【正文】 CAD 三維模型所包含的產(chǎn)品表面幾何信息，進(jìn)行數(shù)控加工刀位軌跡的自動(dòng)計(jì)算，完成產(chǎn)品的加工制造，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn) 品設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)構(gòu)想。 UG CAM 可以分為以下幾個(gè)子模塊： 1）基礎(chǔ)模塊（ CAM Base）。 2）后處理模塊（ Post Processing）。 3）車加工模塊（ Lathe）。 4）銑削加工模塊（ Mill）。 5）制造資源管理系統(tǒng)（ Genius）。 6）機(jī)床仿真（ Unisim）。 7）線切割（ Wire EDM）。 8） Nurbs（ B 樣條）軌跡生成器。 UG CAM 和 UG CAD 之間的關(guān)系 UG CAM 與 UG CAD 緊密地集成，所以 UG CAM 可以直接利用 UG CAD 創(chuàng)建的模型進(jìn)行編程加工 。而把 CAD 中創(chuàng)建的幾何模型稱之為主模型。 [4] UG CAM 生成的 CAM 數(shù)據(jù)與模型有關(guān)，若模型被修改， CAM 數(shù)據(jù)可以自動(dòng)更新，以適應(yīng)模型的變化，免除了重新編程的繁瑣工作，大大提高了工作效率。 UG CAM 不僅可以直接利用產(chǎn)品主模型編程，更重要的是可以利用裝配模型編程。 [5]首先，在產(chǎn)品主模型建立后，可以實(shí)現(xiàn) UG 的并行工作方式，使編程工作與工程圖、有限元分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)等工作由不同的專業(yè)人員分別同時(shí)進(jìn)行，互不干擾，其優(yōu)勢(shì)是及其顯著的。其次，利用裝配模型編程還可以將夾具考慮進(jìn)去，避免刀具與夾具之間的 干涉；同時(shí)可以將3 幾個(gè)裝配在一起的組件一起加工。 UG CAM 數(shù)據(jù)與模型一起直接保存在部件文件中，隨時(shí)可以修改 CAM 數(shù)據(jù)或根據(jù)主模型的變化隨時(shí)地更新 CAM 數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作功能。 UG CAM 的一般操作步驟 UG CAM 中自動(dòng)車削編程、銑削自動(dòng)編程和線切割自動(dòng)編程的具體操作有所區(qū)別，但從零件設(shè)計(jì)圖開始，到最終加工程序的產(chǎn)生，可以用以下的框圖描述， [6]如圖 11 所示。 圖 11 UG CAM 自動(dòng)編程的流程圖 數(shù)控加工的 優(yōu)點(diǎn) (1)數(shù)控加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定。尺寸精度一般在 — 之間，甚至更高，不受工件形狀復(fù)雜程度的影響。加工中排除了操作者的主觀誤差，提高了同批零件加工的一致性，使產(chǎn)品質(zhì)量保持穩(wěn)定。 (2)生產(chǎn)效率高。省去了常規(guī)加工過程中的劃線、工序切換時(shí)的多次裝夾定位、檢測(cè)等零件方案圖、概念圖 利用 UG Modeling 建立主模型 工藝路線、走刀路線分析 機(jī)床、刀具、工藝參數(shù)確定 UG CAM 環(huán)境初始化 創(chuàng)建刀具 創(chuàng)建幾何組 創(chuàng)建加工方法 創(chuàng)建程序組組組 創(chuàng)建具體工序操作，輸入工藝操作參數(shù) 自動(dòng)產(chǎn)生刀具加工軌跡 刀軌檢查、切削動(dòng)態(tài)模擬仿真 后置處理 生成 NC 程序 由通訊口輸入數(shù)控機(jī)床 生成車間工藝文件 5 工序。在數(shù)控設(shè)備上的刀庫里把需要用到的刀具都裝上，加工工件時(shí)可以自動(dòng)換刀，不需要中斷加工過程，提高了加工的連續(xù)性。一次裝夾就可以完成多個(gè)部位的加工，甚至完成工件的全部加工內(nèi)容。 (3)自動(dòng)化程度高，易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。除了裝夾工件毛坯 還需手 z： J39。b，全部加工過程都在數(shù)控程序的控制下，由數(shù)控機(jī)床自動(dòng)完成，不需要人工干預(yù)。 (4)便于建立網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)。例如，建立直接數(shù)控系統(tǒng) (DNC)，把編程、加工、生產(chǎn)管理三者連成一體，建立自動(dòng)化車間，走向集成化制造。 數(shù)控加工技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的形狀和結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，對(duì)零件加工質(zhì)量的要求也越來越高。隨著社會(huì)多產(chǎn)品多樣化需求的增強(qiáng)，產(chǎn)品品種增多，產(chǎn)品更新?lián)Q代加快，這使得數(shù)控加工在生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，并不斷地發(fā)展。尤其是隨著 FMS 和 CIMS 的興起和不斷成熟，對(duì)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)提出了 更高的要求，現(xiàn)代數(shù)控加工正在向高速化、高精度化、高可靠性、高柔性化、高一體化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化等方向發(fā)展。 本章小結(jié) 本章通過對(duì)數(shù)控加工技術(shù)的介紹，讓大家了解了數(shù)控加工的特點(diǎn)，并介紹了 UG CAM，對(duì)數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展給出了一個(gè)展望。同時(shí)對(duì)本次論文所用的自動(dòng)編程軟件 UG 及其工作過程進(jìn)行了介紹。 2 零件的工藝分析 零件圖工藝分析 軸承座零件圖如圖 21 所示，軸承座模型三維圖如圖 22 所示。該軸承座的毛坯是個(gè)長方體鑄件，材料為 ZL104，尺寸為 170mm 50mm 90mm，其四周側(cè)面和底面已經(jīng)加工好了，可以作為本次加工的安裝面，這樣可以對(duì)工件上需要加工的幾何進(jìn)行分解和統(tǒng)計(jì)，其中加工型面包括： 1 頂蓋與底座、 2 個(gè)定位銷孔、 2 個(gè)底面通孔。 圖 21 軸承座零件圖 7 圖 22 軸承座模型三維圖 加工工藝分析 加工工藝分析包括工藝路線的制定、加工方法的選擇和加工順序的安排、（結(jié)合 UC CAM功能）加工模板的選用和相應(yīng)加工操作中切削工藝參數(shù)的選用。 根據(jù)先粗后精、先面后孔等工藝劃分原則 [8]，確定好工件的裝夾方式后，針對(duì)加工型面的特點(diǎn)來選用合理的加工模板操作。具體分析 如下 [9]： 1）從毛坯到成品，顯然加工余量很大，結(jié)合 UG CAM 功能，可以采用型腔銑來去除大部分余量，本零件為鋁材，結(jié)合機(jī)床的剛性情況，合理選用好開粗刀具和切削用量（每次切深量）。一般情況下，采用平底立銑刀開粗后，再選用圓角銑刀來進(jìn)行二次開粗，來保證后面余量均勻。 選用粗加工加工模板類型時(shí)，考慮加工型面的特征，可以選用“跟隨型芯型腔銑”操作。 2）由于頂蓋是自由曲面，一般選用小直徑的球頭刀具來精加工，主軸轉(zhuǎn)速必須高，刀具進(jìn)給速度必須大，否則對(duì)加工效率有很大影響。為了提高曲面加工質(zhì)量，除了設(shè)置較小的步距寬 度或者較小的波峰高度值進(jìn)行控制外，還必須保證精加工之前加工余量的均勻性，所以可以在精加工頂蓋之前安排一道半精加工曲面工序。 在刀路分布形式的選擇上，可以根據(jù)本零件的型面特點(diǎn)，選用平行切削方法，這種方法加工后的表面形貌較為美觀。切削角設(shè)置為 45 度，可使機(jī)床工作臺(tái)相對(duì)平穩(wěn)，減少了切削振動(dòng)。 3）鑒于四周輪廓面是直壁面，可以采用等高輪廓銑進(jìn)行精加工來保證表面質(zhì)量。 4）臺(tái)階平面可以選用平面銑中的精銑底面操作類型，以保證最終表面粗糙度。 5）借助于 UG CAM 中的 NC 助理來分析封閉凹槽圓弧的半徑，進(jìn)而決定球頭刀具 的規(guī)格。 6）考慮到鉆 4 個(gè)通孔時(shí)刀具的懸臂較長，可以先預(yù)安排用中心鉆來鉆好定位孔。在鉆通工件的底面時(shí)，注意不能和裝夾該工件的夾具相碰撞。 7）細(xì)節(jié)特征，比如孔口倒角、棱邊倒角這種加工余量小的加工，可以單獨(dú)安排一刀切下，來提高效率。還有一些細(xì)節(jié)特征，比如四周輪廓面的倒圓角，已經(jīng)在等高輪廓銑中順帶加工好了，不必單獨(dú)設(shè)置工序操作來加工。 8）選用切削用量時(shí)，除了參考上面的加工類型、加工要求以外，還要考慮所用設(shè)備的剛性和用刀具自身的切削性能。一般加工鋁質(zhì)材料可以采用高轉(zhuǎn)速、高進(jìn)給速度來提高加工效率和加工表面質(zhì)量。 9）加工方法的選用問題，主要根據(jù)待加工工件的材料來確定，本零件默認(rèn) UG CAM 中的加工方法設(shè)置，即粗加工余量為 1mm、精加工為 。 制定數(shù)控編程工序卡 在以上加工工藝分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合 UG CAM 現(xiàn)有的加工模板類型和設(shè)備的性能，填寫如表 21 所示的數(shù)控編程工序卡 [10]，作為自動(dòng)編程的指導(dǎo)和工藝參數(shù)設(shè)置的依據(jù)。 表 21 數(shù)控編程工序卡 工序號(hào) 工序名稱 工序內(nèi)容 切削用量 轉(zhuǎn)速 進(jìn)給 切深 1 鑄造 鑄造出毛坯零件 2 時(shí)效 熱處理 3 清砂 去除毛坯表面 2000 250 2 4 粗銑 φ 20 立銑刀 銑底座相接平面（高面） 2000 250 0.25 5 粗銑 φ 20 立銑刀 銑底座相接平面（底面） 2000 250 0.25 6 精銑 φ 20 立銑刀 銑底座相接平面（高面） 2000 300 2 7 精銑 φ 20 立銑刀 銑底座相接平面（底面） 2000 300 2 8 點(diǎn)鉆 中心鉆，定位底座面上 4 個(gè)孔 2000 200 0.25 9 9 鉆孔 φ 鉆頭，鉆底座面上 2 個(gè)銷孔 5000 500 0.25 10 鉸孔 φ 6 鉸刀，精鉸底座面上 2 個(gè)銷孔 5000 500 0.25 11 鉆孔 φ 12 鉆頭，鉆底座面上 2 個(gè)φ 12 孔 5000 500 0.25 12 粗銑 R6 球刀，粗銑底座內(nèi)面 2 個(gè)圓弧面 2000 250 0.25 13 精銑 R6 球刀，精銑底座內(nèi)面 2 個(gè)圓弧面 2000 200 2 14 頂蓋加工，由 410 步驟，跳過 11 步驟， 1213步驟一樣 5000 200 0.25 15 精銑 φ 20 立銑刀，精銑頂蓋頂端平面 2000 200 2 16 鉆孔 φ 6 鉆頭，鉆頂蓋頂端φ 6 孔 5000 500 0.25 17 精銑 φ 8 立銑刀， 精銑頂蓋頂端φ 8 孔 2000 200 2 本章小結(jié) 本章對(duì)所要加工的軸承座零件進(jìn)行工藝分析，確定了加工路線、加工方法及各工序等，并制定了數(shù)控編程工序卡，為后面的加工提供了所需的參數(shù)，保證了加工過程正確而有序的進(jìn)行。 3 加工步驟 初始化加工環(huán)境 1）選擇“起始” ?“加工”命令，進(jìn)入 UGCAM 環(huán)境。由于該工件主模型是第一次進(jìn)入加工環(huán)境，系統(tǒng)將打開“加工環(huán)境”對(duì)話框。 2）在“加工環(huán)境”對(duì)話框中，在“ CAM 會(huì)話配置”列表框中選擇通用加 工配制文件（ cam_general），在“ CAM 設(shè)置”列表框中再選擇“ mill_contour(固定軸輪廓銑 )”，單擊“初始化”，即可完成初始化工作。如圖 31 圖 31 加工環(huán)境對(duì)話框 圖 32 創(chuàng)建程序?qū)υ捒? 創(chuàng)建程序節(jié)點(diǎn) 創(chuàng)建程序節(jié)點(diǎn)的步驟 如下： 1）在工具條快捷圖標(biāo)中，單擊“創(chuàng)建程序”圖標(biāo)。 2）在該“創(chuàng)建程序”對(duì)話框中，默認(rèn)“父本組”的下拉列表框的“ NC_PROGRAM”，默認(rèn)程序名稱為“ PROGRAM_01”，現(xiàn)在改寫為“ MOUSE_MILL”，單擊“確定”按鈕，即完成本工件加工程序節(jié)點(diǎn)的創(chuàng)建。如圖 32。 創(chuàng)建刀具節(jié)點(diǎn) 創(chuàng)建刀具節(jié)點(diǎn)的步驟如下： 1）在工具條快捷圖標(biāo)中，單擊“創(chuàng)建刀具”圖標(biāo)。 11 2）打開“創(chuàng)建刀具”對(duì)話框中，在“子類型”區(qū)域中選擇“ mill”圖標(biāo)，在“位置 下在位置下拉列表框中默認(rèn)選擇“ GENERIC_MACHINE”，在“名稱”文本框中輸入創(chuàng)建的第一把刀具命名為“ END10”，單擊“應(yīng)用”按鈕。在出現(xiàn)的“ MillingTool5Parameters”對(duì)話框內(nèi)，輸入直徑為 12mm 平底立銑刀的相關(guān)尺寸參數(shù)、刀具補(bǔ)償號(hào)、刀具號(hào)等，單擊“確定”退出，創(chuàng)建了第一把刀具。如圖 33。 圖 33 創(chuàng)建刀具對(duì)話框 3) 按照同樣的方法，對(duì)照表 21 創(chuàng)建其他 5 把立銑刀或者球頭銑刀。 4）在“創(chuàng)建刀具”對(duì)話框中，把“類型”切換到“ drill”圖標(biāo)，在其“子類型”區(qū)域中選擇“ SPOTDRILL_TOOL”圖標(biāo)，在“位置”下拉列 表中默認(rèn)選擇“ GENERIC_MACHINE”，在“名稱”文本框中輸入創(chuàng)建第一把中心鉆名稱，命名為“ SDRILL3”，單擊“應(yīng)用”按鈕。在出現(xiàn)的“鉆刀”對(duì)話框內(nèi)，輸入直徑為 3mm 和其他相關(guān)尺寸參數(shù)、刀具補(bǔ)償號(hào)、刀具號(hào)等，單擊“確定”退出，創(chuàng)建了第一把鉆頭。 5) 按照同樣的方法，對(duì)照表 21 創(chuàng)建其他 2 把麻花鉆或者锪孔鉆。 創(chuàng)建好刀具后，可以切換到視圖窗口，在“機(jī)床（刀具）視圖”選項(xiàng)下，觀察和檢查創(chuàng)建好的各把刀具。如圖 34 圖 34機(jī)床（刀具）視圖選項(xiàng)卡 還可以在“創(chuàng)建刀具”對(duì)話框中，單擊“ RetrieveTool”圖標(biāo)，在出現(xiàn)的“庫類選擇”對(duì)話框中，依次從現(xiàn)有的刀具庫中選擇符合加工要求的刀具。如果在刀具庫中選擇不到相應(yīng)的刀具規(guī)格，可以在刀具庫中添加自己。 創(chuàng)建加工幾何 創(chuàng)建加工幾何體的操作有兩種途徑，一是從單擊工具條快捷圖標(biāo)“創(chuàng)建幾何體”進(jìn)入相應(yīng)的操作；二是從導(dǎo)航器窗口進(jìn)入，一般后一種的操作相對(duì)方便。 在操作導(dǎo)航器窗口中，單擊“幾何視圖”，在下面窗口找到“ MCS_MILL”圖標(biāo)并雙擊，在出現(xiàn)的“ MILL_ORINET”對(duì)話框下，單擊“ MCS”選項(xiàng)下的“原點(diǎn)”圖標(biāo)，進(jìn)入“點(diǎn)構(gòu)造器 ”對(duì)話框，由于工作坐標(biāo)系已調(diào)整到毛坯頂蓋的中間位置，檢查 XC、 YX、 ZC 的坐標(biāo)值均為 0即可，單擊“確定”，返回到“ MILL_ORINET”對(duì)話框，在視圖窗口可以發(fā)現(xiàn)動(dòng)態(tài)加工坐標(biāo)系和工作坐標(biāo)系重合了，再次單擊“確定”，保證加工坐標(biāo)系原點(diǎn)在毛坯頂蓋的中間位置上，和工件安裝在工作臺(tái)上的對(duì)刀點(diǎn)一致。 1）單擊“ MCS_MILL”節(jié)點(diǎn)前的加號(hào)，展開“