1、前言
 
    UG軟件是集 CAD/CAM/CAE/PLM一體化的三維參數化軟件，提供了一個基于過程的產品設計環境，使產品開發從設計到加工真正實現了數據的無縫集成，從而優化了企業的產品設計與制造。該軟件不僅具有強大的實體造型、曲面造型、虛擬裝配和產生工程圖等設計功能；而且，在設計過程中可進行有限元分析、機構運動分析、動力學分析和仿真模擬，提高設計的可靠性；同時，可用建立的三維模型直接生成數控代碼，用于產品的加工，其后處理程序支持多種類型數控機床。另外它所提供的二次開發語言UG/OPen GRIP，UG/open API 簡單易學，實現功能多，便于用戶開發專用CAD系統。廣泛應用于航空、航天、汽車、造船、通用機械和電子等工業領域。
 
    2、字碼標識的NC編程要求及加工工藝的分析：
 
    2.1公司生產的產品為鍛件，由于客戶產品可追溯性要求，在產品表面需要生產批號標識：
 
    (1) 606RA123： 606代表2006年6月生產，R代表右件，A代表6月份第一批，123代表材料爐號；
    (2) 字體為Windows系統自帶的Arial，字體高度為6mm；
 
    (3) 在鍛件產品上為凸字，鋼質模具上為凹字，即標識的石墨電極為凸字；
 
    (4) 因生產批號更改頻繁，CAD中文本批號最好參數化（更改文本批號后，重新生成刀軌即可）；
 
    (5) 由于產品種類比較多，字碼有平面、斜面、曲面等不同情況（曲面加工相比其它較為復雜，所以能解決曲面加工，其它問題就迎刃而解）。字碼深度也不近相同（在編程時不要考慮刻字的深度！加工時由操機者根據不同產品不同的字碼深度手動即可）；
 
    2.2針對上述編程要求并結合公司實際情況，以曲面加工為例初步制定其加工工藝：
 
    (1)考慮加工對象為石墨電極，選用5mm的球刀銑曲面（電極塊首次加工必需的步驟，加工效率高，不易斷刀）；參見圖8
 
    (2)因字體高度為6mm，選用刀具直徑為0.8mm的刻字刀加工;

    3、各類軟件的編程比較及其選用：
 
    市場上集CAD /CAM一體化的各類軟件可謂是層出不窮、百花齊放。諸如：CATIA、UG、 Pro/E、MASTERCAM、SURFCAM等等，針對目前市場上應用普遍比較多的軟件MASTERCAM、SURFCAM 、UG、 Pro/E四類常用軟件對字碼標識編程做初步比較：
 
    3.1 MASTERCAM X：
 
    美國CNC SoftWare INC 公司出品的CAD /CAM軟件，尤其以其強大的加工功能聞名于世，加工操作界面通俗易懂，編程加工效率顯著。但針對此模具字碼標識編程而言，編程操作靈活，易學易用，標識文本是非參數化，批號即時更新不易，導致編程效率不高。參見圖1、圖 2

圖1 MASTERCAM平面標識仿真加工

  圖2 MASTERCAM斜面標識仿真加工

    3.2 SURFCAM：

    早期的CAM軟件，加工操作界面通俗易懂，編程加工效率顯著。但針對此模具字碼標識編程而言，編程操作簡單，標識文本也是非參數化，批號即時更新不易，導致編程效率不高。參見圖3、圖4

圖3 SURFCAM平面標識編程加工刀軌  

  圖4 SURFCAM曲面標識編程加工刀軌

   3.3 Pro/E：

    Pro/ENGINEER是由美國參數技術公司推出的一套博大精深的三維CAD/CAM參數化軟件，它的內容涵蓋了產品從概念設計、工業造型設計、三維模型設計、分析計算、動態模擬與仿真、工程圖的輸出、生產加工成產品的全過程，其中還包括了大量的電纜和管道布線、模具設計與分析等實用模塊。應用領域包括航空航天、汽車、機械、數控（NC）加工、電子等諸多行業。尤其全參數化的建模思路，大大縮短了產品設計和更改周期，但CAM模塊功能不如CAD模塊強大（據筆者了解目前有些公司CAD在Pro/E 中完成，然后轉入MASTERCAM或Cimatron中完成CAM加工），用Pro/E編出的NC程式，加工效率較低（筆者曾經試圖摸索過Pro/E的 NC加工，但總覺得Pro/E應該在CAM模塊中加強其功能，提供多樣性的加工方式）。參見圖5、圖6

圖5 Pro/E斜面標識仿真加工    

 圖6 Pro/E斜面標識加工刀軌屏幕演示

    3.4 UG: 
 
    Unigraphics（簡稱UG）是美國UGS公司的主導產品，也是全球應用最普遍的CAD/CAM/CAE/PLM的系統軟件之一。UG軟件在CAD 方面的建模和造型分為兩個模塊一實體造型和自由曲面造型。在造型功能方面，除其他軟件所具有的通用功能外，它還擁有靈活的復合建模、齊備的仿真照相、細膩的動畫渲染和快速的原型工具，僅復合建模就可讓用戶在實體建模、曲面建模、線框建模和基于特征的參數建模和非參數建模中任意選擇，使設計者可根據工程設計實際情況確定最佳建模方式，從而得到最佳設計效果。在加工功能方面，UG件針對CAM的實用性、適應性和效能性，通過覆蓋制造過程，實現制造的自動化、集成化和用戶化，從而在產品制造周期、產品制造成本和產品制造質量諸方面都給用戶提供了極大的收益。它不僅提供可靠、精確刀具路徑，更讓NC編程人員可以隨心所欲地設計出心目中最有效率的加工程序。
 
    3.4.1 UG/CAM有下列幾個特點:
 
    (1)提供可靠、精確的刀具路徑;
 
    (2)能直接在曲面及實體上加工;
 
    (3)良好的用戶界面，并允許使用者能依工作上的需要，定制用戶界面;
 
    (4)提供多樣性的加工方式，方便了編程人員設計各種高效率的刀具路徑;
 
    (5)對CAD主模型更改，則NC模型隨之更改。NC編程人員不需要把工作推倒重來，只需重新生成（Regenerate）刀位軌跡，刀位軌跡就可以立即更新；
 
    (6)提供完整的刀具庫及加工參數庫管理功能（切削數據庫的可利用性及客戶化），使新進人員能充分利用資深人員的經驗，設計優良的刀具路徑; 
 
    (7) CAM后置處理不但提供了常規的直線和圓弧插補外，還出現了基于Nurbs理論的CNC插補控制器（提高了高速銑的加工精度，大大縮短了刀位文件長度）；
 
    (8)提供通用型后處理功能，產生各種NC加工機適用的NC程序（也可以通過機床構造器或二次開發隨心所欲的制訂后處理配置命令）。
 
    下面就著重談談UG在模具標識字碼編程加工中的應用：UG 在CAM模塊中就增加了標識字碼加工功能，但在曲面標識加工編程操作中，頗感不便（筆者曾經試圖摸索過，但沒有找到更好的方法）。而UG4.0在 CAD/CAM中新增了文本功能，能有效并快速的對文本進行實時編輯更新，從而很大程度提高了加工編程的速度（文本編輯更新后重新生成NC程序即可，無需更改任何參數設置，可謂是一勞永逸）。突出顯示了CAD/CAM/CAE/PLM數據的無縫集成及參數化的優越性。
 
    3.4.2 UG中字碼標識編程步驟如下：
 
    (1)根據要求在UG里做字（字碼標識在相應位置的曲面上），或通過其它CAD 軟件轉出UG能接受的文件格式導入UG中（字碼標識文本必須在UG中重新編輯，方便以后的即時更新）；參見圖7
 
    (2) 選用直徑5mm的球刀加工大曲面（具體參數設置步驟不傲述）；參見圖8
 
    (3) 選用直徑0.8mm的刻字刀2D挖槽加工（具體參數設置步驟不傲述，UG中FACE_MILLING_AREA加工模塊，平面字碼標識無需第(4)步）；參見圖9
 
    (4) 選用直徑0.8mm的刻字刀投影加工（具體參數設置步驟不傲述，UG中 FIXED_CONTOUR加工模塊，驅動方式選項為刀軌（2D挖槽加工））；參見圖10
 
    (5) 后置處理生成NC程式（后置處理器配置了各類型數控系統的后置處理，用戶也可以根據數控機床和數控系統的具體情況對其數據庫進行修改和編譯，定制自己的專有后置處理程序，UG生成的 NC程序加工效率高，NC文件小的優點）。
 
    3.4.3字碼標識編程重新更新步驟如下：
 
    (1) 鼠標雙擊所要更改的文本標識進行編輯（大概編輯時間在5秒鐘以內）；參見圖7
 
    (2) 重新計算刀具軌跡，生成NC程序（大概需要10～20秒鐘時間，具體時間根據操作參數設置而定）；
 
    筆者1個工作日內（8個小時）大約能出NC程序400多個，幾乎完成了全年的字碼標識編程任務。大大縮短了NC編程時間，避免了繁瑣復雜的參數設置，深受編程人員的青睞。 

圖7 UG4.0中新增了文本編輯功能   

   圖8 UG仿真加工大曲面

圖9 UG4.0中刻字刀2D挖槽（平面）仿真加工

 圖10 UG4.0投影（曲面）仿真加工（IPW ）

     4、生產實際加工結果： 
 
    將UG4.0的字碼標識NC程式在生產現場試加工，得到現場操機人員的好評。尤其在刀路優化、減少提刀次數等方面相比其它軟件尤為顯著。加工后的模具標識字碼和模具上的標識字碼。參見圖11、圖12

圖11 加工后的模具標識字碼   

圖12 模具上的標識字碼

    5、結束語：
 
    Unigraphics 誕生在美國麥道飛機公司，從一開始就是飛機零件數控加工的最佳編程工具，經歷了幾十年，與它同時代的CAD/CAM軟件（ComputerVision、 Calma、EUCLID、Intergraph、Autotrol）有不少已經消亡了，惟有少數經歷了長期的生產實踐驗證才走到了 CAD/CAM/CAE/PLM高度數據的無縫集成的頂峰。隨著加工技術的不斷發展和完善，其中包含了程序的編寫日益簡單，根據各企業的實際情況選擇相應的軟件并能熟練駕馭它（好的編程技術是與好的編程平臺分不開的，所謂欲善其事，必利其器），這在很大程度上減輕了工程師們在程序上的計算量，同時也減輕了機床操作者的工作量和提高了生產效率，為企業贏得了成本和時間。通過對此字碼標識的實例編程示范和其它軟件的編程比較，充分顯示了UG4.0在各類軟件中的優越性。由于筆者水平有限，詣在通過此實例的編程加工，將自己的使用心得分享給各位讀者，在此希望能起到的拋磚引玉作用，為中國的加工制造業做出各自的綿薄之力。