1 引言

　　數(shù)控編程一般分為手動(dòng)編程和自動(dòng)編程。手工編程常用于幾何形狀不太復(fù)雜、工作量較小、幾何計(jì)算較簡(jiǎn)單的數(shù)控加工，對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零件則由自動(dòng)編程完成。目前，在數(shù)控加工中普遍采用的是圖形交互式自動(dòng)編程方法，編程時(shí)在終端屏幕下顯示所要加工的零件圖形，確定進(jìn)給路徑和切削用量，計(jì)算機(jī)便可按預(yù)先存儲(chǔ)的圖形自動(dòng)編制程序，CNC系統(tǒng)計(jì)算刀具軌跡，自動(dòng)編制出零件的加工程序，并輸出程序單。

　　本文所提到的缸體主要是指汽輪機(jī)的高中壓外缸，電站設(shè)備中的大型零件。通過(guò)對(duì)高中壓汽缸的待加工特征進(jìn)行的全面分析，其加工特征分六類：孔特征、面特征、曲面特征、缺口特征、開檔特征、管口特征。采用設(shè)備主要為數(shù)控龍門銑，加下方法包括銑平面、銑開檔、鉆孔等。

2 自動(dòng)數(shù)控編程的準(zhǔn)備工作

　　準(zhǔn)備工作主要包括工件坐標(biāo)系、對(duì)刀點(diǎn)與換刀點(diǎn)的確定，工件坐標(biāo)系零點(diǎn)就是編程零點(diǎn)。在加工編程中，為了使工藝基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)保持一致。在進(jìn)行零點(diǎn)設(shè)置時(shí)，本文把工件坐標(biāo)系的零件設(shè)在高中壓下缸的水平中分面與凋端的汽封面的交點(diǎn)。

　　工件坐標(biāo)系確定后，還應(yīng)確定對(duì)刀點(diǎn)及換刀點(diǎn)的位置。對(duì)刀點(diǎn)就是在數(shù)控機(jī)床上加工零件時(shí)，刀具相對(duì)于工件運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)，即程序起點(diǎn)，在機(jī)床上容易找正，加工時(shí)便于檢查，應(yīng)設(shè)置在零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上，使刀位點(diǎn)與對(duì)刀點(diǎn)重合。本文在高中壓下缸加工中把對(duì)刀點(diǎn)設(shè)置在工件坐標(biāo)系的零點(diǎn)上；而換刀點(diǎn)則是機(jī)床換刀具的位置，應(yīng)設(shè)置在遠(yuǎn)離零件、不干涉零件之處，本文設(shè)置在高中壓下缸的中部。

3 基于UG的高中壓下缸數(shù)控加工編程

　　3．1 UG的CAM模塊概述

　　利用UG軟件的CAM環(huán)境，即加工模塊，利用它可以針對(duì)任何加工任務(wù)生成優(yōu)化和可用的數(shù)控加工路徑。從CAM的角度來(lái)講，可以說(shuō)UG是最好、最具代表性的數(shù)控軟件之一。UG／CAM模塊所支持的加工方法包括平面銑削、二軸仿形銑削、多坐標(biāo)銑削、車削、線切割及薄片加工等，其后處理程序支持多種類型的數(shù)控機(jī)．功能強(qiáng)大的刀軌生成方法是其主要特點(diǎn)之一。本文主要利用UG/CAM的平面銑、固定軸輪廓銑及點(diǎn)位加工功能完成高中壓下缸的數(shù)控加工編程。

　　3．2 創(chuàng)建刀具

　　在編制數(shù)控加工程序之前，應(yīng)創(chuàng)建本文加工所用到的刀具庫(kù)，首先在UG的創(chuàng)建刀具的對(duì)話框里選擇刀具的類型，并設(shè)置刀具的幾何參數(shù)、材料、刀具號(hào)等。按照工藝文件中的刀具卡將刀具一一創(chuàng)建，形成刀具庫(kù)，以備調(diào)用。

　　3．3 創(chuàng)建操作

　　操作是一個(gè)專門的概念。從數(shù)據(jù)的角度看，它是一個(gè)數(shù)據(jù)集，包含一個(gè)單一的刀軌以及生成這個(gè)刀軌所需要的所有信息，這些信息稱為操作的參數(shù)。用UG編程過(guò)程中的主要工作就是創(chuàng)建一系列各種各樣的工序或工步。

　　在創(chuàng)建操作的過(guò)程中主要涉及到以下兩方面的內(nèi)容：

　　(1)操作類型設(shè)置，其中包括操作類型、父幾何體、刀具及加工方法等參數(shù)的選擇。

　　(2)切削參數(shù)設(shè)置，指定與具體加工過(guò)程中相關(guān)的一些參數(shù)值。主要有部件幾何體、毛坯幾何體切削步長(zhǎng)、行距，切削方式、切削速度、進(jìn)退刀方法、走刀路錢、避讓(即安全全面、對(duì)刀點(diǎn)、返回點(diǎn)等非切削運(yùn)動(dòng)路線)等參數(shù)的設(shè)置。參數(shù)項(xiàng)目的種類隨操作類型的不同而有些變化。

　　按照工藝卡上的工步內(nèi)容包括切削參數(shù)、毛坯余量等逐步將工步建立出來(lái)，形成一系列高中壓下缸的加工操作過(guò)程。

3.4 生成刀軌

　　刀具軌跡生成是復(fù)雜零件數(shù)控加工中最重要的內(nèi)容。它是通過(guò)零件幾何模型，根據(jù)所選用的加工機(jī)床、刀具、走刀方式以及加工余量等工藝方法進(jìn)行刀位計(jì)算并生成加工運(yùn)動(dòng)軌跡。刀具軌跡的生成能力直接決定數(shù)控編程系統(tǒng)的功能及所生成的加工程序質(zhì)量。

　　在UG中，創(chuàng)建操作的時(shí)候選擇“生成刀軌”命令，就可以生成相應(yīng)操作的刀軌。UG的刀軌生成除了可以生成刀具運(yùn)動(dòng)路線外。也可以觀察刀具是否與零件干涉。UG的不足之處就在于生成刀軌需耗費(fèi)計(jì)算機(jī)相當(dāng)大的內(nèi)存容量和時(shí)間。

　　3.5 刀軌軌跡的優(yōu)化

　　對(duì)于刀軌軌跡。尤其是鉆孔路線優(yōu)化也是本文研究?jī)?nèi)容之一。在平面銑削的過(guò)程中。通過(guò)縮短刀具的非切削橫越運(yùn)動(dòng)路線可以減少加工時(shí)間。以粗銑法蘭盤下表面凹槽為例，刀軌路線為：每切削一層后，傳送方式為退刀至安全平面后再由安全平面快速走刀至下一切削層。刀具非切削運(yùn)動(dòng)特別長(zhǎng)，將傳送方式改成毛坯表面后，則這一退刀——走刀路線則大為縮短。而在鉆孔的過(guò)程中，縮短刀具的快速移動(dòng)路線則是主要縮短加工時(shí)間的手段。

4 基于UG的加工過(guò)程仿真

　　在加工過(guò)程中，是否發(fā)生過(guò)切、少切，所選擇的刀具、走刀路線、進(jìn)退刀方式是否合理，零件與刀具、刀具與夾具、刀具與工作臺(tái)是否干涉和碰撞等，編程人員往往事先很難預(yù)料。而在計(jì)算機(jī)上利用二維圖形技術(shù)對(duì)數(shù)控加工過(guò)程進(jìn)行模擬仿真，可以快速、安全和有效地對(duì)NC程序的正確性進(jìn)行較準(zhǔn)確的評(píng)估.并可根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)NC程序迅速地進(jìn)行修改，可免除反復(fù)試切過(guò)程，降低材料消耗和生產(chǎn)成本，提高工作效率。

　　4.1 刀具中心運(yùn)動(dòng)軌跡仿真

　　通過(guò)讀入刀位數(shù)據(jù)文件檢查刀位計(jì)算是否正確，檢查工藝過(guò)程中加工過(guò)程的合理安排和刀具路徑的優(yōu)化，以及加工過(guò)程中是否發(fā)生干涉等。這種仿真可以采用動(dòng)畫顯示方法。

　　通過(guò)UG刀軌仿真功能，也可以進(jìn)行刀具過(guò)切檢查。挑選機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)顯示來(lái)選擇刀軌在仿真動(dòng)畫中的顯示方式。接著點(diǎn)擊檢查選項(xiàng)選擇要檢查的過(guò)切選頂。最后調(diào)整合適動(dòng)畫速度條，點(diǎn)擊播放。

　　在UG環(huán)境下還可以觀察刀具在工件的加工過(guò)程仿真。圖中三面刃盤銑刀依照刀軌軌跡運(yùn)動(dòng)切削。當(dāng)仿真動(dòng)畫結(jié)束后，就會(huì)跳出一個(gè)過(guò)切信息，顯示是否過(guò)切，并在模型中顯示過(guò)切的刀軌路徑。

　　4.2 加工過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真

　　UG還可以模擬工件的毛壞材料被切削過(guò)程，生成IPW(In Process Workpiece)。IPW是經(jīng)過(guò)被檢驗(yàn)操作加工后形成的工序件，為下一道工序提供毛坯，即上一道工序加工后留下的工件。UG的模擬仿真分成3D動(dòng)態(tài)及2D動(dòng)態(tài)，3D動(dòng)態(tài)能為模擬材料切削提供一個(gè)更直觀的過(guò)程;而2D動(dòng)態(tài)則是快速模擬切削，它的運(yùn)行速度快于3D，特別對(duì)于龐大復(fù)雜的刀軌更有效率。UG的這一功能的不足之處就在于需要耗費(fèi)十分多的內(nèi)存容量。

5 結(jié)語(yǔ)

　　本文給出了基于UG CAM加工模塊的缸體類零件數(shù)控加工編程及加工過(guò)程仿真方案，優(yōu)化了加工路線、刀具軌跡等工藝參數(shù)，并說(shuō)明了在數(shù)控加工中編程零點(diǎn)、對(duì)刀點(diǎn)及換刀點(diǎn)在汽缸中的設(shè)置。