基于UG的数控加工技术在模具加工中的应用

薛 明

(东莞市技师学院，广东 东莞 523468)

作为中国工业的重要组成部分，模具行业在推动中国工业的现代化进程中发挥着重要作用[1]。通过使用数控加工技术对复杂的模具进行加工，能够减少加工时间，提高加工精度，同时保证模具加工的质量。由于其先进的设计方法和不断发展的技术，UG在我国被工业设计人员广泛使用[2]。UG是一个大型的CAD/CAE/CAM软件，集成了实体、表面和线型的建模技术。UG能够为加工模具提供广泛的形状加工程序，包括平面铣、表面轮廓加工、型腔加工、轮廓加工和固定轴轮廓加工等[3]。对于复杂的几何形状，通过直接加工或手工编程很难保证加工精度，而使用UG模具加工单元对模具加工进行自动编程，不仅可以保证加工质量，还可以提高模具加工过程的效率[4]。

1 UG软件

1.1 UG软件的概念

UG是一种交互式的计算机辅助设计和制造系统，它可以提供有效的方案解决产品的设计和开发中的问题，并为产品测试提供合适的方法。它的功能足够强大，可以创建复杂而坚固的结构。随着网络用户数量的增加，UG的实际应用得到进一步推广，并逐渐成为业界最重要的加工手段[5]。

1.2 UG软件的优点

UG系统主要使用适当的开发系统和数字技术，管理产品是设计和加工。到目前为止，UG是企业中应用较为广泛的设计、制造和完成产品的综合工具；UG可以改进和更新产品，有效管理相关知识，促进创新和发展，更有力地推动企业的未来发展。此外，UG可以提供有效的解决方案，并逐步改进和完善整个设计过程，在有限的时间和资金限制下，最大限度地提高整体上市时间。

1.3 UG软件的功能

UG的功能主要是产品和模具的设计，它拥有世界上最大和最全面的设计模块和产品，以及强大的设计和绘图能力。现在主要应用于模具的自动分模，涵盖了产品装配、灌装和冷却的所有阶段，整个设计过程非常直观、快捷[6]，用户可以根据自己的需要方便地进行调整，还可以进行标准件的自我开发，很大程度上提高了模具设计效率。

2 模具设计

MoldWizard软件是一个基于UG的专业模具制造软件，通常情况下用于模具的设计，它可以提供一个模具库，以方便工作人员的设计工作。

2.1 初始化

在模具制作的初始化阶段，设计者需要详细分析实际的产品需求，设定产品的基本参数，并检查是否存在特殊的问题。这个过程主要包括逐步引入零件的模型，然后应对其进行分析，保证产品没有缺陷和瑕疵。分割线在最外面，对装载材料、路径进行设定，并允许系统自动分析，根据描述的零件的具体名称，划分和细分为不同的层次。第一层是顶层节点，可根据其功能分为若干个子节点。例如，冷却子集主要包含冷却系统的模型和标准组件。在其中心定义了一个坐标系，这样设计者就可以看到结构的实际位置，并对相关部件进行及时调整。这些元素也应根据设计者的实际要求进行完善和定义[7]。由于实际的冷却过程涉及体积相关参数的逐渐变化，需要考虑一些潜在因素。特别是原始部件的形状和实际使用的材料类型，应确定每个零件的具体尺寸，并且考虑到材料的收缩率。例如，模具坐标系的参考轴应进行相应的扩展。

2.2 分模设计

在对一个特定的形状模具进行设计时，分模设计通常反映在产品的分界面创造的环节上。这通常需要从产品的实际成型面开始，与分型面结合，形成一个比较完整的表面，根据实际的表面纹理进行细分，逐渐形成模具的核心和型腔。这一过程应先在软件中选择一个分区管理器，并找到一个合适的处理器[8]。这个处理器可以自动处理和搜索同一平面和不同平面的分割线。分割线根据具体的产品模型生成，然后进一步调整坐标系，以考虑到实际开合过程中型腔接触面的具体几何形状。在一些特定的情况下可以通过选择顺序创建选项，手动完成创建。

2.3 后期处理

分模设计完成后，应在MoldWizard软件的标准件库中选择相应的校准任务，同时选择标准件和模架。工作人员可以使用索引，来处理一些重要的部件数据，如活动模板的厚度和高度，并根据指定的尺寸参数计算出支承板的厚度。此外，还将处理如下数据：首先是回填系统的设计，重要的是应平衡不同的流道，使流速、压降和温度等参数逐渐趋于平衡；其次，应考虑回填系统中主要流道的尺寸和配置，因为它们会在一定程度上影响模具中的压降和流速，在实际设计中，主通道和喷嘴的尺寸应完全相同，锥度应控制在4°～6°的角度；最后是水道的横断面设计[9]，水道横断面设计的主要参考点是压力、技术和能源消耗。圆形可以减少压力和能源消耗，梯形可以提高效率并简化整个过程，而六边形则适用于横截面长度较短的钢轨。

3 基于UG的数控加工技术在模具加工中的作用

UG是当今最流行的模具制造程序之一，主要因为它是一种具有良好人机交互性的三维建模软件，UG在根据模型加工制造模具之前，可以先确定好模具的三维空间模型。UG的数控加工技术具有强大的自由造型能力，使设计者能够有效地设计复杂的形状。UG的数控加工技术还可以用来精简一些模具的加工过程，有效避免模具材料、尺寸、形状和其他模具加工问题的出现。通过不断改变计算机中的设计模型，可以提高模具加工的速度，有效保证模具加工的质量[10]。

设计者可以使用UG工具制作部分交互式编程功能，来创建程序节点、几何节点、支撑节点和加工方法节点，以创建精确的图形化刀具路径。在此基础上，用户可以自动创建数控加工程序，根据图形化的刀具路径进行加工和调整，并编辑最终刀具位置的源文件。

3.1 建立合理的加工定位基准

开始对模具进行数控加工之前，有必要选择适当的定位点并创建加工坐标系。为了保证模具的位置和尺寸精度，数控加工的定位参考点应与模具设计参考点和工艺参考点基本一致。模具定位的理想点是尽量减少累积误差对模具精度的影响。所需要的方法应根据模具的特点进行选择。因此，在开始计算机辅助模具设计之前，用户应对加工误差和模具的尺寸有充分的了解，并据此选择工件定位的参考点，设置安全平面，选择工件最高处的平面作为安全平面，防止刀具在快速移动的过程中产生刀具干涉，以确保模具加工的质量。加工坐标系和安全平面如图1所示。

3.2 加工方法的选用

确定了加工位置的参考点，设计者就需要为当前的加工过程选择合适的加工方法。加工方法的选择对模具加工的效率和质量有着决定性的影响，是整个模具加工过程中不可缺少的一部分。UG为模具提供了多种数控模具加工方法，以满足加工过程中不同阶段的要求。

3.2.1 粗加工阶段

模具加工的第一道工序是粗加工，这对所有模具来说也是必不可少的。粗加工阶段主要的任务是获得加工部分，并清除所有的废料，该阶段使用的工具一般都是大直径的刀具。同时，必须相应提高加工速度，最佳加工速度通常是最大直径。然而，应该注意的是，在确定刀具的性能时，需要考虑到尽可能多的条件，例如切削速度、范围和最佳速度。这些因素包括刀具本身的相对特性、被加工材料的特性和机床的能力。这些条件确保了工具的质量，并提高了工具加工的效率。多年的实践经验表明，当有许多不同类型的刀具、大的切削范围和切削速度时，刀具本身的速度会降低。此外，应严格控制切割速度，并相应放慢速度。在目前的制造阶段，UG型腔铣是最常用的粗加工方式。如果对模具制作进行相应的粗加工，局部零件要按照圆周和细部进行粗加工连接，即在最大的切削路径率下，也可以选择面铣、平面铣。

3.2.2 半精加工阶段

精加工阶段之前是半精加工阶段，它与下一个阶段的进展和模具的最终质量密切相关。半精加工阶段的主要目的是确保在下一个加工阶段之前，待加工零件的剩余部分是光滑和均匀的。如果在粗加工阶段，模具表面的其余部分是均匀的，那么精加工阶段就可以直接开始。在平面铣或型腔铣中使用大型刀具进行粗加工的问题是，在工件的平面或曲面上留下不均匀的残留物。经过实践经验和资料研究得出结论：主要在大刀不能考虑工件倒角或死角、大刀不能到达槽口、小圆角加工位置大于大球头铣刀的加工极限、槽口之间有切削层等情况下，会出现不均匀残留。为了克服上述问题，可以采取如下有效措施来提高模具的加工效率：为了解决凹槽狭窄的问题，可以通过设置型腔铣来加工零件的其余部分；零件四角的加工应通过型腔铣的参考刀具来完成；创建曲面轮廓铣的清根操作或径向切削操作，然后使用较小的刀具清理未切削材料部分。

3.2.3 精加工阶段

精加工是在半精加工之后进行的，其作用是在前一道工序的基础上进一步改进，使零件的表面标准化。在加工工件时，通常会选择加工表面轮廓的刀具，并根据实际加工情况调整主轴转速和切削速度，这2个参数被设定在相对较高的数值。如果是平坦的工件，应减小切削间距，以便进行轮廓加工，切削速度应设置得较低，主轴转速应设置得相对较高。

3.3 刀具轨迹后置处理

在上述步骤都完成后，如图2a所示，需要在UG软件数控加工模块中创建加工工序，依次是型腔铣粗铣、型腔铣精铣、深度轮廓粗铣、深度轮廓精铣、翻面后腔铣粗铣、型腔铣精铣等6个工序，并在计算机上进行加工模拟，以确保加工过程中的工件、夹具或刀具不直接与刀具相撞，同时要进行刀具干涉的检查。然后修改和优化参数以消除可能存在的错误，最后确定正确的刀具路径及参数。如图26所示，最后用户根据机床参数选择合适的UG后处理器，就能自动生成模具加工程序。此处应注意，不能直接应用UG后处理默认的程序格式，应根据实际机床参数设置后处理程序格式，否则生成的程序可能导致加工事故。通过将该程序导入相应的数控机床，就可以实现模具的加工操作。

4 结语

模具加工的特殊性对工业标准的要求较高，逆向性已经成为部件设计和制造过程中的一个重要特征。面对激烈的市场竞争，模具制造企业应提高模具加工的精度控制，充分利用UG数控技术，结合模具加工的实际需要和特点，优化并进一步提高软件的性能，加大研发和探索力度，引领和推动模具制造行业走向新的发展。