針對(duì)模具上字碼標(biāo)識(shí)的經(jīng)常更新的狀況及NC編程的諸多要求，選用容CAD/CAM/CAE/PLM為一體的三維參數(shù)化UG4.0軟件是進(jìn)行NC編程的必然首選。以字碼標(biāo)識(shí)為例，通過對(duì)其工藝分析、三維建模、后續(xù)的數(shù)控加工以及其它軟件的比較，證明了UG4.0在制造業(yè)的廣泛應(yīng)用。UG4.0在很大程度上減輕了工程師們?cè)诔绦蛏系挠?jì)算量，同時(shí)也減輕了機(jī)床操作者的工作量和提高了生產(chǎn)效率，為企業(yè)贏得了成本和時(shí)間。

　　1、前言

　　UG軟件是集 CAD/CAM/CAE/PLM一體化的三維參數(shù)化軟件，提供了一個(gè)基于過程的產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)境，使產(chǎn)品開發(fā)從設(shè)計(jì)到加工真正實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無縫集成，從而優(yōu)化了企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造。該軟件不僅具有強(qiáng)大的實(shí)體造型、曲面造型、虛擬裝配和產(chǎn)生工程圖等設(shè)計(jì)功能;而且，在設(shè)計(jì)過程中可進(jìn)行有限元分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)力學(xué)分析和仿真模擬，提高設(shè)計(jì)的可靠性;同時(shí)，可用建立的三維模型直接生成數(shù)控代碼，用于產(chǎn)品的加工，其后處理程序支持多種類型數(shù)控機(jī)床。另外它所提供的二次開發(fā)語言UG/OPen GRIP，UG/open API 簡(jiǎn)單易學(xué)，實(shí)現(xiàn)功能多，便于用戶開發(fā)專用CAD系統(tǒng)。廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、造船、通用機(jī)械和電子等工業(yè)領(lǐng)域。

　　2、字碼標(biāo)識(shí)的NC編程要求及加工工藝的分析：

　　2.1公司生產(chǎn)的產(chǎn)品為鍛件，由于客戶產(chǎn)品可追溯性要求，在產(chǎn)品表面需要生產(chǎn)批號(hào)標(biāo)識(shí)：

　　(1) 606RA123： 606代表2006年6月生產(chǎn)，R代表右件，A代表6月份第一批，123代表材料爐號(hào);

　　(2) 字體為Windows系統(tǒng)自帶的Arial，字體高度為6mm;

　　(3) 在鍛件產(chǎn)品上為凸字，鋼質(zhì)模具上為凹字，即標(biāo)識(shí)的石墨電極為凸字;

　　(4) 因生產(chǎn)批號(hào)更改頻繁，CAD中文本批號(hào)最好參數(shù)化(更改文本批號(hào)后，重新生成刀軌即可);

　　(5) 由于產(chǎn)品種類比較多，字碼有平面、斜面、曲面等不同情況(曲面加工相比其它較為復(fù)雜，所以能解決曲面加工，其它問題就迎刃而解)。字碼深度也不近相同(在編程時(shí)不要考慮刻字的深度!加工時(shí)由操機(jī)者根據(jù)不同產(chǎn)品不同的字碼深度手動(dòng)即可);

　　2.2針對(duì)上述編程要求并結(jié)合公司實(shí)際情況，以曲面加工為例初步制定其加工工藝：

　　(1)考慮加工對(duì)象為石墨電極，選用5mm的球刀銑曲面(電極塊首次加工必需的步驟，加工效率高，不易斷刀);參見圖8

　　(2)因字體高度為6mm，選用刀具直徑為0.8mm的刻字刀加工;

　　3、各類軟件的編程比較及其選用：

　　市場(chǎng)上集CAD /CAM一體化的各類軟件可謂是層出不窮、百花齊放。諸如：CATIA、UG、 Pro/E、MASTERCAM、SURFCAM等等，針對(duì)目前市場(chǎng)上應(yīng)用普遍比較多的軟件MASTERCAM、SURFCAM 、UG、 Pro/E四類常用軟件對(duì)字碼標(biāo)識(shí)編程做初步比較：

　　3.1 MASTERCAM X：

　　美國(guó)CNC SoftWare INC 公司出品的CAD /CAM軟件，尤其以其強(qiáng)大的加工功能聞名于世，加工操作界面通俗易懂，編程加工效率顯著。但針對(duì)此模具字碼標(biāo)識(shí)編程而言，編程操作靈活，易學(xué)易用，標(biāo)識(shí)文本是非參數(shù)化，批號(hào)即時(shí)更新不易，導(dǎo)致編程效率不高。參見圖1、圖 2

圖1 MASTERCAM平面標(biāo)識(shí)仿真加工 圖2 MASTERCAM斜面標(biāo)識(shí)仿真加工

　　3.2 SURFCAM：

　　早期的CAM軟件，加工操作界面通俗易懂，編程加工效率顯著。但針對(duì)此模具字碼標(biāo)識(shí)編程而言，編程操作簡(jiǎn)單，標(biāo)識(shí)文本也是非參數(shù)化，批號(hào)即時(shí)更新不易，導(dǎo)致編程效率不高。參見圖3、圖4

圖3 SURFCAM平面標(biāo)識(shí)編程加工刀軌 圖4 SURFCAM曲面標(biāo)識(shí)編程加工刀軌

　　3.3 Pro/E：

　　Pro/ENGINEER是由美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司推出的一套博大精深的三維CAD/CAM參數(shù)化軟件，它的內(nèi)容涵蓋了產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)、工業(yè)造型設(shè)計(jì)、三維模型設(shè)計(jì)、分析計(jì)算、動(dòng)態(tài)模擬與仿真、工程圖的輸出、生產(chǎn)加工成產(chǎn)品的全過程，其中還包括了大量的電纜和管道布線、模具設(shè)計(jì)與分析等實(shí)用模塊。應(yīng)用領(lǐng)域包括航空航天、汽車、機(jī)械、數(shù)控(NC)加工、電子等諸多行業(yè)。尤其全參數(shù)化的建模思路，大大縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)和更改周期，但CAM模塊功能不如CAD模塊強(qiáng)大(據(jù)筆者了解目前有些公司CAD在Pro/E 中完成，然后轉(zhuǎn)入MASTERCAM或Cimatron中完成CAM加工)，用Pro/E編出的NC程式，加工效率較低(筆者曾經(jīng)試圖摸索過Pro/E的 NC加工，但總覺得Pro/E應(yīng)該在CAM模塊中加強(qiáng)其功能，提供多樣性的加工方式)。參見圖5、圖6

圖5 Pro/E斜面標(biāo)識(shí)仿真加工 圖6 Pro/E斜面標(biāo)識(shí)加工刀軌屏幕演示

　　3.4 UG:

　　Unigraphics(簡(jiǎn)稱UG)是美國(guó)UGS公司的主導(dǎo)產(chǎn)品，也是全球應(yīng)用最普遍的CAD/CAM/CAE/PLM的系統(tǒng)軟件之一。UG軟件在CAD 方面的建模和造型分為兩個(gè)模塊一實(shí)體造型和自由曲面造型。在造型功能方面，除其他軟件所具有的通用功能外，它還擁有靈活的復(fù)合建模、齊備的仿真照相、細(xì)膩的動(dòng)畫渲染和快速的原型工具，僅復(fù)合建模就可讓用戶在實(shí)體建模、曲面建模、線框建模和基于特征的參數(shù)建模和非參數(shù)建模中任意選擇，使設(shè)計(jì)者可根據(jù)工程設(shè)計(jì)實(shí)際情況確定最佳建模方式，從而得到最佳設(shè)計(jì)效果。在加工功能方面，UG件針對(duì)CAM的實(shí)用性、適應(yīng)性和效能性，通過覆蓋制造過程，實(shí)現(xiàn)制造的自動(dòng)化、集成化和用戶化，從而在產(chǎn)品制造周期、產(chǎn)品制造成本和產(chǎn)品制造質(zhì)量諸方面都給用戶提供了極大的收益。它不僅提供可靠、精確刀具路徑，更讓NC編程人員可以隨心所欲地設(shè)計(jì)出心目中最有效率的加工程序。

　　3.4.1 UG/CAM有下列幾個(gè)特點(diǎn):

　　(1)提供可靠、精確的刀具路徑;

　　(2)能直接在曲面及實(shí)體上加工;

　　(3)良好的用戶界面，并允許使用者能依工作上的需要，定制用戶界面;

　　(4)提供多樣性的加工方式，方便了編程人員設(shè)計(jì)各種高效率的刀具路徑;

　　(5)對(duì)CAD主模型更改，則NC模型隨之更改。NC編程人員不需要把工作推倒重來，只需重新生成(Regenerate)刀位軌跡，刀位軌跡就可以立即更新;

　　(6)提供完整的刀具庫(kù)及加工參數(shù)庫(kù)管理功能(切削數(shù)據(jù)庫(kù)的可利用性及客戶化)，使新進(jìn)人員能充分利用資深人員的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)優(yōu)良的刀具路徑;

　　(7) CAM后置處理不但提供了常規(guī)的直線和圓弧插補(bǔ)外，還出現(xiàn)了基于Nurbs理論的CNC插補(bǔ)控制器(提高了高速銑的加工精度，大大縮短了刀位文件長(zhǎng)度);

　　(8)提供通用型后處理功能，產(chǎn)生各種NC加工機(jī)適用的NC程序(也可以通過機(jī)床構(gòu)造器或二次開發(fā)隨心所欲的制訂后處理配置命令)。

　　下面就著重談?wù)刄G在模具標(biāo)識(shí)字碼編程加工中的應(yīng)用：UG 在CAM模塊中就增加了標(biāo)識(shí)字碼加工功能，但在曲面標(biāo)識(shí)加工編程操作中，頗感不便(筆者曾經(jīng)試圖摸索過，但沒有找到更好的方法)。而UG4.0在 CAD/CAM中新增了文本功能，能有效并快速的對(duì)文本進(jìn)行實(shí)時(shí)編輯更新，從而很大程度提高了加工編程的速度(文本編輯更新后重新生成NC程序即可，無需更改任何參數(shù)設(shè)置，可謂是一勞永逸)。突出顯示了CAD/CAM/CAE/PLM數(shù)據(jù)的無縫集成及參數(shù)化的優(yōu)越性。

　　3.4.2 UG中字碼標(biāo)識(shí)編程步驟如下：

　　(1)根據(jù)要求在UG里做字(字碼標(biāo)識(shí)在相應(yīng)位置的曲面上)，或通過其它CAD 軟件轉(zhuǎn)出UG能接受的文件格式導(dǎo)入U(xiǎn)G中(字碼標(biāo)識(shí)文本必須在UG中重新編輯，方便以后的即時(shí)更新);參見圖7

　　(2) 選用直徑5mm的球刀加工大曲面(具體參數(shù)設(shè)置步驟不傲述);參見圖8

　　(3) 選用直徑0.8mm的刻字刀2D挖槽加工(具體參數(shù)設(shè)置步驟不傲述，UG中FACE_MILLING_AREA加工模塊，平面字碼標(biāo)識(shí)無需第(4)步);參見圖9

　　(4) 選用直徑0.8mm的刻字刀投影加工(具體參數(shù)設(shè)置步驟不傲述，UG中 FIXED_CONTOUR加工模塊，驅(qū)動(dòng)方式選項(xiàng)為刀軌(2D挖槽加工));參見圖10

　　(5) 后置處理生成NC程式(后置處理器配置了各類型數(shù)控系統(tǒng)的后置處理，用戶也可以根據(jù)數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)的具體情況對(duì)其數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行修改和編譯，定制自己的專有后置處理程序，UG生成的 NC程序加工效率高，NC文件小的優(yōu)點(diǎn))。

　　3.4.3字碼標(biāo)識(shí)編程重新更新步驟如下：

　　(1) 鼠標(biāo)雙擊所要更改的文本標(biāo)識(shí)進(jìn)行編輯(大概編輯時(shí)間在5秒鐘以內(nèi));參見圖7

　　(2) 重新計(jì)算刀具軌跡，生成NC程序(大概需要10～20秒鐘時(shí)間，具體時(shí)間根據(jù)操作參數(shù)設(shè)置而定);

　　筆者1個(gè)工作日內(nèi)(8個(gè)小時(shí))大約能出NC程序400多個(gè)，幾乎完成了全年的字碼標(biāo)識(shí)編程任務(wù)。大大縮短了NC編程時(shí)間，避免了繁瑣復(fù)雜的參數(shù)設(shè)置，深受編程人員的青睞。

圖7 UG4.0中新增了文本編輯功能 圖8 UG仿真加工大曲面

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

　　4、生產(chǎn)實(shí)際加工結(jié)果：

　　將UG4.0的字碼標(biāo)識(shí)NC程式在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)試加工，得到現(xiàn)場(chǎng)操機(jī)人員的好評(píng)。尤其在刀路優(yōu)化、減少提刀次數(shù)等方面相比其它軟件尤為顯著。加工后的模具標(biāo)識(shí)字碼和模具上的標(biāo)識(shí)字碼。參見圖11、圖12

圖11 加工后的模具標(biāo)識(shí)字碼 圖12 模具上的標(biāo)識(shí)字碼

　　5、結(jié)束語：

　　Unigraphics 誕生在美國(guó)麥道飛機(jī)公司，從一開始就是飛機(jī)零件數(shù)控加工的最佳編程工具，經(jīng)歷了幾十年，與它同時(shí)代的CAD/CAM軟件(ComputerVision、 Calma、EUCLID、Intergraph、Autotrol)有不少已經(jīng)消亡了，惟有少數(shù)經(jīng)歷了長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證才走到了 CAD/CAM/CAE/PLM高度數(shù)據(jù)的無縫集成的頂峰。隨著加工技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，其中包含了程序的編寫日益簡(jiǎn)單，根據(jù)各企業(yè)的實(shí)際情況選擇相應(yīng)的軟件并能熟練駕馭它(好的編程技術(shù)是與好的編程平臺(tái)分不開的，所謂欲善其事，必利其器)，這在很大程度上減輕了工程師們?cè)诔绦蛏系挠?jì)算量，同時(shí)也減輕了機(jī)床操作者的工作量和提高了生產(chǎn)效率，為企業(yè)贏得了成本和時(shí)間。通過對(duì)此字碼標(biāo)識(shí)的實(shí)例編程示范和其它軟件的編程比較，充分顯示了UG4.0在各類軟件中的優(yōu)越性。由于筆者水平有限，詣在通過此實(shí)例的編程加工，將自己的使用心得分享給各位讀者，在此希望能起到的拋磚引玉作用，為中國(guó)的加工制造業(yè)做出各自的綿薄之力。