王丹++高剛毅

摘 要：本文介紹了數(shù)控技術(shù)的概況，包括數(shù)控技術(shù)的發(fā)展、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。簡(jiǎn)要敘述了利用UG軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)和數(shù)控加工編程的一般過程。

關(guān)鍵詞：數(shù)控技術(shù)；數(shù)控加工；UG；先進(jìn)制造技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.010

1 引言

數(shù)控技術(shù)在工業(yè)加工中屬于先進(jìn)的零部件加工技術(shù)，而技術(shù)的先與否能直接影響著國(guó)家在國(guó)際上工業(yè)加工的重要地位，同時(shí)其水平的高低也作為先進(jìn)制造技術(shù)的核心，關(guān)系到國(guó)家戰(zhàn)略地位和體現(xiàn)國(guó)家綜合國(guó)力的重要基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，其水平高低是衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)現(xiàn)代化程度的核心標(biāo)志，因此加工機(jī)床及生產(chǎn)過程數(shù)控化，己經(jīng)成為當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向。

2 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

（1）模塊化、專門化與個(gè)性化。為了適應(yīng)現(xiàn)今數(shù)控機(jī)床自身的特點(diǎn)，對(duì)其機(jī)床進(jìn)行模塊化，并對(duì)其數(shù)控功能予以功能化。為了提升數(shù)控機(jī)床的操作技術(shù)能被廣泛的應(yīng)用，在實(shí)際的工作中，應(yīng)對(duì)機(jī)床自身技術(shù)的出售價(jià)格進(jìn)行合理的制定，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)機(jī)床性能的優(yōu)化。另外，硬件中各組件的模塊化能為實(shí)現(xiàn)工業(yè)數(shù)控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化起到促進(jìn)性的作用。按照實(shí)際不同功能方面的需求，把基本模塊的型號(hào)進(jìn)行統(tǒng)一，通過這種積木形式的改進(jìn)，進(jìn)行功能方面的修正，能實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)牟眉?，并使得機(jī)床當(dāng)中模塊的相應(yīng)得到控制，進(jìn)而形成不同檔次機(jī)床加工系統(tǒng)。

（2）智能化。該方面的內(nèi)容主要指的是擬人智能，在數(shù)控機(jī)床加工的系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，能在很大程度上增?qiáng)機(jī)床自身的性能。智能化的數(shù)控機(jī)床加工系統(tǒng)在實(shí)際的作業(yè)中，通過對(duì)加工精度進(jìn)行適當(dāng)?shù)臋z測(cè)和建模，根據(jù)實(shí)際的加工狀況制定實(shí)現(xiàn)加工和成產(chǎn)目標(biāo)的決策，對(duì)加工原料進(jìn)給速度和切削深度的工藝參數(shù)予以控制，能促使機(jī)床的實(shí)際加工保持在最好的狀態(tài)，這樣不僅能提升加工的速度和質(zhì)量，同時(shí)為機(jī)床后續(xù)的維修和養(yǎng)護(hù)提供了的重要的保障。

（3）網(wǎng)絡(luò)化和集成化。在科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展下，工業(yè)加工和生產(chǎn)逐漸趨向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，通過自動(dòng)化系統(tǒng)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的充分結(jié)合，為遠(yuǎn)程控制機(jī)床的生產(chǎn)和加工提供了重要的保障。網(wǎng)絡(luò)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用的過程中，在信息技術(shù)的輔助下，能對(duì)正在工作和即將工作的機(jī)床進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。不僅如此，在實(shí)際的工作中，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床故障的檢測(cè)和維修，采用網(wǎng)絡(luò)化和集成化的技術(shù)之后，能為機(jī)床加工工廠降低一大部分的支出費(fèi)用。

（4）開放化。具有高性能和超高性價(jià)比的開放化系統(tǒng)的研究，其重要的部分是將NC本身與分布式DNC的信息控制系統(tǒng)進(jìn)行充分的結(jié)合?，F(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)的廣大數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的研究人員對(duì)開放化的系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，其中以型號(hào)為華中I型具有強(qiáng)的代表性，其主要利用工業(yè)當(dāng)中PC機(jī)當(dāng)中適配器卡的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其主要的建設(shè)基礎(chǔ)是通用32位型號(hào)的工業(yè)PC機(jī)與DOS平臺(tái)當(dāng)中的開放形式體系結(jié)構(gòu)為依據(jù)，在實(shí)際應(yīng)用中具有較好的模塊化與層次化的優(yōu)勢(shì)。

（5）高速、高效、高精度、高可靠性發(fā)展方向。在現(xiàn)今的工業(yè)領(lǐng)域中，高速與高效的機(jī)床系統(tǒng)正向著高速化進(jìn)行發(fā)展，在近幾年的發(fā)展中可以看出從精密加工到超精密加工發(fā)展中耗費(fèi)的時(shí)間較短，而加工的精準(zhǔn)度也得到逐步的升級(jí)。高可靠性性能的機(jī)床在相對(duì)惡劣的環(huán)境下，能實(shí)現(xiàn)正常工作。這樣的特點(diǎn)，在未來的發(fā)展中將是重點(diǎn)的發(fā)展趨勢(shì)。

3 應(yīng)用UG軟件設(shè)計(jì)與制造

UG屬于現(xiàn)今走在先進(jìn)前列的加工控制軟件，該軟件能從事概念方面設(shè)計(jì)、工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工程仿真等領(lǐng)域當(dāng)中。

（1）UG軟件的CAD功能。UG軟件CAD模塊的建模方式是一種復(fù)合形式的模型建立，其優(yōu)勢(shì)是在設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，能提供較強(qiáng)的靈活性。并在實(shí)際操作當(dāng)中為機(jī)床系統(tǒng)提供支持不同操作工具。在操作和作業(yè)的過程中，使用的終端用戶能按照最初的設(shè)計(jì)方向，進(jìn)行模型的建立。并能搭建其參數(shù)化的加工模型，終端用戶能通過編輯的相應(yīng)參數(shù)對(duì)模進(jìn)行不斷的修改，進(jìn)而獲得最終的版本。UG系統(tǒng)軟件能夠提供便捷的操作方式，充分的集合了傳統(tǒng)機(jī)床加工和參數(shù)化。有些時(shí)候只有一個(gè)簡(jiǎn)單的線框模型就足夠了，不需要構(gòu)建復(fù)雜的約束實(shí)體模型。不過，建模模塊在實(shí)際應(yīng)用的過程中，還提供了不同形式參數(shù)化建模形式，并具有傳統(tǒng)實(shí)體形式的建模能力，在應(yīng)用之后，能增強(qiáng)建模的簡(jiǎn)便性和易操作性。

（2）零件信息模型建立。零件信息模型建立模塊首先利用UG的CAD功能模塊完成零件造型。由于加工工藝設(shè)計(jì)需要加工工藝信息，而UG的CAD功能中不能實(shí)現(xiàn)在實(shí)體造型時(shí)加入加工特征信息，所以使用CAD功能擴(kuò)展把加工工藝信息以屬性的形式添加到零件模型當(dāng)中。CAD功能擴(kuò)展是通過UG軟件的二次開發(fā)功能實(shí)現(xiàn)的。零件信息模型是為加工工藝設(shè)計(jì)和刀具軌跡提供必要的零件信息，它是通過零件信息識(shí)別功能從CAD的零件造型和CAD功能擴(kuò)展提取出這些必要的零件信息的。零件信息識(shí)別是通過UG軟件的二次開發(fā)功能實(shí)現(xiàn)的。國(guó)內(nèi)外對(duì)于零件信息識(shí)別進(jìn)行了很多的研究，現(xiàn)在多數(shù)采用特征識(shí)別，特征識(shí)別要求CAD系統(tǒng)必須能夠進(jìn)行特征建?；蛘咄ㄟ^一定的特征識(shí)別算法來識(shí)別加工特征。特征識(shí)別在回轉(zhuǎn)體零件的識(shí)別上已經(jīng)有成功的例子，但它對(duì)非回轉(zhuǎn)體的識(shí)別還有一定的局限性，難以滿足零件信息處理的要求。

（3）加工工藝設(shè)計(jì)。在使用先進(jìn)加工技術(shù)之后，能獲得機(jī)床加工數(shù)據(jù)，主要的方式以下兩種：1）在本系統(tǒng)的輔助下，利用創(chuàng)成的成型的工藝設(shè)計(jì)模式，得到工藝數(shù)據(jù)，在實(shí)加工的過程中可以自動(dòng)的形成加工工藝。其先通過對(duì)將要加工零件屬性的識(shí)別，從這些信息中篩選出能支撐零件加工的信息模型，并作為工藝實(shí)際邏輯決策樹的依據(jù)，在加工之前，對(duì)工藝決策的可行性進(jìn)行推理。進(jìn)而生成工藝數(shù)據(jù)，主要以關(guān)系表的形態(tài)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中。還提供了工藝修改的相應(yīng)功能，能對(duì)自動(dòng)形成的工藝規(guī)劃予以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。2）自動(dòng)編程模塊需要加工工藝數(shù)據(jù)，能從其它CAPP系統(tǒng)中讀取或手工輸入。工藝數(shù)據(jù)庫(kù)中包含了進(jìn)行工藝決策時(shí)使用到的工藝知識(shí)，這些知識(shí)可以使用數(shù)據(jù)庫(kù)來進(jìn)行表示，如刀具、進(jìn)給量、切削速度信息等。工藝決策邏輯以決策樹的形式表現(xiàn)，決策樹包含工藝決策、工具選擇、切削用量選擇等知識(shí)，如確定工序、工步的內(nèi)容及順序的規(guī)則、選擇刀具、進(jìn)給量、切削速度的規(guī)則。加工工藝設(shè)計(jì)是基于工藝決策可以自動(dòng)生成工藝規(guī)程，同時(shí)為了使整個(gè)系統(tǒng)有更強(qiáng)的實(shí)用性，對(duì)生成的工藝規(guī)程可以進(jìn)行修改，使生成的工藝規(guī)程更加合理。加工工藝設(shè)計(jì)模塊中的工藝決策雖然沒有采用專家系統(tǒng)型進(jìn)行推理，但在設(shè)計(jì)過程中，借鑒了許多專家系統(tǒng)的技術(shù)，如知識(shí)的表示、框架推理等，這樣使工藝決策的表達(dá)和描述都非常的方便和清晰。加工工藝設(shè)計(jì)模塊的工藝決策是基于框架推理以決策樹的形式進(jìn)行的，其過程包括確定毛坯、確定表面的最終加工方式、制定工藝路線、工藝設(shè)計(jì)等。

（4）UG軟件編程加工。數(shù)控自動(dòng)編程模塊從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取零件信息模型、加工工藝設(shè)計(jì)所提供的信息，在建立毛坯模型、刀具模型的基礎(chǔ)上，構(gòu)造UG的加工環(huán)境，應(yīng)用刀具軌跡決策自動(dòng)完成刀具軌跡生成。然后進(jìn)行刀具軌跡仿真，在加工過程仿真無誤后，通過利用針對(duì)使用機(jī)床的后置處理文件輸出適合該機(jī)床NC代碼。

1）刀具軌跡的自動(dòng)生成。刀具軌跡的自動(dòng)生成利用內(nèi)部接口，工工藝信息，包括加工工序、刀具信息、從加工工藝設(shè)計(jì)模塊中讀取加切削參數(shù)、加工方式、加工對(duì)象幾何體等，調(diào)用UG內(nèi)部函數(shù)設(shè)置加工環(huán)境配置和設(shè)置，創(chuàng)建操作對(duì)應(yīng)的程序，把從加工工藝設(shè)計(jì)模塊中讀取到的切削參數(shù)賦給操作對(duì)應(yīng)的切削參數(shù)選項(xiàng)，最后創(chuàng)建出刀具軌跡。

2）刀具軌跡的切削仿真。對(duì)于已經(jīng)生成的刀具軌跡，可以進(jìn)行實(shí)體形式的切削仿真，讓用戶在圖形方式下更直觀地觀察刀具地運(yùn)動(dòng)過程，以驗(yàn)證各刀具軌跡參數(shù)設(shè)置的合理性。實(shí)體形式的切削仿真可以對(duì)工件進(jìn)行比較真實(shí)的模擬切削，通過切削模擬可以提高程序的安全性和合理性。切削仿真以實(shí)際加工的時(shí)間并且在不造成任何損失的情況下檢查零件過切或者未切削到位的現(xiàn)象，通過實(shí)體切削模擬可以發(fā)現(xiàn)在實(shí)際加工過程時(shí)存在的某些問題，以便編程人員及時(shí)修正，避免工件報(bào)廢。通過實(shí)體切削模擬還可以反應(yīng)加工后的實(shí)際形狀，為后面的程序編制提供直觀的參考。

3）刀具軌跡的后處理。CAM過程的最終目的是生成一個(gè)數(shù)控機(jī)床可以識(shí)別的代碼程序。數(shù)控機(jī)床的所有運(yùn)動(dòng)和操作是執(zhí)行特定的數(shù)控指令的結(jié)果，完成一個(gè)數(shù)控加工一般需要連續(xù)執(zhí)行一連串的數(shù)控指令，即數(shù)控程序。手工編程方法根據(jù)零件的加工要求按照所選數(shù)控機(jī)床的數(shù)控指令集編寫數(shù)控程序，直接輸入到數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)中。自動(dòng)編程方法則不同，經(jīng)過刀具軌跡計(jì)算出來的是刀位文件，而不是數(shù)控程序，因此，需要設(shè)法把刀位源文件轉(zhuǎn)換為特定機(jī)床能執(zhí)行的數(shù)控程序，輸入數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)，才能進(jìn)行零件的數(shù)控加工。把刀位源文件轉(zhuǎn)換成特定機(jī)床能執(zhí)行的數(shù)控程序的過程稱為后置處理。

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