一、 引　言

　　近兩年UGⅡ軟件的引進，為筆者單位開辟了一種新的設計、加工途徑，并使我所的機械制造能力上了一個新的臺階。以往對于一般零件加工時，采用手工編程即可完成，但對于較為復雜的型腔或曲面，由于計算繁瑣，易產生錯誤從而影響加工質量，給機械加工帶來一定的困難。針對一典型零件的特點，我們運用UG軟件的加工模塊，完成了加工過程的設計(包括加工類型，加工幾何，加工刀具選擇，加工余量及切削參數等其它加工參數)，并通過加工仿真軟件對加工過程進行檢驗，對不恰當的加工參數進行適當修正，針對MF Twin 65數控機床完成了后置處理制作，生成了可加工的數控程序，經過對零件樣品的實際加工，達到了設計圖紙的要求，采用這種方法不僅減少了編程人員的計算量，還在一定程度上提高了產品的制造質量和生產效率。

　　二、機床簡介

　　加工所選用的數控機床是我所于1997年從德國德馬吉(Deckel　Maho　Gildemeister)公司引進的MF　Twin　65機床，這是一臺具有雙主軸雙刀架的車削中心，它最主要的特點是具有兩個中心對心的主軸，稱為主主軸和副主軸，這兩個主軸可同步實現工件在兩主軸間的自動傳遞，同時它還具有上下兩個刀盤，均配有12個刀位，既可與兩主軸分開、交叉使用，也能實現與兩主軸的聯合使用。其中上刀盤帶有y軸，可實現y方向運動，完成銑削，因此可加工復雜零件。

　　針對這臺數控機床雙主軸雙刀架的加工特點，我們確定選用一典型零件進行加工，在加工過程中我們使用了兩個主軸和兩個刀架，并完成兩主軸間的工件自動傳遞，同時也實現了上刀盤的y軸銑削功能。為了達到對此臺設備使用功能的最大利用，我們在加工這個零件過程中選用了大多數在這臺機床上能夠使用的加工功能，

　　三、CAM設計

　　運用UG軟件完成CAM設計的主要步驟分為以下幾步：

　　(1) 根據零件圖實施三維造型;

　　(2) 根據零件的幾何形狀及尺寸精度要求確定加工工藝;

　　(3) 編制刀軌文件;(定義加工幾何、加工刀具和其它加工參數后，經過計算生成加工刀軌);

　　(4) 運用Vericut軟件對有關的刀軌文件進行模擬加工，根據模擬結果，及時調整加工參數，并最終確定刀軌源文件;

　　(5) 將刀軌源文件進行后處理，生成標準PTP文件;

　　(6) 對PTP文件進行適當的編輯;

　　(7) 程序輸入機床加工。

　　圖1　 典型零件模型

　　我們首先根據典型零件的設計圖紙，運用UG的實體建模部分建立零件的三維實體模型，然后針對該零件的具體形狀和尺寸進行工藝分析，由于零件一次加工的內孔較深，無法實現上刀架與主主軸的組合，且零件右部在完成加工后較易于夾持，于是我們確定了兩主軸與兩刀架交叉使用并先加工零件右部后加工零件左部的總工藝路線，然后對數控加工工序進行了具體安排。

　　(1)　鏜零件內孔，其中包括螺紋底孔，采用精車方式(lathe　finish)。

　　(2)　加工退刀槽及內環形槽，采用車槽方式(lathe　groove)。

　　(3)　挑內螺紋M52×1-6H，采用車螺紋方式(lathe　thread)。

　　(4)　粗加工外圓部分，留精加工余量0.2mm，采用粗車方式(lathe　rough)。

　　(5)　精車外圓部分，由于是45號鋼材料，所以0.2mm的余量分兩次走刀完成，采用精車方式(lathe　finish)。

　　(6)　加工外圓環形槽，采用車槽方式(lathe　groove)。

　　(完成此工序后，將零件由主主軸傳遞至副主軸)

　　(7)　加工端面環形槽，在槽的兩側留0.05mm的精加工余量，采用車槽方式(lathe　groove)。

　　(8)　粗車零件左端帶錐度外圓，留0.2mm的精加工余量，采用粗車方式(lathe　rough)。

　　(9)　精車零件左端帶錐度外圓，采用精車方式(lathe　finish)。

　　(10)加工外圓環形槽，采用車槽方式(lathe　groove)。

　　(11)銑兩個缺口，采用固定軸銑方式(fixed　contour)。

　　根據以上工序安排，我們應用UG的manufacturing模塊逐項定義操作，其中包括加工邊界，安全邊界，刀具控制，進給率，進刀退刀方式，加工余量，走刀次數，前后置命令等內容，最后生成了包含各項加工數據的.cls文件(刀具位置源文件)。

　　四、 加工仿真研究

　　本應用研究中使用的vericut(加工仿真)軟件可以交互式地模擬演示材料按數控刀軌數據被去除的過程，整個模擬加工過程在計算機上完成，這是在加工前對所作的刀軌文件進行驗證的一個極好工具。使用vericut軟件可以檢驗刀具軌跡的準確性并確定所模擬加工完成的零件與原設計模型是否一致，這樣就可以大大減少切削過程失誤并易于對刀軌文件進行快速正確的調整。

　　1. 仿真過程

　　使用vericut進行仿真需要具備三個必要條件，即毛坯模型、刀具軌跡數據和切削刀具的描述，我們按以下步驟進行準備。

　　(1) 在UG中按加工零件的毛坯尺寸做一個毛坯模型，并將其保存為vericut可以直接調用的.stl文件。

　　(2) 刀具軌跡數據就是通過UG的manufacturing模塊設計生成的.cls文件(刀具位置源文件)。

　　(3) 在CAM設計部分中有專門的刀具控制，其中在前述各項加工步驟中我們均設定了各自的刀具參數，這些參數均是包含在.cls文件內容中的。

　　這三個必要條件準備好之后，我們開始使用vericut進行仿真加工。首先將定義的毛坯模型裝載到計算機屏幕中→選定我們所需的.cls文件，設定好各項顯示參數，即可開始毛坯模型的三維仿真加工過程，觀察刀具軌跡的準確性→測量模擬加工完成的零件的各項參數，與原設計模型進行比較，數據是否一致。

　　2. 仿真過程中出現的問題

　　無法完成一個刀具軌跡文件中的車銑仿真加工：發現是因為車削加工和銑削加工的加工坐標系不同所致，于是我們對CAM部分進行了改進，將車削和銑削加工的加工坐標系一致，于是實現了在一個刀軌文件中的車、銑仿真。

　　無法實現車槽和車螺紋的仿真加工：此零件有三個環形槽和一個螺紋加工，但在進行加工仿真時均未仿真出來，分析是由于刀具控制的問題。

　　發現粗車外圓中切削深度過大，有空走刀的現象，在觀察加工過程時發現粗車加工時一次切削1.5mm (半徑方向)的切削深度過大，出現空走刀的現象，這樣不但容易產生刀具的磨損，而且還影響加工件的表面質量，于是及時將切削深度調整為1mm(半徑方向)，這樣使切削參數更為合理并減少了加工的困難。

　　圖2　 典型零件模型

　　圖3　毛坯仿真加工后的模型

　　五、后置處理部分

　　我們在運用UG軟件完成加工方面遇到的最大困難就是它的制造模塊與數控機床之間無法做到有機結合，因為每臺數控機床的數控系統不同，必須針對具體機床作出不同的后置處理才能將UG生成的機床文件轉化為數控機床可執行的程序文件。而MF Twin　65機床所采用的數控系統是西門子840C。完成機床后置處理部分共有14項主菜單，其中影響加工的是前五個選項，我們根據各類菜單逐級、逐條地定義了機床類型、軸的有效性、預備代碼和輔助代碼定義以及機床刀具控制和后置處理命令。

　　1.機床類型

　　我們考慮了兩個確定機床類型的方案，一個是對車削和銑削獨立完成后置部分，然后組合使用，這個方案將車、銑分開，后置部分制作比較方便，但需組合使用，比較繁瑣。第二個是用加工中心將車削和銑削方式同時設定進去。這個方案是車、銑功能在一個文件中完成的，后置部分內容較多，制作復雜，但使用起來較為方便。經過對比，我們決定采用第二次方案即將機床類型定義為加工中心。

　　2.軸的有效性

　　在這部分主要確定車、銑模式是否用M、G代碼方式輸出以及加工中心的銑方式坐標系的采用方式以及如何對車、銑的加工方式進行區分。

　　3.預備代碼和輔助代碼定義

　　在這個部分中設定M和G代碼格式，每一個塊中G代碼的數量，用戶可定義文字輸入的內容，這些選項使生成的程序能夠符合數控系統識別的格式。

　　4.刀具控制

　　這個選項是設定G代碼來控制運動，需要根據機床不同的G代碼含義進行設定。

　　5.后置處理命令

　　它允許設定如何輸出我們在.cls文件中的后置命令，你可以控制命令的有效性，它的格式等，主要將機床常用的40個后置命令逐一列出，這些都是根據數控機床系統手冊一一設定進去，最后生成了該機床的后置處理文件mf65.mdfa。

　　兩主軸間工件的自動傳遞程序是通過制作一個CAM模板文件來解決的：

　　UG軟件有標準的M 代碼和G代碼后處理程序，MF Twin　65機床由于是可以看作有4個主軸，2個刀架，所以它不僅有通用的一個數控指令，還有許多該機床特有的指令代碼，這些指令不是刀軌數據文件，而是屬于加工的前置命令，主要控制主軸運動，冷卻液的開關，刀架的運動方式等，而這個接活部分程序通過實際加工，基本上形成了一個固定的格式，只需到時直接應用即可，但在后置處理部分卻無法把這么一個約25句的程序添加進去，于是我們嘗試使用在CAM設計部分制作模板文件的方式。

　　(1) 我們在CAM設計時，將這個固定的接活程序用用戶自定義的方式定義到operation的前置命令中去;

　　(2) 將含有該operation的.prt文件保存到UG的mach子目錄下;

　　(3) 打開一個模板集文件.opt，將保存的.prt文件定義為UG的標準CAM模板文件即可。

　　使用時只要在operation　manager窗口中，直接選擇設定好的模板文件，根據不同的加工零件選擇不同的加工邊界和刀具參數即可，這種方法不僅可以解決有類似固定模塊程序的問題，還可以將一些典型零件的典型操作也作成類似的模板文件，到時直接調用。在這次CAM設計，我們將平端面，粗車外圓，精車外圓，挑螺紋均做成模板文件，今后對一批材料接近，形狀相似的同一類零件進行編程時，利用這些模塊可以大量地節約時間。

　　六、數控加工過程

　　我們將應用UGⅡ軟件生成的數控程序傳入機床進行試加工，整個程序的加工過程較為順利，沒有因為程序原因發生錯誤，首件試加工后測量各加工尺寸，發現由于對刀誤差，導致刀具補償數據有一些偏差，造成個別尺寸略微超差，其余尺寸和表面光潔度情況較為理想，在調整了部分刀具補償數據后又進行了加工，加工出的零件樣品各項尺寸均達到了圖紙要求。

　　七、結論

　　通過引信上體零件在MF Twin 65車削中心上運用UG軟件完成整個加工過程以及對加工過程的仿真，我們基本能夠熟練應用UGⅡ的manufacturing模塊生成MF Twin 65機床的數控程序和vericut軟件進行加工仿真。通過對典型零件的試加工，驗證了應用UGⅡ軟件實現數控機床編程自動化的可行性，為下階段實現我所機械產品的CAD/CAM/CAE集成化打下了一定的技術基礎。