一、前言
Unigraphics在全球最大的VPD實施項目中支持通用汽車公司。Unigraphics成為日本主要的汽車配件生產(chǎn)商Denso的標準。在美國航天航空工業(yè)已安裝有10000多套UG。Unigraphics占有90％的俄羅斯航空市場和80％的北美汽油淌輪發(fā)動機市場，擁有如普惠GE噴氣發(fā)動機等客戶，其他的航天航空客戶包括：BEAerospace、Boeing、以色列飛機工業(yè)公司(IAI)和英國航天航空公司等，遍及到機械、醫(yī)療設備、電子、高技術(shù)和消費品工業(yè)等領域，客戶包括3M、DEC、Philips等公司。
UnigraphicsNX融線框模型、曲面造型、實體造型為一體，是參數(shù)化和特征化的CAD/CAM/CAE系統(tǒng)。系統(tǒng)建立在統(tǒng)一的富有關(guān)聯(lián)性的數(shù)據(jù)庫基礎上，提供了工程上的完全關(guān)聯(lián)性，使CAD/CAM/CAE各部分數(shù)據(jù)自由切換。以基本特征作為交互操作的基礎單位，利用特征技術(shù)，用戶可以在更高層次上進行產(chǎn)品設計、模具設計、數(shù)控加工編程和工程分析，實現(xiàn)并行工程CAD/CAPP/CAM的集成與聯(lián)動。這不僅有利于CAD/CAM系統(tǒng)之間交換信息，而且有利于信息的共享。應用好Unigrahpics NX提供的強大的數(shù)控加工編程功能，包括數(shù)控車削、銑削、線切割等編程模塊等，是提高企業(yè)數(shù)控加工技術(shù)應用水平的一個重要途徑。
二、Unigraphics NX/CAM數(shù)控銑削加工編程
Unigrahics NX/CAM有以下重要組成部分：三維建模、刀具軌跡設計、刀具軌跡編輯修改、加工仿真、后置處理、數(shù)控編程模板、切削參數(shù)庫設計和二次開發(fā)功能接口等。
1. 數(shù)控編程模板
使用數(shù)控編程模板有利于利用已有的經(jīng)驗和專家知識，達到企業(yè)內(nèi)部資源共享的目的。系統(tǒng)提供了加工程式模板、刀具模板、加工對象模板和刀具軌跡模板。在模板中不斷注入數(shù)控編程員、加工工藝師和技術(shù)工人等的知識、經(jīng)驗和習慣，建立起規(guī)范的數(shù)控加工工藝過程，為強化企業(yè)生產(chǎn)管理、提高產(chǎn)品的加工效率和質(zhì)量打下良好的工藝技術(shù)基礎。CAM系統(tǒng)創(chuàng)建用戶自己的模板可以將預先的加工順序、工藝參數(shù)和切削參數(shù)設置好。針對相似的零件加工對象，應用模板可以大幅度提供數(shù)控編程的效率和質(zhì)量，尤其是在模具行業(yè)對形似的成組零件的加工。例如，在制造模具時將加工凸模和凹模時的最佳工藝過程定義為加工模板，在加工新的產(chǎn)品對象時，只需調(diào)用模板文件，選擇所需的幾何體，并起動這個流程即可。用戶通過加工向?qū)Х浅Ｈ菀椎貜哪０逯蝎@得專家級的制造過程指導。通過向?qū)ВA先定義的模板可以被激活，并通過簡單的交互快速生成數(shù)控加工刀具軌跡。
Unigraphics NX系統(tǒng)提供了基本的數(shù)控編程模板，以Shops_diemould模板集為例，其配置文件Shops_diemold.dat位于mach esourceconfiguration中，模板集文件Shops_diemold.opt則位于mach esource emplate目錄下。用戶可根據(jù)本企業(yè)的經(jīng)驗創(chuàng)建自己的程式、粗精加工、刀具、產(chǎn)品等類型的編程模板。利用模板之前，需要對不同產(chǎn)品類的零件的不同加工方式的模板進行整理與收集。在創(chuàng)建模板時可按加工方式進行分類，對于系列化或相似的加工工藝，如凸凹模具類零件的加工等，則可以包含粗精加工方案、刀具及工藝參數(shù)的選擇等完整的加工流程模板。模板的定義可根據(jù)產(chǎn)品加工要求與幾何特征劃分，也可根據(jù)產(chǎn)品加工要求與材料等多種方式進行劃分。
2. 刀具軌跡的生成
系統(tǒng)提供了鉆孔循環(huán)、攻絲和鏜孔等點位加工編程模塊，具有多種輪廓加工、等高環(huán)切、行切以及島嶼加工平面銑削等編程功能。其提供的3～5坐標復雜曲面的固定軸與變軸加工編程功能，可以任意控制刀具軸的矢量方向，具有曲面輪廓、等高分層、參數(shù)線加工、曲面流線、陡斜面和曲面清根等多種刀具軌跡控制方式。
(1)UG/Planar Milling(UG平面銑削)
UG平面銑削模塊功能，包括多次走刀輪廓銑、仿形內(nèi)腔銑、Z字形走刀銑削，規(guī)定避開夾具和進行內(nèi)部移動的安全余量，提供型腔分層切削功能、凹腔底面小島加工功能，對邊界和毛料幾何形狀的定義、顯示未切削區(qū)域的邊界，提供一些操作機床輔助運動的指令，如冷卻、刀具補償和夾緊等。
(2)UG/Core & CavityMilling(UG型芯、型腔銑削)
利用UG型芯、型腔銑削可完成粗加工單個或多個型腔，可沿任意類似型芯的形狀進行去除大余量的粗加工，對非常復雜的形狀產(chǎn)生刀具運動軌跡，確定走刀方式。通過容差型腔銑削可加工設計精度低、曲面之間有間隙和重疊的形狀，而構(gòu)成型腔的曲面可達數(shù)百個，發(fā)現(xiàn)型面異常時，它可以或自行更正，或在用戶規(guī)定的公差范圍內(nèi)加工出型腔來。
(3) UG/Fixed AxisMilling(UG固定軸銑削)
UG固定軸銑削模塊功，包括產(chǎn)生3軸聯(lián)動加工刀具路徑功能、加工區(qū)域選擇功能，有多種驅(qū)動方法和走刀方式可供選擇，如沿邊界切削、放射狀切削、螺旋切削及用戶定義方式切削等。在沿邊界驅(qū)動方式中，又可選擇同心圓和放射狀走刀等多種走刀方式，提供逆銑、順銑控制以及螺旋進刀方式，自動識別前道工序未能切除的未加工區(qū)域和陡峭區(qū)域，以便用戶進一步清理這些地方。
(4) UG/Flow Cut (UG自動清根)
自動找出待加工零件上滿足“雙相切條件”的區(qū)域，一般情況下這些區(qū)域正好就是型腔中的根區(qū)和拐角。用戶可直接選定加工刀具，UG/Flow Cut模塊將自動計算對應于此刀具的“雙相切條件”區(qū)域并將其作為驅(qū)動幾何，自動生成一次或多次走刀的清根程序。當出現(xiàn)復雜的型芯或型腔加工時，該模塊可減少精加工或半精加工的工作量。
(5) UG/Variable Axis Milling(UG變軸銑削)
變軸銑削模塊支持定軸和多軸銑削功能，可加工UG造型模塊中生成的任意幾何體，并保持主模型的相關(guān)性。該模塊提供經(jīng)多年工程使用驗證的3～5軸銑削功能，提供刀軸控制、走刀方式選擇和刀具路徑生成功能。
(6) UG/Sequential Milling(UG順序銑)
UG順序銑模塊可實現(xiàn)如下功能：控制刀具路徑生成過程中的每一步驟的情況，支持2～5軸的銑削編程，和UG主模型完全相關(guān)，可以自動化的方式獲得類似APT直接編程的絕對控制，允許用戶交互式一段一段地生成刀具路徑，并保持對過程中每一步的控制。它提供的循環(huán)功能使用戶可以僅定義某個曲面上最內(nèi)和最外的刀具路徑，由該模塊自動生成中間的步驟。該模塊是UG數(shù)控加工模塊中如自動清根等功能一樣的特有模塊，適合于高難度的數(shù)控程序編制。
(7) 高速銑削加工的支持
系統(tǒng)提供的等高分層加工應用于高速銑削場合，在轉(zhuǎn)角處以圓角的形式過渡，避免90°急轉(zhuǎn)(高速場合對導軌和電機容易損壞)，同時采用螺旋進退刀，系統(tǒng)還提供環(huán)繞等多種方式支持高速加工刀具軌跡的生成策略。
3. 刀具軸的導動方式
空間曲面軸加工涉及的內(nèi)容比較多，尤其是五軸加工時更明顯。進行五軸加工時，涉及加工導動曲面、干涉面、軌跡限制區(qū)域、進退刀及刀軸矢量控制等關(guān)鍵技術(shù)。四軸五軸加工的關(guān)鍵技術(shù)之一是理解刀具軸的矢量(刀具軸的軸線矢量)在空間的變化。刀具軸的矢量變化是通過擺動工作臺或主軸的擺動來實現(xiàn)的。對于矢量不發(fā)生變化的固定軸銑削場合，一般用三軸銑削即可加工出產(chǎn)品。五軸加工關(guān)鍵就是通過控制刀具軸矢量在空間位置的不斷變化或使刀具軸的矢量與機床原始坐標系構(gòu)成空間某個角度，利用銑刀的側(cè)刃或底刃切削加工來完成。刀具軸的矢量變化控制一般有如圖3所示的幾種方式。



4. 刀具軌跡的編輯修改
該模塊可在圖形方式下觀測刀具沿軌跡運動的情況并進行圖形化修改，具有刀位文件復制、編輯和修改，定義刀具、機床和切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫等功能（如對刀具軌跡進行延伸、縮短或修改等），可按用戶需求進行靈活的用戶化修改和剪裁等。
5. 加工仿真
切削仿真模塊UG/Vericut是集成在UG軟件中的第三方模塊，它采用人機交互方式模擬、檢驗和顯示NC加工程序，是一種方便的驗證數(shù)控程序的方法。由于省去了試切樣件的步驟，可節(jié)省機床調(diào)試時間，減少刀具磨損和機床清理工作。通過定義被切零件的毛坯形狀，調(diào)用NC刀位文件數(shù)據(jù)，就可檢驗由NC生成的刀具路徑的正確性。UG/Vericut可以顯示出加工后并著色的零件模型，用戶可以容易地檢查出不正確的加工情況。作為檢驗的另一部分，該模塊還能計算出加工后零件的體積和毛坯的切除量，因此就容易確定原材料的損失。Vericut提供了許多功能，其中有對毛坯尺寸、位置和方位的完全圖形顯示，可模擬2～5軸聯(lián)動的銑削和鉆削加工。
6. 后置處理
后置處理最重要的是將CAM軟件生成的刀位軌跡轉(zhuǎn)化為適合數(shù)控系統(tǒng)加工的NC程序，通過讀取刀位文件，根據(jù)機床運動結(jié)構(gòu)及控制指令格式，進行坐標運動變換和指令格式轉(zhuǎn)換。通用后置處理程序是在標準的刀位軌跡以及通用的CNC系統(tǒng)的運動配置及控制指令的基礎上進行處理。它包含機床坐標運動變換、非線性運動誤差校驗、進給速度校驗、數(shù)控程序格式變換及數(shù)控程序輸出等方面的內(nèi)容。只有采用正確的后置處理系統(tǒng)才能將刀位軌跡輸出為相應數(shù)控系統(tǒng)的機床能正確進行加工的數(shù)控程序，因此，編制正確的后置處理系統(tǒng)模板是數(shù)控編程與加工的前提條件之一。后處理的主要內(nèi)容包括三個方面的內(nèi)容。
(1)數(shù)控系統(tǒng)控制指令的輸出
主要包括機床種類及機床配置、機床的定位、插補、主軸、進給、暫停、冷卻、刀具補償、固定循環(huán)和程序頭尾輸出等方面的控制。
(2)格式轉(zhuǎn)換
包括數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換與圓整、字符串處理等，主要針對數(shù)控系統(tǒng)的輸出格式，如單位、輸出地址字符等方面的控制。
(3)算法處理
主要針對多坐標加工時的坐標變換、跨象限處理和進給速度控制等。
UG/Post Execute和UG/Post Builder共組成了UG加工模塊的后置處理。UG的加工后置處理模塊使用戶可方便地建立自己的加工后置處理程序。該模塊適用于目前世界上幾乎所有主流NC機床和加工中心，多年的應用實踐中已被證明適用于２～５軸或更多軸的銑削加工，２～４軸的車削加工和電火花線切割。UG/Nurbs Path Generator樣條軌跡生成器模塊允許在UG軟件中直接生成基于Nurbs樣條的刀具軌跡數(shù)據(jù)，使得生成的軌跡擁有更高的精度和光潔度，而加工程序量比標準格式減少30%～50%，實際加工時間則因為避免了機床控制器的等待時間而大幅度縮短。該模塊是希望使用具有樣條插值功能的高速銑床(FANUC或SIEMENS)用戶必備工具。利用UG/Post Builder進行后處理的新建、編輯和修改時，生成三個文件 ：機床控制系統(tǒng)的功能和格式的定義文件*.def，用Tcl語言編寫控制機床運動事件處理文件*.tcl和利用PostBuilder編輯器設置所有數(shù)據(jù)信息的參數(shù)文件*.pui。后置處理程序?qū)AM系統(tǒng)通過機床的CNC系統(tǒng)與機床數(shù)控加工緊密結(jié)合起來。
7. 切削參數(shù)庫設計
使用系統(tǒng)庫可以得到機床、刀具及其材料、零件材料、切削工藝方法、主軸轉(zhuǎn)速及進給速度的數(shù)據(jù)，定義標準化刀具庫、加工工藝參數(shù)樣板庫，使粗加工、半精加工、精加工等操作常用參數(shù)標準化，以減少使用培訓時間并優(yōu)化加工工藝，提供儲存刀具及切削參數(shù)和標準刀具指令數(shù)據(jù)庫。用戶通過修改庫中的數(shù)據(jù)，使其滿足本企業(yè)的需要。
8. CAM二次開發(fā)功能接口
使用系統(tǒng)提供了二次開發(fā)接口，用戶可以C語言，利用VisualC++為集成開發(fā)環(huán)境，開發(fā)專業(yè)的數(shù)控編程功能程序，以進一步提高編程的效率和簡化操作。其提供的C語言頭函數(shù)位于UG OPEN目錄下，包括Uf_cam.h、Uf_camgeom.h、Uf_cam_planes.h等頭文件。下面位幾個重要頭文件的主要內(nèi)容。
(1)Uf_cam.h
主要定義系統(tǒng)加工的一些信息，如枚舉、結(jié)構(gòu)體和系統(tǒng)起動入口設置，對用戶應用程序完成初始化設置加載應用程序，訪問系統(tǒng)機床、刀具、加工對象等數(shù)據(jù)庫的方法函數(shù)。
(2)Uf_cam_planes.h
定義系統(tǒng)編程加工涉及的平面數(shù)據(jù)信息，如定義、編輯、訪問平面的原點和法線，設置和訪問平面的狀態(tài)信息等內(nèi)容的屬性方法等。
(3)Uf_cambnd.h
用于定義設置、獲取邊界信息。
(4)Uf_camgeom.h
包含用于定義設置和獲取NC加工的幾何對象的屬性和方法。
三、UnigrahpicsNX/CAM數(shù)控編程流程
Unigraphics NX/CAM用于產(chǎn)品零件的數(shù)控加工，其流程一般如下。
首先是調(diào)用產(chǎn)品零件加載毛坯，調(diào)用系統(tǒng)的模板或用戶自定義的模板；然后分別創(chuàng)建加工的程式，定義工序加工的對象，設計刀具，定義加工的方式并生成該相應的加工程式；用戶依據(jù)加工程式的內(nèi)容，如加工對象的具體內(nèi)容、刀具的導動方式、切削步距、主軸轉(zhuǎn)速、進給量、切削角度、進退刀點、干涉面及安全平面等詳細內(nèi)容來確立刀具軌跡的生成方式；仿真加工后對刀具軌跡進行相應的編輯修改、拷貝等；待所有的刀具軌跡設計合格后，進行后處理生成相應數(shù)控系統(tǒng)的加工代碼進行DNC傳輸與數(shù)控加工。Unigraphics NX/CAM系統(tǒng)提供了多種加工對象的定義方式，刀具軸的導動方式和刀具軌跡的多樣化設計。