CAD/CAM技術(shù)在曲面殼體零件加工中的應用
以一個(gè)復雜曲面殼體零件的加工為例，論述了UG 的CAD/CAM 功能模塊在其中的應用過(guò)程和方法，利用UG 的建模模塊對零件進(jìn)行曲面造型設計和三維建模; 經(jīng)工藝分析后制定加工工藝路線(xiàn)，設計了輔助夾具; 使用UG 的CAM 功能模塊，對加工零件進(jìn)行合理的加工參數設置、刀路規劃及編輯，從而生成各部位加工的優(yōu)化刀具軌跡; 定制所用數控機床的后處理器，并由UG 后處理生成NC 代碼; 將經(jīng)過(guò)仿真檢驗的NC代碼傳入數控機床加工出實(shí)體零件，加工完成的零件具有高的精度和表面質(zhì)量。UG 軟件高度集成的CAD/CAM 功能，在曲面殼體零件加工中充分發(fā)揮了優(yōu)勢，降低了編程難度，并大大減少了編程出錯率，提高了編程的效率，從而保證了數控加工的質(zhì)量和效率，可為同類(lèi)零件的數控加工提供參考。
UG( Unigraphics) 是美國UGS 公司推出的面向制造行業(yè)的交互式CAD/CAE /CAM 高端軟件，具有強大的實(shí)體造型、裝配、工程圖生成和數控加工等功能。作為一款非常優(yōu)秀的CAD/CAM 軟件，UG 被越來(lái)越廣泛地應用于機械制造、航空航天、汽車(chē)、船舶和電子設計等領(lǐng)域。一些具有復雜空間曲面的零件，在設計造型、數控編程與加工上都有相當的難度和復雜性，選擇CAD 和CAM 功能都非常強大且高度集成的UG 軟件可實(shí)現方便、高效、高精度的數控加工。筆者以一個(gè)復雜曲面殼體零件的設計制造為例，介紹UG 的CAD/CAM 模塊在其中的應用過(guò)程和方法，旨在為其他同類(lèi)零件的數控加工提供參考。
1、CAD 建模分析
1.1、UG 的建模功能與方法
所有數控加工都由CAD 建模開(kāi)始。UG 建模所用的模塊是UG - MODELING。
UG - CAD 的建模方法主要有實(shí)體建模、線(xiàn)框建模和自由曲面建模3 種。選擇何種建模方法，要依加工對象的特點(diǎn)而定。
1.2、零件特點(diǎn)與建模方法的選擇
需要設計一個(gè)玩具汽車(chē)模型的外殼，采用鋁合金材料，在3 軸立式數控銑床上試制完成，并與已有的遙控玩具汽車(chē)車(chē)芯裝配，形成能正常遙控行駛的1∶ 24 的玩具汽車(chē)模型。由于零件表面主要由曲面構成，內部又包含一些孔、槽結構特征，因此需綜合利用UG 的曲面建模和實(shí)體建模技術(shù)進(jìn)行設計造型。
實(shí)體建模主要包括顯式建模、參數化建模、基于約束建模和復合建模4 種具體建模方法，其中復合建模法是顯式建模、參數化建模和基于約束建模3 種建模技術(shù)的發(fā)展與選擇性組合。零件建模時(shí)，筆者選擇復合建模法。
1.3、零件的實(shí)際建模過(guò)程與技巧
該零件的設計過(guò)程大致如圖1 所示。在模型建立之前，首先確定零件的主要特征及建立特征的先后順序。根據零件的主要特征建立特征曲線(xiàn)，并通過(guò)適當的掃略、拉伸、橋接等操作建立零件的主要特征曲面。再利用一些曲面編輯工具，進(jìn)行修剪、延伸、倒圓、鏡像、縫合等操作形成完整的曲面造型。該零件外表面設計時(shí)既要考慮曲面造型流暢、美觀(guān)，還應考慮其需適于3 軸數控銑床加工，將曲面片體加厚成實(shí)體( 殼體) ，厚度為1. 8 mm，再利用一些實(shí)體建模和編輯工具完成各細節特征和內表面結構特征的建模。
圖1 零件建模主要過(guò)程
建模中，零件外表曲面的構建非常關(guān)鍵，重點(diǎn)和難點(diǎn)是保證曲面的光順性。先構造特征曲線(xiàn)，對曲線(xiàn)進(jìn)行光順檢查，調整不光順的曲線(xiàn)或去掉其“壞點(diǎn)”，再利用“smooth”功能獲得光順的曲線(xiàn)。同樣，對生成的曲面也要進(jìn)行光順檢驗，對光順性差的曲面，可運用UG 的分析功能并結合實(shí)際經(jīng)驗來(lái)修正曲面的生成曲線(xiàn)，以實(shí)現曲面光順。另外，為方便后續數控編程，需構建一個(gè)包容零件并留有適當余量的長(cháng)方體毛坯模型如圖2 所示。
圖2 所設計的零件與毛坯
4、結論
利用UG 軟件強大的三維CAD 功能，既可方便地進(jìn)行復雜曲面殼體零件的造型及結構設計，還可將加工需用的輔助夾具等與零件進(jìn)行相關(guān)設計，使工藝設計變得靈活高效。在軟件的CAM 模塊中，一方面通過(guò)引用曲面零件的三維整體造型，將干涉面、輔助面、刀具軌跡限制區域等一次全部設計完成，從而方便地生成正確的刀具軌跡; 另一方面，通過(guò)合理的CAM 編程與造型策略?xún)?yōu)化刀具軌跡，保證零件的加工質(zhì)量，提高編程的效率和質(zhì)量。
