动化、智能化、集成化发展6。其中，对复杂零件的加工是现阶段数控编程技术研究和发展的重要领域之一。在数控加工过程中，相关工件的加工参数设定对于其加工效率和质量有直接影响，将高集成指示器编程技术应用到 CAD 系统的控制中，能够显著提升系统集成的控制效果。2 基于 UG 的数控编程及加工过程仿真试验2.1 UG 数控编程模板UG NX 软件为数控建模提供了先进的 3D 建模技术支持，借助该软件，编程设计难度大幅降低，且能够为编程提供高效的工具支持。在 UG NX 软件支持下，编程人员可以快速地创建文件模板，并对具体工件的加工参数、加工流程等进行设定，设计最简单快捷的加工步骤，能够显著提升加工工作效率。针对一些复杂的零件加工，编程人员也可以使用。UG NX 软件中的数控编程模型来实现设计和编程。数控加工模型的定制化可以让用户有更多选择的可能，他们可以结合自身需求来进行模板定制，不需要对模板中原来的参数全部更换，这对于编程人员而言，提高了开发效率7。UG 构建的复杂零件装配模型如图 1所示。XMYMZMXM、YM、ZM加工坐标系中各个坐标轴。图 1 UG 构建的复杂零件装配模型2.2 创建和更改刀具路径创建刀具路径对于数控加工而言至关重要，UG NX 中包含多种可以用于创建刀具路径的加工模块，如面铣、型腔铣、成形铣、定轴铣、变轴铣和自动去毛刺模块。该模块工具能够实现计算机自动化编程，但是实际应用中可能在程序中留有空白，因此需要进行数控加工试验，才能正式用到工件的数控加工中8。UG NX 软件能够对刀具轨迹实施动态监控，及时处理加工中出现的问题。此外，UG NX 软件也允许用户观察生成的刀具路径信息，借助系统显示模块动态呈现重要信息，在开展数控的仿真加工前，用户就能通过显示器及时查看加工过程中是否存在刀具不连续加速度情况，以便及时干预和处理，避免在后续实际加工中出现问题9。2.3 加工过程仿真针对数控加工程序的检验方法多样，其中常用的一种检验方法是在加工工作正式开始前让机床“空运行”，但是这种方法只能初步判断加工程序是否存在干涉碰撞的情况，且这一检验方法需要试切样品，费时费力，成本相对较高，且无法保证试切工作的安全性。而借助计算机三维图形技术可以实现对数控加工过程的模拟仿真试验，这样能快速、安全、准确地判断零件加工程序是否存在问题，可以结合仿真的结果来修改零件加工程序，避免反复进行试切试验，显著提升检验工作效率10。随着图形技术的不断发展和完善，目前数控加工仿真可以实现复杂加工运动过程的几何仿真。UG 软件是一款高效实用的数控加工仿真软件，具备管理机器、刀具及切削运动等功能。通过在计算机上呈现逼真的动态仿真，进行碰撞试验，能够迅速、精确地检验零件加工程序的可靠性，为程序设计优化提供可靠依据。对数控模拟进行仿真的过程实际上是检查的过程，目的是了解基于 UG 软件的三维虚拟数控加工环境之间是否存在运动干扰。机床模型、夹具模型、刀具模型以及工件均采用动态模型进行设计，特殊虚拟化和动态化的需求已纳入考量，无须额外验证。当检测到故障时，必须使用 UG 软件对引起故障的数控代码进行分析和标记，这样可以自动生成扰动引起的物体以及扰动部分的深度、体积等相关信息11。UG 的集成仿真和验证（ISV）是一个完全可定制的软件模块，允许用户在切削过程中对于全部的机器行为进行模拟，提升加工环境创建精准性和可靠性。集成 UG 仿真识别系统由机床控制和仿真引擎两个部造纸装备及材料 第 53 卷 总第 227 期 2024 年 2 月造纸装备及材料 第 53 卷 总第 227 期 2024 年 2 月 技术与创新技术与创新81分组成。其中，工作台控制器（workbench controller）是进行模拟的关键部分，在开展系统的仿真模拟中，最先由控制器将指令发送到仿真机，仿真机对于实际仿真的结果进行检验。由机器接收并执行命令，最后借助图形窗口或模拟控制面板对仿真结果进行输出，还能实现全过程的模拟仿真控制。UG 的 ISV 仿真系统能够尽可能接近真实的数控加工流程，且能够动态显示加工情况，具有安全、便捷、高效的仿真特点12。ISV 仿真系统还有其他功能，具体如下：（1）UG ISV 系统具有开放式架构，允许电子控制单元（ECU）制造商将 ECU 添加到系统中。（2）碰撞检测模块可以检查模拟操作过程中机器元件、装置、工具和部件之间的碰撞和冲突。（3）用户可以查看所有加工操作，包括宏、子程序调用、凹凸循环等。（4）保证加工质量稳定可靠。（5）减少机床、配件和半成品发生损失和错误的可能性。（6）促进相关操作人员和程序员专业技能的不断提高13。（7）预测处理时间。模拟的准备工作必须通过具体的模拟实验来进行。第一，确定机器的装配型号。针对 ISV，下载相应的CAD 模型，并在装配模块中整合各类机器零件。通常，装配基于基础模型，因此机器装配模型不包含任何几何体。该系统需要作为运动一部分的机器零件的单独零件模型14。第二，必须定义机器的运动学模型。在UG 软件中，机器运动模型可以实现对机器的运动情况的动态描述。其功能多样，主要如下：（1）将构件集成到几何模型中。工具模板通过设置运动属性来创建运动。（2）确定运动要素之间的依赖性。如果组件之间定义是父子关系，则移动父组件也会同时移动子组件。（3）定义 NC 轴和允许的运动类型，例如线性或旋转运动。（4）指定与安装工具或硬件的连接。通常情况下，机床的运动学模型最终会存储在零件文件中，每个零件文件只能容纳一个运动学模型。机床的运动模型只能由一个主部件组成，其余部件均以该主部件为基础。用户有权限随时访问机器构建器（MTB）模块，并根据需要进行编辑15。（5）用户还可以使用 ISV 系统中的 MTB 模块创建机器运动模型并创建机器运动组件，同时使用 ISV 中的设置配置器来配置模型并更改渲染环境。3 结束语目前，在数控机床加工中，数控编程技术应用十分广泛，该技术应用优势突出。而基于 UG 软件的数控编程能够为零件编程提供更加高效、安全、精准的方案，并且进行自动化的仿真试验，验证相关零件加工程序的可靠性，让零件程序设计能够尽可能缩减成本，加快周期，且安全有效。因此，基于 UG 软件的数控编程和加工过程仿真具有更高的应用效率，值得推广。参考文献1 佴昕,黄晓华.基于UG的整体式叶轮五轴数控铣削加工仿真优化J.工具技术,2023,57(10):122-125.2 韦兰花.UG模拟仿真技术在数控多轴加工中的应用研究J.造纸装备及材料,2023,52(5):113-115.3 吴龙梅,康权.大型复杂薄壁壳体数控仿真加工技术研究J.现代制造工程,2023(2):64-69.4 李强,黄勇,刘海初,等.整体叶轮加工工艺与数控仿真加工及优化研究J.机械设计,2022,39(8):79-84.5 袁宏培,王胜.农机部件模具数控加工及仿真建模研究:基于UG和VERICUTJ.农机化研究,2023,45(6):203-207.6 孙志高.非标异形可转位刀片自动磨削及其仿真技术研究D.厦门:厦门大学,2021.7 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