莊 鵬

(中車株洲電力機車有限公司，湖南 株洲 412000)

0 引言

隨著柔性化、智能化理論技術的發(fā)展，當今制造業(yè)向數(shù)字化、智能化發(fā)展越來越深入。UG作為一款產(chǎn)品全生命周期管理的CAD/CAM/CAE集成化軟件，為制造業(yè)智能化發(fā)展提供有力支撐。UG_CAM模塊具有強大的數(shù)控加工離線編程能力[1]，支持車、銑、鉆等多種形式的加工離線編程，可充分滿足構架加工需要。

構架是轉(zhuǎn)向架的重要部件，它上承車體下連輪對，既是承載和傳力的主體，又是裝配轉(zhuǎn)向架各零部件的骨架，需要加工保證足夠的尺寸精度，以滿足設計傳力和裝配要求。

構架為異形框架類結構，加工位置多、余量大、結構剛性較弱、刀具多樣，加工工藝十分復雜。UG_CAM模塊可為構架加工提供一套系統(tǒng)的離線編程解決方案，既可以提高編程效率，又可以保證加工質(zhì)量，簡化加工工藝。其系統(tǒng)化的離線編程流程如圖1所示。

圖1 離線編程流程

1 編程前準備

編程前需要對構架工藝進行分析，以確定加工刀具和順序[2]，建立加工坐標系的原點和方向。創(chuàng)建構架加工專用的刀具庫和加工方法庫，以供所有項目編程調(diào)用。

1.1 分析構架結構

將構架3D模型導入UG_CAM模塊后，根據(jù)加工圖紙分析需要加工的結構，將加工特征分為平面、圓柱面、孔等，規(guī)劃工步順序和粗、精加工刀路，選用合適的刀具進行編程，在保證加工效率和質(zhì)量的同時，要避免刀具與構架結構相互干涉?？墒褂肬G自帶編輯顯示命令，用特定顏色標識加工表面，而且相同類型結構的加工表面用同一種顏色標識，這樣既可以保證不遺漏需要的加工位置，又可以用相同切削參數(shù)和刀具一次性將同類型結構的加工表面加工完成。

1.2 建立坐標系

對于需要離線編程的構架，首先都應建立3d模型的工件坐標系(WCS)和加工坐標系(MCS)。WCS是在UG建模和加工模塊十分常用的坐標系，可以在3d模型中實現(xiàn)方便精確的移動、旋轉(zhuǎn)。MCS是加工的基準，是構架加工所有刀路點位的定位基準，因此精確建立MCS至關重要。MCS的位置選擇須遵循設計基準、加工基準、測量基準相統(tǒng)一的原則。首先建立3d模型的WCS，然后設置MCS參考坐標系為WCS，就可以建立一個精確的MCS。接著在MCS中設置安全平面，以構架3d模型Z向最高面為參考，沿Z正方向偏移一定距離，一般設為100 mm，以指定安全抬刀的位置，避免撞刀。最后在MCS下的workpiece中指定毛坯，選取整個構架3d模型作為毛坯，便于后期對加工進行仿真。

1.3 建立刀庫

進入UG_CAM模塊，使用創(chuàng)建刀具命令，根據(jù)所需刀具和夾持器的名稱、尺寸、描述等相關信息創(chuàng)建刀具，并存入指定刀具庫中。根據(jù)車間目前的生產(chǎn)情況，所有構架加工刀具共超過40種，將這40余種刀具存入UG_CAM刀具庫中，以后進行任何項目構架的離線編程都可直接調(diào)用刀具，無需臨時創(chuàng)建刀具。

1.4 創(chuàng)建方法

創(chuàng)建方法就是設置刀具的進給和轉(zhuǎn)速。構架采用模塊化設計，且為同一種材料，因此所采用刀具的進給和速度較為固定，可以根據(jù)多種項目經(jīng)驗提前設置一系列實際加工時所用的刀具進給和速度，構架進行離線編程時，在創(chuàng)建工序的方法命令欄里直接選取預先設置的刀具進給和速度。

2 構架離線編程

根據(jù)構架加工特征，在UG_CAM創(chuàng)建工序命令下選擇合適的工序子類型命令。一般用于構架加工的命令有平面銑、輪廓銑、銑孔、鉆孔等，每編制一個程序可生成刀軌并仿真檢查刀路是否能無過切完成加工。

2.1 銑平面

平面加工是構架加工最常見的一種加工形式，而UG_CAM模塊提供了豐富的平面加工命令。平面銑(mill_planar)工序是UG_CAM模塊中專為平面銑削加工設置的一個工序命令集，其中，帶邊界面銑功能可基本滿足構架平面銑編程的需求。使用UG_CAM模塊的創(chuàng)建工序命令，在平面銑命令集中選帶邊界面銑功能，依次選中所屬程序集、刀具、加工幾何體、進給方法，確定后即完成一次平面銑加工工序創(chuàng)建。在帶邊界面銑的詳細命令設置對話框中，部件邊界優(yōu)先選用被加工面的邊，中線或自定義邊界線，然后指定已加工表面為底面，以避免過切，最后完成刀軌設置，以定義進退刀方式、每次進刀切削深度、刀具在切削區(qū)域間轉(zhuǎn)移方式、步距等重要的刀軌參數(shù)。

輪廓銑(mill_contour)工序是UG_CAM模塊中專為曲面或復雜型腔加工設置的一個工序命令集，其中，輪廓3d功能雖然主要用于復雜曲面加工編程，但因該功能的基本原理是沿部件邊界走刀，因此可以拓展到構架平面銑編程中，同時編程效率較高。使用UG_CAM模塊的創(chuàng)建工序命令，在輪廓銑命令集中選輪廓3d功能，采用和平面銑相同的設置，便可完成一次加工工序創(chuàng)建。相較于平面銑，輪廓銑無需進行底平面設置，可以采用混合銑的方式實現(xiàn)往復走刀。圖2為采用輪廓銑命令生成的刀軌路徑，平面銑和輪廓銑刀軌路徑較為相似，故可實現(xiàn)相同功能。

圖2 輪廓銑刀軌

2.2 銑圓柱面

部分構架存在直徑270～320 mm的圓柱面結構，因為直徑比一般孔大，且精度要求不高，所以不采用鉆孔或鏜孔的方式加工。UG_CAM模塊有銑孔(hole milling)命令可實現(xiàn)用螺旋銑方式對這種圓柱面結構的加工，在平面銑(mill_planar)命令集中進入銑孔命令，在命令參數(shù)設置界面，選待銑圓柱面為幾何體，選擇螺旋切削模式，并設置螺距和切削參數(shù)、非切削移動，即可確認生成刀軌。圖3為采用銑孔命令生成的刀軌路徑。

圖3 銑圓柱面刀軌

2.3 鉆孔

構架是轉(zhuǎn)向架各零部件裝配的骨架，因此上面有多種裝配用光孔和螺紋孔需要加工?？准庸?hole making)工序是UG_CAM模塊中，專為各種孔加工設置的一個工序命令集，里面包含鉆孔、鏜孔、螺紋銑等功能，選擇程序所屬程序集、刀具、加工幾何體、進給方法，并對所建工序命名，確定后即完成一次鉆孔加工工序創(chuàng)建。在鉆孔的詳細命令設置對話框中，需要注意運動輸出選機床加工周期，非切削移動中的逼近、離開類型中選擇切削平面，可實現(xiàn)G18、G19平面鉆孔。圖4為采用鉆孔命令生成的刀軌路徑。

圖4 鉆孔刀軌

3 后處理

UG_CAM生成的刀位程序(CLSF文件)包含了所有的刀具幾何、運動及機床動作等信息[3]，但這種程序不能被機床直接運行，需要將其轉(zhuǎn)化成機床可識別的NC代碼，這個轉(zhuǎn)化的過程就是后處理。

使用UG通用后處理構造器可編制用于多軸數(shù)控機床的后處理程序，構架在車間里是用配有Siemens數(shù)控系統(tǒng)的三軸龍門銑機床加工，因此基于Sinumerik_828D_3axis后處理模板，修改為適合實際生產(chǎn)的后處理程序。在UG_CAM模塊中，用工具欄后處理命令對工序進行后處理，就可生成NC代碼用于構架加工。

4 結語

基于UG_CAM模塊，從構架加工離線編程前工藝分析、程序編制到后處理得到NC代碼，進行系統(tǒng)化研究，為用UG_CAM對構架加工離線編程制定一套系統(tǒng)化的方案，對提高構架加工編程效率、保證加工質(zhì)量、簡化加工工藝有較大幫助。