本章主要介紹UG編程的基本操作及相關加工工藝知識,讀者學習完本章後將會對UG編程知識有一個總體的認識,懂得如何設置編程界面及編程的加工參數。另外,為了使讀者在學習UG編程前具備一定的加工工藝基礎,本章還介紹了數控加工工藝的常用知識。』
UG CAM是模具數控行業最具代表性的數控編程軟體,其最大的特點就是生成的刀具軌跡合理、切削負載均勻、適合高速加工另外,在加工過程中的模型、加工工藝和刀具管理,均與主模型聯,主模型更改設計後,編程只需重新計算即可,所以UG編程的效率非常高。UG CAM主要由5個模塊組成,即交互工藝參數輸入模塊、刀具軌跡生成模塊、刀具軌跡編輯模塊、三維加工動態仿真模塊和後置處理模塊,下面對這5個模塊作簡單的介紹。(1)交互工藝參數輸入模塊。通過人機互動的方式,用對話框和過程嚮導的形式輸入刀具、夾具、編程原點、毛坯和零件等工藝參數(2】刀具軌跡生成模塊。具有非常豐富的刀具軌跡生成方法,主要包括銑削(2.5軸~5軸)、車削、線切割等加工方法。本書主要講解2.5軸和3軸數控銑加工。(3)刀具軌跡編輯模塊。刀具軌跡編輯器可用於觀察刀具的運動軌跡,並提供延伸、縮短和修改刀具軌跡的功能。同時,能夠通過控制圖形和文本的信息編輯刀軌。(4)三維加工動態仿真模塊。是一個無須利用工具機、成本低、高效率的測試NC加工的方法。可以檢驗刀具與零件和夾具是否發生碰撞、是否過切以及加工餘量分布等情況,以便在編程過程中及時解決。(5)後處理模塊。包括一個通用的後置處理器(GPM),用戶可以方便地建立用戶定製的後置處理。通過使用加工數據文件生成器(MDFG),一系列交互選項提示用戶選擇定義特定工具機和控制器特性的參數,包括控制器和工具機規格與類型、插補方式、標準循環等。
在進行數控編程前,讀者必須具備一定的加工工藝知識,例如,數控工具機的分類、各
種數控工具機的加工能力和切削原理、切削刀具的規格和材料、切削參數(主軸轉速、進給
速度、吃刀量)選擇原則、工件材料的切削性能、切削過程中的冷卻和公差配合等。只有
先進的數控加工技術是一個國家製造業發達的標誌,利用數控加工技術可以加工很多普通工具機不加工的複雜曲面零件和模具,並且加工的穩定性和精度都會得到很大的保證。總體上說,數控加工與傳統加工相比具有以下優點。(1)加工效率高。利用數位化的控制手段可以加工複雜的曲面,並且加工過程是由計算機控制的,所以零件的互換性強,加工的速度快。(2)加工精度高。同傳統的加工設備相比,數控系統優化了傳動裝置,提高了解析度,減少了人為和機械誤差,因此加工的效率得到很大的提高(3)勞動強度低。由於採用了自動控制方式,也就是說切削過程是由數控系統在數控程序的控制下完成,不像傳統加工那樣利用手工操作工具機完成加工。因此,在數控工具機工作時,操作者只需要監視設備的運行狀態,勞動強度低。(4)適應能力強。數控工具機在程序的控制下運行,通過改變程序即可改變所加工產品,產品的改型快且成本低,因此加工的柔性非常高,適應能力也強。(5)加工環境好。數控加工工具機是機械控制、強電控制、弱電控制為一體的高科技產物,通常都有很好的保護措施,工人的操作環境相對較好。
數控工具機進行加工前,首先必須將工件的幾何數據和工藝數據等加工信息按規定的代碼和格式編製成數控加工程序,並用適當的方法將加工程序輸入數控系統。數控系統對輸入的加工程序進行處理,輸出各種信號和指令,控制工具機各部分按規定有序地動作。最基本的信號和指令包括各坐標軸的進給速度、進給方向和進給位移量,各狀態控制的I/O信號等,其工作原理如圖1-1所示。
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1.數控銑床組成
數控銑床由數控程序、輸入輸出裝置、數控裝置、驅動裝置和位置檢測裝置、輔助控制裝置和工具機本體組成。
(1)數控程序數控程序是數控工具機自動加工零件的工作指令,目前常用的稱作「G代碼」。數控程序是在對加工零件進行工藝分析的基礎上,根據一定的規則編制的刀具運動軌跡信息。編製程序的工作可由人工進行。對於形狀複雜的零件的程序,則需要用CAD/CAM進行編制。(2)輸入輸出裝置輸入輸出裝置的主要作用是進行人機互動和通信。通過輸入輸出裝置,操作者可以輸入指令和信息,也可顯示工具機的信息。通過輸入輸出裝置,也可以在計算機和數控工具機之間傳輸數控代碼、工具機參數等。零件加工程序輸入過程有兩種不同的方式,一種是邊讀入邊加工(DNC);另一種是一次將零件加工程序全部讀入數控裝置內部的存儲器,加工時再從內部存儲器中逐段調出進行加工。(3)數控裝置數控裝置是數控工具機的核心部分。數控裝置從內部存儲器中讀取或接收輸入裝置送來的一段或幾段數控程序,經過數控裝置進行編譯、運算和邏輯處理後,輸出各種控制信息和指令,控制工具機各部分的工作。(4)驅動裝置和位置檢測裝置驅動裝置接收來自數控裝置的指令信息,經功率放大後,發送給伺服電機,伺服電機按照指令信息驅動工具機移動部件,按一定的速度移動一定的距離。位置檢測裝置檢測數控工具機運動部件的實際位移量,經反饋系統反饋至工具機的數控裝置,數控裝置比較反饋回來的實際位移量值與設定值,如果出現誤差,則控制驅動裝置進行補償。(5)輔助控制裝置輔助控制裝置的主要作用是接收數控裝置或傳感器輸出的開關量信號,經過邏輯運算,實現工具機的機械、液壓、氣動等輔助裝置完成指令規定的開關動作。這些控制主要包括主軸起停、換刀、冷卻液和潤滑裝置的啟動停止、工件和工具機部件的鬆開與夾緊等。(6)工具機本體數控工具機的工具機本體與傳統工具機相似,由主軸傳動裝置、進給傳動裝置、床身、工作檯以及輔助運動裝置、液壓氣動系統、潤滑系統、冷卻裝置等組成。
2.數控銑床的主要功能和加工範圍(1)點定位點定位提供了工具機鑽孔、擴孔、鏜孔和鉸孔等加工能力。在孔加工中,一般會將典型的加工方式編制為固定的程序——稱為固定循環,方便常用孔加工方法的使用。(2)連續輪廓控制常見的數控系統均提供直線和圓弧插補,高檔的數控系統還提供螺旋插補和樣條插補,這樣就可以使刀具沿著連續軌跡運動,加工出需要的形狀。連續輪廓控制為工具機提供了輪廓、箱體和曲面腔體等零件的加工。如圖1-3所示的模具型腔是利用3軸聯動數控銑加工的典型零件。但並非所有的模具都能由數控銑直接完全加工出來。如圖1-4所示的模具型腔的指示部位,由於刀具的限制用數控銑無法加工,還需要使用電火花機或者線切割機加工。
(3)刀具補償利用刀具補償功能,可以簡化數控程序編制和提供誤差補償等。3.數控銑床編程要點1)設置編程坐標系編程坐標系的位置以方便對刀為原則,毛坯上的任何位置均可。(2)設置安全高度安全高度一定要高過裝夾待加工工件的夾具高度,但也不應太高,以免浪費時間。(3)刀具的選擇在型腔尺寸允許的情況下儘可能選擇直徑較大及長度較短的刀具;優先選擇鑲嵌式刀具,對於精度要求高的部位可以考慮使用整體式合金刀具;儘量少用白鋼刀具(因為白鋼刀具磨損快,換刀的時間浪費嚴重,得不償失);對於很小的刀具才能加工到的區域應該考慮使用電火花機或者線切割機加工。(4)加工模型的準備設置合適的編程坐標系,創建毛坯,修補切削不到的區域(例如,很小的孔和腔、沒有圓角的異型孔等)。
1.刀具的介紹數控加工刀具必須適應數控工具機高速、高效和自動化程度高的特點,一般包括通用刀具、通用連接刀柄及少量專用刀柄。刀柄要連接刀具並裝在工具機動力頭上,因此已逐漸標
數控刀具與普通工具機上所用的刀具相比,有以下不同的要求。(1)剛性好(尤其是粗加工刀具)、精度高、抗振及熱變形小。(2)互換性好,便於快速換刀。(3)壽命高,切削性能穩定、可靠。(4)刀具的尺寸便於調整,以減少換刀調整時間。(5)刀具應能可靠地斷屑或卷屑,以利於切屑的排除。(6)系列化、標準化,以利於編程和刀具管理。
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