模具字码标识NC编程中UG的应用

　　针对模具上字码标识的经常更新的状况及NC编程的诸多要求，选用容CAD/CAM/CAE/PLM为一体的三维参数化UG4.0软件是进行NC编程的必然首选。以字码标识为例，通过对其工艺分析、三维建模、后续的数控加工以及其它软件的比较，证明了UG4.0在制造业的广泛应用。UG4.0在很大程度上减轻了工程师们在程序上的计算量，同时也减轻了机床操作者的工作量和提高了生产效率，为企业赢得了成本和时间。

　　1、前言

　　UG软件是集 CAD/CAM/CAE/PLM一体化的三维参数化软件，提供了一个基于过程的产品设计环境，使产品开发从设计到加工真正实现了数据的无缝集成，从而优化了企业的产品设计与制造。该软件不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和产生工程图等设计功能;而且，在设计过程中可进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟，提高设计的可靠性;同时，可用建立的三维模型直接生成数控代码，用于产品的加工，其后处理程序支持多种类型数控机床。另外它所提供的二次开发语言UG/OPen GRIP，UG/open API 简单易学，实现功能多，便于用户开发专用CAD系统。广泛应用于航空、航天、汽车、造船、通用机械和电子等工业领域。

　　2、字码标识的NC编程要求及加工工艺的分析：

　　2.1公司生产的产品为锻件，由于客户产品可追溯性要求，在产品表面需要生产批号标识：

　　(1) 606RA123： 606代表2006年6月生产，R代表右件，A代表6月份第一批，123代表材料炉号;

　　(2) 字体为Windows系统自带的Arial，字体高度为6mm;

　　(3) 在锻件产品上为凸字，钢质模具上为凹字，即标识的石墨电极为凸字;

　　(4) 因生产批号更改频繁，CAD中文本批号最好参数化(更改文本批号后，重新生成刀轨即可);

　　(5) 由于产品种类比较多，字码有平面、斜面、曲面等不同情况(曲面加工相比其它较为复杂，所以能解决曲面加工，其它问题就迎刃而解)。字码深度也不近相同(在编程时不要考虑刻字的深度!加工时由操机者根据不同产品不同的字码深度手动即可);

　　2.2针对上述编程要求并结合公司实际情况，以曲面加工为例初步制定其加工工艺：

　　(1)考虑加工对象为石墨电极，选用5mm的球刀铣曲面(电极块首次加工必需的步骤，加工效率高，不易断刀);参见图8

　　(2)因字体高度为6mm，选用刀具直径为0.8mm的刻字刀加工;

　　3、各类软件的编程比较及其选用：

　　市场上集CAD /CAM一体化的各类软件可谓是层出不穷、百花齐放。诸如：CATIA、UG、 Pro/E、MASTERCAM、SURFCAM等等，针对目前市场上应用普遍比较多的软件MASTERCAM、SURFCAM 、UG、 Pro/E四类常用软件对字码标识编程做初步比较：

　　3.1 MASTERCAM X：

　　美国CNC SoftWare INC 公司出品的CAD /CAM软件，尤其以其强大的加工功能闻名于世，加工操作界面通俗易懂，编程加工效率显著。但针对此模具字码标识编程而言，编程操作灵活，易学易用，标识文本是非参数化，批号即时更新不易，导致编程效率不高。参见图1、图 2

图1 MASTERCAM平面标识仿真加工 图2 MASTERCAM斜面标识仿真加工

　　3.2 SURFCAM：

　　早期的CAM软件，加工操作界面通俗易懂，编程加工效率显著。但针对此模具字码标识编程而言，编程操作简单，标识文本也是非参数化，批号即时更新不易，导致编程效率不高。参见图3、图4

图3 SURFCAM平面标识编程加工刀轨 图4 SURFCAM曲面标识编程加工刀轨

　　3.3 Pro/E：

　　Pro/ENGINEER是由美国参数技术公司推出的一套博大精深的三维CAD/CAM参数化软件，它的内容涵盖了产品从概念设计、工业造型设计、三维模型设计、分析计算、动态模拟与仿真、工程图的输出、生产加工成产品的全过程，其中还包括了大量的电缆和管道布线、模具设计与分析等实用模块。应用领域包括航空航天、汽车、机械、数控(NC)加工、电子等诸多行业。尤其全参数化的建模思路，大大缩短了产品设计和更改周期，但CAM模块功能不如CAD模块强大(据笔者了解目前有些公司CAD在Pro/E 中完成，然后转入MASTERCAM或Cimatron中完成CAM加工)，用Pro/E编出的NC程式，加工效率较低(笔者曾经试图摸索过Pro/E的 NC加工，但总觉得Pro/E应该在CAM模块中加强其功能，提供多样性的加工方式)。参见图5、图6

图5 Pro/E斜面标识仿真加工 图6 Pro/E斜面标识加工刀轨屏幕演示

　　3.4 UG:

　　Unigraphics(简称UG)是美国UGS公司的主导产品，也是全球应用最普遍的CAD/CAM/CAE/PLM的系统软件之一。UG软件在CAD 方面的建模和造型分为两个模块一实体造型和自由曲面造型。在造型功能方面，除其他软件所具有的通用功能外，它还拥有灵活的复合建模、齐备的仿真照相、细腻的动画渲染和快速的原型工具，仅复合建模就可让用户在实体建模、曲面建模、线框建模和基于特征的参数建模和非参数建模中任意选择，使设计者可根据工程设计实际情况确定最佳建模方式，从而得到最佳设计效果。在加工功能方面，UG件针对CAM的实用性、适应性和效能性，通过覆盖制造过程，实现制造的自动化、集成化和用户化，从而在产品制造周期、产品制造成本和产品制造质量诸方面都给用户提供了极大的收益。它不仅提供可靠、精确刀具路径，更让NC编程人员可以随心所欲地设计出心目中最有效率的加工程序。

　　3.4.1 UG/CAM有下列几个特点:

　　(1)提供可靠、精确的刀具路径;

　　(2)能直接在曲面及实体上加工;

　　(3)良好的用户界面，并允许使用者能依工作上的需要，定制用户界面;

　　(4)提供多样性的加工方式，方便了编程人员设计各种高效率的刀具路径;

　　(5)对CAD主模型更改，则NC模型随之更改。NC编程人员不需要把工作推倒重来，只需重新生成(Regenerate)刀位轨迹，刀位轨迹就可以立即更新;

　　(6)提供完整的刀具库及加工参数库管理功能(切削数据库的可利用性及客户化)，使新进人员能充分利用资深人员的经验，设计优良的刀具路径;

　　(7) CAM后置处理不但提供了常规的直线和圆弧插补外，还出现了基于Nurbs理论的CNC插补控制器(提高了高速铣的加工精度，大大缩短了刀位文件长度);

　　(8)提供通用型后处理功能，产生各种NC加工机适用的NC程序(也可以通过机床构造器或二次开发随心所欲的制订后处理配置命令)。

　　下面就着重谈谈UG在模具标识字码编程加工中的应用：UG 在CAM模块中就增加了标识字码加工功能，但在曲面标识加工编程操作中，颇感不便(笔者曾经试图摸索过，但没有找到更好的方法)。而UG4.0在 CAD/CAM中新增了文本功能，能有效并快速的对文本进行实时编辑更新，从而很大程度提高了加工编程的速度(文本编辑更新后重新生成NC程序即可，无需更改任何参数设置，可谓是一劳永逸)。突出显示了CAD/CAM/CAE/PLM数据的无缝集成及参数化的优越性。

　　3.4.2 UG中字码标识编程步骤如下：

　　(1)根据要求在UG里做字(字码标识在相应位置的曲面上)，或通过其它CAD 软件转出UG能接受的文件格式导入UG中(字码标识文本必须在UG中重新编辑，方便以后的即时更新);参见图7

　　(2) 选用直径5mm的球刀加工大曲面(具体参数设置步骤不傲述);参见图8

　　(3) 选用直径0.8mm的刻字刀2D挖槽加工(具体参数设置步骤不傲述，UG中FACE_MILLING_AREA加工模块，平面字码标识无需第(4)步);参见图9

　　(4) 选用直径0.8mm的刻字刀投影加工(具体参数设置步骤不傲述，UG中 FIXED_CONTOUR加工模块，驱动方式选项为刀轨(2D挖槽加工));参见图10

　　(5) 后置处理生成NC程式(后置处理器配置了各类型数控系统的后置处理，用户也可以根据数控机床和数控系统的具体情况对其数据库进行修改和编译，定制自己的专有后置处理程序，UG生成的 NC程序加工效率高，NC文件小的优点)。

　　3.4.3字码标识编程重新更新步骤如下：

　　(1) 鼠标双击所要更改的文本标识进行编辑(大概编辑时间在5秒钟以内);参见图7

　　(2) 重新计算刀具轨迹，生成NC程序(大概需要10～20秒钟时间，具体时间根据操作参数设置而定);

　　笔者1个工作日内(8个小时)大约能出NC程序400多个，几乎完成了全年的字码标识编程任务。大大缩短了NC编程时间，避免了繁琐复杂的参数设置，深受编程人员的青睐。

图7 UG4.0中新增了文本编辑功能 图8 UG仿真加工大曲面

图9 UG4.0中刻字刀2D挖槽(平面)仿真加工 图10 UG4.0投影(曲面)仿真加工(IPW )

　　4、生产实际加工结果：

　　将UG4.0的字码标识NC程式在生产现场试加工，得到现场操机人员的好评。尤其在刀路优化、减少提刀次数等方面相比其它软件尤为显著。加工后的模具标识字码和模具上的标识字码。参见图11、图12

图11 加工后的模具标识字码 图12 模具上的标识字码

　　5、结束语：

　　Unigraphics 诞生在美国麦道飞机公司，从一开始就是飞机零件数控加工的最佳编程工具，经历了几十年，与它同时代的CAD/CAM软件(ComputerVision、 Calma、EUCLID、Intergraph、Autotrol)有不少已经消亡了，惟有少数经历了长期的生产实践验证才走到了 CAD/CAM/CAE/PLM高度数据的无缝集成的顶峰。随着加工技术的不断发展和完善，其中包含了程序的编写日益简单，根据各企业的实际情况选择相应的软件并能熟练驾驭它(好的编程技术是与好的编程平台分不开的，所谓欲善其事，必利其器)，这在很大程度上减轻了工程师们在程序上的计算量，同时也减轻了机床操作者的工作量和提高了生产效率，为企业赢得了成本和时间。通过对此字码标识的实例编程示范和其它软件的编程比较，充分显示了UG4.0在各类软件中的优越性。由于笔者水平有限，诣在通过此实例的编程加工，将自己的使用心得分享给各位读者，在此希望能起到的抛砖引玉作用，为中国的加工制造业做出各自的绵薄之力。