摘 要：隨著制造業(yè)的快速發(fā)展，單件小批量生產(chǎn)模式越來越受到關(guān)注。在這種生產(chǎn)模式下，利用數(shù)字化工藝技術(shù)可以提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率。文章以UG三維軟件為基礎(chǔ)，研究了數(shù)字化工藝在單件小批量生產(chǎn)中的應(yīng)用。通過UG軟件表達工序內(nèi)容、數(shù)控刀具、數(shù)控程序、切削參數(shù)以及三維標注，實現(xiàn)了可視化工藝表達。同時，利用UG的加工仿真功能驗證了工藝過程、刀具和程序的可操作性和可視化性。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化工藝；UG三維軟件；單件小批量生產(chǎn)；加工仿真；可視化

Application of 3D Digital Process Technology

in Single-piece Small-batch Production Based on UG

Yu Qingfeng Zhang Libin Zhang Hongyan Liang Bing

（Inner Mongolia First Machinery Group Co.，Ltd.，Baotou，Inner Mongolia 014030）

Abstract：With the rapid development of manufacturing industry，the single-piece small-batch production mode is increasingly being paid attention to.In this production mode，the use of digital process technology can improve product quality，reduce production costs，and improve production efficiency.This paper studies the application of digital process in single-piece small-batch production based on UG 3D software.By expressing the process content，CNC tools，CNC programs，cutting parameters，and 3D annotations in UG software，it achieves visual process expression.At the same time，it verifies the operability and visualization of the process，tools，and programs with the machining simulation function of UG.

Key words：digital process;UG 3D software;single-piece small-batch production;machining simulation;visualization

1 UG三維軟件功能簡介

西門子公司的UG軟件作為業(yè)界領(lǐng)先的CAD/CAE/CAM技術(shù)開發(fā)平臺，通過高性能的數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)能力把從設(shè)計到制造流程的各個方面集成到一起，為所有產(chǎn)品開發(fā)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更高的生產(chǎn)效率提供了更為強大的動力，其中的每一種應(yīng)用模塊都提供了一流而高效的功能和工作流程?；谌S的結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計需要一個緊密集成的三維工具，在工藝結(jié)構(gòu)建立過程中，工藝所需要的工藝對象，設(shè)備、刀具、量具、夾具、輔具、輔料等物料對象都能與UG關(guān)聯(lián)，直接選擇UG創(chuàng)建的三維對象。在UG三維對象變化后，工藝能夠更快直接完成更新。

2 單件小批量數(shù)字化生產(chǎn)的背景

隨著數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展，我公司的產(chǎn)品已從設(shè)計到工藝、生產(chǎn)已經(jīng)全部實現(xiàn)了三維化。而數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用在公司內(nèi)還是停留在簡單應(yīng)用上，各個零部件的技術(shù)狀態(tài)、質(zhì)量生產(chǎn)效率等受技能工人的技能水平影響，沒有形成統(tǒng)一的技術(shù)文件。數(shù)控程序多樣、多變，數(shù)控刀具混亂，首件調(diào)試占機時間長，換產(chǎn)效率極低。公司作為以車輛傳動、懸掛、動輔、大型精密結(jié)構(gòu)件和裝配等為核心的一整套綜合機械制造企業(yè)，各類產(chǎn)品需要反復(fù)交叉作業(yè)，屬于單件小批量生產(chǎn)的典型企業(yè)，有效縮短單件加工時間，尤其是首件加工時間，縮短輔助時間是提高加工效率的最有效手段。同時，規(guī)范數(shù)控程序、數(shù)控刀具的應(yīng)用，減少準備時間，實現(xiàn)快速換產(chǎn)，利用三維軟件實現(xiàn)典型零件全流程的數(shù)字化管理也是未來制造業(yè)向智能化發(fā)展的重要數(shù)據(jù)支撐。

3 單件小批量生產(chǎn)中的數(shù)字化工藝應(yīng)用

3.1 建立或者導(dǎo)入三維模型

利用UG三維軟件實現(xiàn)數(shù)字化工藝首先需要在UG軟件中創(chuàng)建或?qū)胄枰M行工藝編制的零件三維模型，UG擁有最全面和最具有生產(chǎn)力的CAD解決方案，支持廣泛的各種建模技術(shù)，支持參數(shù)化特征設(shè)計，可對設(shè)計產(chǎn)品進行精確的定義，對于復(fù)雜零件可以采用參數(shù)化建模方式簡化設(shè)計過程。

3.2 零件結(jié)構(gòu)分析及創(chuàng)建工藝順序

對零件進行結(jié)構(gòu)分析，需要確定加工內(nèi)容上存在的特征及加工順序。首先需要根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計功能和及技術(shù)要求修改模型（一般采用尺寸中差修改，如果需要進行尺寸鏈計算的按照計算結(jié)果修改），包括分析孔、槽、凸臺等特征的尺寸、位置關(guān)系、加工難度等。其次根據(jù)分析結(jié)果創(chuàng)建工藝樹，工藝樹包含了所有加工過程的順序和相關(guān)信息，如加工方法、機床、刀具等信息（UG10.0以上版本已支持漢字表達）

3.3 編寫加工過程

UG具有2至5 軸銑加工，車削加工，多功能加工（車銑復(fù)合），線切割，鉆削加工等各種加工功能，且每個功能均提供豐富的加工策略。在工藝樹中編寫每個加工過程的詳細信息。包括加工類型（如粗加工、精加工）、加工順序、切削參數(shù)（如轉(zhuǎn)速、進給量刀具直徑等）、刀具路徑（為了統(tǒng)一管理在軟件中的刀具命名規(guī)定命名規(guī)則、建立刀具庫）等。

3.4 UG加工仿真模擬

在UG軟件中進行仿真模擬，驗證工藝參數(shù)和刀具路徑的正確性。仿真過程中觀察切削過程、刀具與工件的干涉情況，以及加工時間、刀具壽命等指標。UG提供了高級的機床仿真功能，采用人機交互方式，模擬 NC 的G代碼程序，將后置處理生成的G代碼可以在機床仿真模塊中進行真實的模擬驗證，檢查刀具干涉，工件碰撞，機床行程限制，工件過切，殘余量實時測量等。為了更接近實際情況的模擬建立實體刀具和機床模型。

3.5 編制工藝文檔、可視化操作說明書

根據(jù)仿真結(jié)果，編制工藝文檔、可視化操作說明書、工序卡片，在表達過程中采用三維標注模式，利用UG三維軟件的二次開發(fā)或者星空外掛生產(chǎn)可視化操作說明書，在說明書中利用3D工序模型視圖、2D投影圖，或直接在卡片中繪制工序圖。文檔中體現(xiàn)的工藝路徑、工藝參數(shù)、刀具規(guī)格等信息能夠指導(dǎo)車間的快速生產(chǎn)，同時也用于培訓(xùn)操作人員。在此過程中需要準確地了解加工機床的各項參數(shù)（工作行程、工作臺大小、T型槽的規(guī)格尺寸、機床零點、刀具容量等信息）。

4 實施效果

經(jīng)過一段時間的實施，對于每年需要加工幾萬種各類產(chǎn)品的企業(yè)來說，提高了首件加工效率，節(jié)約了編程時間和數(shù)控刀具準備時間。規(guī)范了加工流程，減少了差異化加工，提高了產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。同時降低了刀具的重復(fù)訂購，節(jié)約了制造成本，為同類產(chǎn)品打下了技術(shù)積累。通過驗證，各項產(chǎn)品提升加工效率1～2倍，能夠滿足各項產(chǎn)品的生產(chǎn)和研制進度要求。

5 結(jié)論

通過對基于UG的三維數(shù)字化工藝在單件小批量生產(chǎn)中的應(yīng)用研究，利用UG三維軟件編制數(shù)控工藝的過程涵蓋了從零件三維模型創(chuàng)建、工藝樹搭建、加工過程編寫、仿真模擬到工藝文檔編制等多個環(huán)節(jié)，利用UG軟件實現(xiàn)數(shù)字化工藝的可視化表達，提高了工藝信息的傳遞效率和準確性、利用UG加工仿真功能驗證了工藝過程、刀具和程序的可操作性和可視性，降低了數(shù)控程序的出錯率、通過數(shù)字化工藝的應(yīng)用，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和一致性，適應(yīng)了企業(yè)快速發(fā)展的需求、提出了一種快速投產(chǎn)的方法，利用數(shù)字化工藝組織生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率、為進一步優(yōu)化數(shù)字化工藝在單件小批量生產(chǎn)中的應(yīng)用提供了理論指導(dǎo)和實踐經(jīng)驗。實現(xiàn)了企業(yè)實時對生產(chǎn)過程的精確控制、大幅度提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。對于提高單件小批量生產(chǎn)模式下的產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率具有參考價值。

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（責任編輯 郭曉勇）