趙江濤，吳志超，朱 虹，杜 莎

華中科技大學(xué)工程實(shí)踐創(chuàng)新中心（湖北武漢 430074）

1 引言

工程實(shí)訓(xùn)課程是高等教育中重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),對(duì)高等學(xué)校培養(yǎng)具有一定工程素質(zhì)和創(chuàng)新意識(shí)的應(yīng)用型人才具有重要意義。CAD/CAM技術(shù)是現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的典型代表，目前，我校CAD/CAM課程主要包括CAD和CAM兩部分，CAD部分主要介紹實(shí)體造型的基本方法和步驟，CAM部分主要完成一個(gè)典型零件的3軸數(shù)控加工程序編制，然后在加工中心上加工出來(lái)。由于高校工程實(shí)訓(xùn)課程分配給每個(gè)工種的時(shí)間相對(duì)有限，選擇合適的案例既能有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，充分挖掘?qū)W生的創(chuàng)新和實(shí)踐能力，又能保證實(shí)訓(xùn)的效果具有很大的挑戰(zhàn)。?；帐敲總€(gè)學(xué)校的標(biāo)志，形狀簡(jiǎn)單，建模和編程所使用的方法和步驟都非常適合工程實(shí)訓(xùn)教學(xué)。現(xiàn)以華中科技大學(xué)的?；諡槔?，介紹使用UG軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)與加工的方法與步驟。

2 分析

設(shè)計(jì)的?；照婕胺疵鎴D案分別如圖1和圖2所示。

圖1 ?；照鎴D案

圖2?；辗疵鎴D案

整個(gè)校徽作品為一個(gè)圓形零件，直徑為?80mm，正面有?；铡盚UST”的圖形，圖形輪廓為陽(yáng)刻效果，凸起高度為0.5mm，“HUST”圖形上方為“華中科技大學(xué)”6個(gè)字，字體為華文楷體，“HUST”下方為校訓(xùn)“明德厚學(xué) 求是創(chuàng)新”8個(gè)中文和“WUHAN CHINA”10個(gè)英文字母。在正面圖案下方，為華中科技大學(xué)英文全名“HUAZHONGUNIVERSITYOFSCIENCE AND TECHNOLOGY”，全部中文和英文文字為陰刻效果，凹下深度為0.2mm。

?；盏姆疵嬖O(shè)計(jì)了工程實(shí)訓(xùn)中心的圖形標(biāo)志和“華中科技大學(xué)工程實(shí)訓(xùn)中心”和“2019”的字樣，“華中科技大學(xué)工程實(shí)訓(xùn)中心”字體采用華文隸書(shū)，“2019”的數(shù)字采用的是TIMES NEW ROMAN字體，“華中科技大學(xué)工程實(shí)訓(xùn)中心”和“2019”為陽(yáng)刻效果，凸起高度為0.5mm。

3 通過(guò)UG軟件設(shè)計(jì)模型

（1）?；照孑喞?。

首先在建模模塊中新建一個(gè)草圖，創(chuàng)建一個(gè)圓，圓的直徑為80mm，再通過(guò)拉伸得到一個(gè)圓柱體，圓柱體高度為10mm，得到徽章的基體。正面?；盏摹盚UST”的圖形，通過(guò)導(dǎo)入?；?qǐng)D形描圖得到外形輪廓，然后拉伸，高度為0.5mm，“HUST”圖形上方為“華中科技大學(xué)”6個(gè)字，字體為華文楷體，通過(guò)插入文本拉伸，與基體求差生成陰刻效果，凹下深度設(shè)為0.2mm，“HUST”下方為校訓(xùn)“明德厚學(xué)求是創(chuàng)新”8個(gè)中文和“WUHANCHINA”10個(gè)英文字母，由于字?jǐn)?shù)較多，加工空間太小，通過(guò)加工實(shí)驗(yàn)效果對(duì)比，發(fā)現(xiàn)字體設(shè)為單線字效果較好，中文使用“hzdkt”單線字體，英文使用“Modern”單線字體。在正面圖案下方，為華中科技大學(xué)英文全名“HUAZHONG UNIVERSITY OFSCIENCEAND TECHNOLOGY”,同樣使用了“Modern”單線字體。由于中英文單線字的加工方法不同，在建模時(shí)中英文單線字的建模也采用了不同的方法，中文單線字在加工模塊中插入注釋文本的方法生成；英文單線字采用插入文本，然后將文本投影到平面上形成投影曲線的方法生成。

（2）校徽反面輪廓建模。

?；盏姆疵嬖O(shè)計(jì)了工程實(shí)訓(xùn)中心的圖形標(biāo)志和“華中科技大學(xué)工程實(shí)訓(xùn)中心”和“2019”的字樣，圖形標(biāo)志同樣采用了導(dǎo)入圖片、描圖和拉伸的方法生成，拉伸高度為0.5mm，“華中科技大學(xué)工程實(shí)訓(xùn)中心”和“2019”采用插入文本并拉伸的方法生成，“華中科技大學(xué)工程實(shí)訓(xùn)中心”采用華文隸書(shū)的字體，“2019”數(shù)字采用TIMES NEW ROMAN字體，?；辗疵鏉h字和數(shù)字都采用了雙線字體。

4 通過(guò)UG軟件進(jìn)行數(shù)控編程

徽章類零件輪廓區(qū)域狹小，為得到清晰的文字和圖形輪廓，必須使用小尺寸的雕刻專用刀具。雕刻刀具直徑小，在加工過(guò)程中容易折斷，因此在數(shù)控編程時(shí)必須綜合考慮加工精度和加工效率，進(jìn)行粗加工時(shí)，在保證安全的前提下，應(yīng)盡可能的選擇大直徑的切削刀具以實(shí)現(xiàn)高效去除大量多余的材料；半精加工是為精加工做準(zhǔn)備的，使得剩余余量進(jìn)一步降低，確保精加工更加安全；精加工時(shí)應(yīng)使用高轉(zhuǎn)速、低吃刀量的加工工藝，得到最終成型表面。編制的工藝如表1所示。

表1 加工工藝路線

由于加工程序步驟較多，文中僅簡(jiǎn)要介紹數(shù)控編程的要點(diǎn)，其余部分不再贅述。

（1）校徽正面及反面的粗加工。

?；照婕胺疵娴拇旨庸げ捎眯颓汇姷姆椒?，切削方式選擇跟隨周邊，刀具使用的是D6的立銑刀，每次下刀深度為0.2mm，步距為50%的刀具平直百分比，主軸轉(zhuǎn)速10,000轉(zhuǎn)/min，進(jìn)給率為1,500mm/min。

（2）?；照婕胺疵娴亩伍_(kāi)粗。

由于D6的立銑刀只能加工?；樟慵容^開(kāi)闊的區(qū)域，粗加工后在圖形和文字的很多狹小區(qū)域會(huì)留下比較大的加工余量，若直接用雕刻尖刀進(jìn)行精加工，可能會(huì)因加工量過(guò)大致使刀具折斷。因此在精加工之前使用D2立銑刀進(jìn)行二次開(kāi)粗，二次開(kāi)粗程序可以復(fù)制D6刀具的粗加工程序，在二次開(kāi)粗程序中只需更改刀具大小和進(jìn)刀量，并且在空間范圍選項(xiàng)里選擇參考刀具為D6的立銑刀，其余參數(shù)與D6刀具的粗加工一致。

（3）圖形和雙線字的精加工。

校徽正面的“華中科技大學(xué)”這6個(gè)字由插入文字，拉伸再布爾求差得到，文字部分為陰刻，即文字部分為凹下?tīng)顟B(tài)。此處加工方法選擇底壁銑，底面選擇為文字底部平面，此處為精加工，刀具為雕刻專用尖刀4×45°×0.2mm，主軸轉(zhuǎn)速15,000轉(zhuǎn)/min，進(jìn)給率為2,000mm/min，為提高加工精度，步距設(shè)置為固定值0.1mm。

?；辗疵婀こ虒?shí)訓(xùn)中心圖標(biāo)和“華中科技大學(xué)工程實(shí)訓(xùn)中心”和“2019”的文字部分為陽(yáng)刻，即圖標(biāo)和文字部分為凸起狀態(tài)。這些部位的加工方法選擇底壁銑，底面選擇為圖標(biāo)和文字以外的平面部分，此處為精加工，刀具為雕刻專用尖刀4×45°×0.2mm，主軸轉(zhuǎn)速15,000轉(zhuǎn)/min，進(jìn)給率為2,000mm/min，為提高加工精度，步距設(shè)置為固定值0.1mm。相對(duì)于陰刻，陽(yáng)刻的加工量相對(duì)較大，但方法和步驟簡(jiǎn)單。

（4）單線字雕刻精加工。

雙線字的每個(gè)部分都是由兩條線構(gòu)成一個(gè)個(gè)單獨(dú)的區(qū)域，若需要雕刻的區(qū)域過(guò)小時(shí)，可能會(huì)因?yàn)榧庸^(qū)域過(guò)小而無(wú)法進(jìn)刀，這樣會(huì)造成雕刻出來(lái)的字不連續(xù)美觀，因此在狹小區(qū)域刻字，適合采用單線字雕刻的方法。

校徽正面的“明德厚學(xué) 求是創(chuàng)新”校訓(xùn)采用了“hzdkt”單線字字體，這幾個(gè)字的加工步驟如下：首先進(jìn)入加工模塊，在合適的位置插入注釋文本，再利用平面文本工序，生成加工程序，文本深度為0.2mm，刀具為雕刻專用尖刀4×45°×0.2mm，為防止斷刀，每刀切削深度設(shè)定為0.05mm。

?；照娴摹癢UHAN CHINA”和學(xué)校英文全稱采用了“Modern”的單線字字體，這幾個(gè)字的加工步驟如下：首先在建模模塊中插入文本，放置在合適的位置，再利用曲線投影的命令，將文本投影在平面上生成投影曲線，再進(jìn)入加工模塊，插入固定軸輪廓銑工序，驅(qū)動(dòng)方法選擇曲線/點(diǎn)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)曲線選擇剛剛生成的投影曲線，生成加工程序。

5 ?；樟慵臄?shù)控加工

在數(shù)控編程完成后，將數(shù)控程序?qū)鐢?shù)控加工中心之前，還需對(duì)數(shù)控程序進(jìn)行仿真分析檢查，以避免不必要的空刀程與風(fēng)險(xiǎn)，優(yōu)化加工效率，降低加工風(fēng)險(xiǎn)并提升刀具與機(jī)床的使用壽命。在對(duì)數(shù)控程序進(jìn)行仿真檢查無(wú)誤后，再通過(guò)UG軟件的后處理模塊，選擇合適的后處理文件，生成適合加工機(jī)床使用的G代碼文件。將G代碼文件通過(guò)USB接口傳輸?shù)綌?shù)控機(jī)床中進(jìn)行加工，加工生成的零件經(jīng)表面處理，最終的效果如圖3和圖4所示。

圖3 ?；照婕庸D

圖4 ?；辗疵婕庸D

6 結(jié)束語(yǔ)

UG軟件可以將CAD、CAM以及數(shù)控加工技術(shù)結(jié)合起來(lái)應(yīng)用，避免在不同軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)和加工帶來(lái)的格式轉(zhuǎn)換問(wèn)題。以上實(shí)例也表明使用UG軟件可以對(duì)徽章類零件進(jìn)行快速設(shè)計(jì)和加工，有效的提高了加工質(zhì)量和效率，對(duì)CAD/CAM課程教學(xué)改革和類似徽章類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和加工可以提供參考。