第一篇 職業(yè)入門知識篇

0.1 UG軟件對應(yīng)的職業(yè)

0.1.1 三維產(chǎn)品設(shè)計師

隨著三維設(shè)計軟件UG、Pro/E、Solidworks日趨完善，Windows操作平臺的普及，以及計算機性價比的不斷提高，使用三維CAD技術(shù)的時機已經(jīng)成熟。三維產(chǎn)品設(shè)計對加速新產(chǎn)品開發(fā)、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本起著關(guān)鍵作用，是支持企業(yè)增強創(chuàng)新設(shè)計、提高市場競爭力的強有力的手段。對于設(shè)計人員來說，進行三維產(chǎn)品設(shè)計是一個不可逆轉(zhuǎn)的必然選擇。進行三維產(chǎn)品設(shè)計具有以下優(yōu)點：

（1）采用廣大設(shè)計人員所熟悉的工程應(yīng)用的特征（如孔、槽、螺紋、圓角、倒角等）作為構(gòu)造零件的基本單元，改變了傳統(tǒng)系統(tǒng)以幾何設(shè)計為主的方式，提高了設(shè)計效率。特征的引用直接體現(xiàn)了設(shè)計意圖，設(shè)計人員可以將更多的精力用在創(chuàng)造性構(gòu)思上。

（2）采用二維/三維關(guān)聯(lián)設(shè)計技術(shù)，高效率地生成符合國標的工程圖紙。用傳統(tǒng)方式繪制工程圖（不論是手工繪制，還是用二維CAD繪制），設(shè)計人員都必須先把產(chǎn)品的三維結(jié)構(gòu)構(gòu)思好，再用線條繪制表達，加上各種尺寸公差標注——工作量大而且煩瑣，修改、描圖更是費時。使用三維CAD軟件后，設(shè)計人員只需交互地進行各種視圖布局方式和類型的選擇，即可方便快捷地完成整個工程圖紙的設(shè)計。

（3）二維草圖智能動態(tài)導(dǎo)引技術(shù)，可以自動地推斷設(shè)計者的設(shè)計意圖。三維特征參數(shù)驅(qū)動，修改方便，零件三維實體可任意拖動。在著色狀態(tài)下動態(tài)顯示三維實體，體現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計過程的直觀效果，更易于用戶使用。三維設(shè)計技術(shù)是虛擬設(shè)計的基礎(chǔ)，為后續(xù)的分析、制造過程提供了完整統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)。

（4）裝配設(shè)計使得在計算機平臺上進行復(fù)雜部件設(shè)計成為可能。通過施加約束與配合關(guān)系，采用拖放方式操作，使得零件裝配就像搭積木一樣方便。對裝配、子裝配、零件、裝配特征、約束及輔助視圖以記錄樹形式進行管理，可以完成裝配件爆炸、剖切、干涉檢查、運動仿真、最小間隙、物性計算、零件列表等活動。

（5）機械產(chǎn)品設(shè)計離不開各種標準件的使用。三維CAD系統(tǒng)提供豐富標準庫，包括螺釘、螺栓、螺母、墊圈、鉚釘、銷釘、鍵、滾動軸承、彈性密封件、鋼型材等，同時提供各種標準查詢、搜索和添加與預(yù)覽功能，極大地簡化了產(chǎn)品設(shè)計過程。如果說從手工繪圖到二維CAD繪圖，再到三維CAD自動生成工程圖，使得設(shè)計人員實現(xiàn)了“甩圖板”夢想，那么，引入標準件及裝配功能，再輔之產(chǎn)品文檔管理，即可進一步達到“甩圖板”、“甩手冊”的目的，實現(xiàn)真正意義上的無紙設(shè)計，極大地提高企業(yè)設(shè)計效率，增強創(chuàng)新能力。

（6）在計算機平臺上實現(xiàn)三維CAD軟件高級渲染功能，產(chǎn)生具有照片級真實感的產(chǎn)品效果圖，可以為產(chǎn)品增添引人入勝的效果，便于向領(lǐng)導(dǎo)、客戶和供貨商介紹產(chǎn)品，也可以不必再加工昂貴的產(chǎn)品樣件，縮短了設(shè)計周期和新產(chǎn)品的上市時間。

0.1.2 模具設(shè)計師

從“老三樣”電視機、冰箱、洗衣機，到時下流行的MP3、錄音筆、數(shù)碼相機、手機，我們身邊這些款式精美、形狀各異的產(chǎn)品，之所以能夠被成批生產(chǎn)出來，都離不開模具，更離不開大多數(shù)人都很陌生的專業(yè)人才——模具設(shè)計師。

模具設(shè)計師是指從事企業(yè)模具的數(shù)字化設(shè)計（包括注塑模與冷沖模設(shè)計），在傳統(tǒng)模具設(shè)計的基礎(chǔ)上，充分利用數(shù)字化設(shè)計工具，提高模具設(shè)計質(zhì)量，縮短模具設(shè)計周期的人員。模具設(shè)計師從事的主要工作包括以下內(nèi)容。

（1）數(shù)字化制圖：將三維產(chǎn)品及模具模型轉(zhuǎn)換為常規(guī)加工中用的二維工程圖。

（2）模具的數(shù)字化設(shè)計：根據(jù)產(chǎn)品模型與設(shè)計意圖，建立相關(guān)的模具三維實體模型。

（3）模具的數(shù)字化分析仿真：根據(jù)產(chǎn)品成形工藝條件，進行模具零件的結(jié)構(gòu)分析、熱分析、疲勞分析和模具的運動分析。

（4）產(chǎn)品成形過程模擬：注塑成形、沖壓成形。

（5）定制適合本公司模具設(shè)計的標準件及標準設(shè)計過程。

（6）模具生產(chǎn)管理。

0.1.3 數(shù)控編程師

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字控制技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。尤其是在機械制造業(yè)中，普通機械正逐漸被高效率、高精度、高自動化的數(shù)控機械所代替。目前國外機械設(shè)備的數(shù)控化率已達到85%以上，而我國數(shù)控技術(shù)應(yīng)用推廣的情況同發(fā)達國家差距很大——機械設(shè)備的數(shù)控化率不足20%。企業(yè)需要提高工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量，才能跟上世界發(fā)展步伐。我國數(shù)控專業(yè)技術(shù)人才需求正在不斷擴大。

數(shù)控編程師需要掌握數(shù)控加工工藝知識和數(shù)控機床的操作，熟悉復(fù)雜模具的設(shè)計和制造專業(yè)知識，熟練掌握三維CAD/CAM軟件，如UG、Pro/E等，同時，還要熟練掌握數(shù)控手工和自動編程技術(shù)。

0.2 各職位的技能要求

0.2.1 三維建模與產(chǎn)品設(shè)計師的技能要求

（1）熟悉UG軟件工作環(huán)境及基本操作。

（2）熟悉工業(yè)設(shè)計理論，了解產(chǎn)品材料工藝、設(shè)計標準與規(guī)范。

（3）掌握UG二維草圖、實體建模、曲面與曲面設(shè)計的常用技術(shù)。

（4）研究產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計的技能，提高UG產(chǎn)品靈活應(yīng)用設(shè)計的能力。

0.2.2 模具設(shè)計師的技能要求

通常，模具設(shè)計師的入門門檻并不高，一般要求大專以上學(xué)歷即可（一般是機械類的理科生從事這項職業(yè)），要求必須有機械制圖的能力，能夠熟練使用電腦。主要有如下4點：

（1）熟悉UG軟件工作環(huán)境及基本操作。

（2）熟悉模具設(shè)計理論，了解模具制造工藝、設(shè)計標準與規(guī)范。

（3）熟悉UG模具設(shè)計流程，掌握常見模具的分模方法與技巧。

（4）具備使用UG進行復(fù)雜產(chǎn)品模具設(shè)計的能力。

0.2.3 數(shù)控編程師的技能要求

（1）熟悉UG軟件工作環(huán)境及基本操作。

（2）熟悉數(shù)控加工工藝知識和數(shù)控機床的操作，具有扎實的數(shù)控編程領(lǐng)域基礎(chǔ)理論知識。

（3）熟悉并掌握先進的UG數(shù)控編程技術(shù)，具有一定的實踐能力和知識自我更新能力。

（4）具備使用UG進行復(fù)雜零件數(shù)控加工設(shè)計的能力。

0.3 專業(yè)知識點撥

0.3.1 建模與產(chǎn)品設(shè)計的專業(yè)知識

1.三維產(chǎn)品設(shè)計流程

機械設(shè)計一般可分為開發(fā)性設(shè)計（根據(jù)機械產(chǎn)品的總功能要求和約束條件進行的全新的設(shè)計）、適應(yīng)型設(shè)計（根據(jù)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和使用部門的要求，對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能進行更新和改造，使之適應(yīng)某種附加的要求）、變參數(shù)型設(shè)計（只對結(jié)構(gòu)設(shè)置和尺寸加以改變，使之滿足功率和速比等的不同要求），以及測繪和仿制等。

不同國家、不同企業(yè)、不同類型的機械，其產(chǎn)品的開發(fā)、設(shè)計過程不盡相同，但大致上可分為產(chǎn)品規(guī)劃階段、原理方案設(shè)計階段、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計階段、總體設(shè)計階段、施工設(shè)計階段和試制、生產(chǎn)、銷售階段等。通常的三維產(chǎn)品設(shè)計流程如圖0-1所示。

（1）方案論證與設(shè)計

在確定與客戶進行設(shè)計合同后，應(yīng)該了解設(shè)計的內(nèi)容及工業(yè)設(shè)計所應(yīng)實現(xiàn)的目標，分析產(chǎn)品的功能實現(xiàn)的原理，由造型設(shè)計師進行概念草繪。這一階段，造型設(shè)計師可用二維平面軟件進行方案效果圖繪制。

（2）構(gòu)思產(chǎn)品草圖

構(gòu)思草圖階段的工作將決定70%的產(chǎn)品設(shè)計的成本和效果。所以這一階段是整個產(chǎn)品設(shè)計中最重要的階段。在這個階段通過思考形成創(chuàng)意，并快速地記錄。這一設(shè)計初期階段的想法常表現(xiàn)為一種即時閃現(xiàn)的靈感，缺少精確尺寸信息和幾何信息。基于設(shè)計人員的構(gòu)思，通過草圖勾畫的方式進行記錄，繪制各種形態(tài)或者標注以記錄下設(shè)計信息，確定三至四個方向，再由設(shè)計師進行深入設(shè)計。

（3）三維造型設(shè)計

產(chǎn)品草圖方案構(gòu)思完成后，由三維產(chǎn)品設(shè)計師利用UG進行產(chǎn)品設(shè)計。三維建模即用3D的語言來描述產(chǎn)品形態(tài)和結(jié)構(gòu)的過程。它的最大的優(yōu)點是設(shè)計的直觀性和真實性。在三維的空間內(nèi)多角度地觀察調(diào)整產(chǎn)品的形態(tài)，可以省去原來的部分樣機試制過程，可以更精確直觀地構(gòu)思出產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，從而更具體地表達產(chǎn)品構(gòu)思，提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量。3D圖有精確的形態(tài)比例關(guān)系和精致的細節(jié)設(shè)計，可以直觀地用于與客戶的溝通交流環(huán)節(jié)。

（4）三維結(jié)構(gòu)分析

按設(shè)計尺寸，精確地完成產(chǎn)品的各個零件的電子文件和零件之間的裝配關(guān)系。同時，利用有限元功能進行裝配和結(jié)構(gòu)模擬分析，以確認結(jié)構(gòu)。

（5）產(chǎn)品設(shè)計效果圖

利用軟件渲染功能可生成3D效果圖，它既可以清晰地向客戶展示產(chǎn)品的尺寸和大致的立體感，也能表達出產(chǎn)品的材質(zhì)和光影關(guān)系。3D效果圖是產(chǎn)品更加直觀和完善的表達。而且產(chǎn)品色彩設(shè)計用來解決客戶對產(chǎn)品色彩系列的要求，通過計算機調(diào)配出色彩的初步方案，來滿足同一產(chǎn)品的不同的色彩需求，擴充客戶產(chǎn)品線。

（6）二維工程圖

利用UG NX 5.0軟件工程圖繪制功能，將三維圖轉(zhuǎn)化為二維工程圖，在經(jīng)過工藝設(shè)計后，可進行產(chǎn)品的生產(chǎn)制造。

2.三維產(chǎn)品設(shè)計常用專業(yè)術(shù)語

（1）特征：用戶在建模過程中所建立的所有拉伸、旋轉(zhuǎn)、基準平面和草圖統(tǒng)稱為特征。有些特征（如拉伸和旋轉(zhuǎn)）由草圖生成；有些特征（如抽殼和圓角）修改特征的幾何體。

（2）草圖：草圖是指二維外形輪廓，通常草圖建立于模型中的平面或基準面上，盡管草圖可以獨立存在，但獨立存在的草圖沒有意義，一般作為拉伸等特征的基礎(chǔ)。

（3）設(shè)計意圖：設(shè)計意圖是關(guān)于模型被改變后如何表現(xiàn)的計劃，模型創(chuàng)建的方式?jīng)Q定它將怎樣被修改。通常情況下，特征的選擇會影響到設(shè)計意圖。圖0-2所示的簡單階梯軸可采用多種建模方法。

● 拉伸法：通過拉伸特征或圓臺特征一次建立一層，后面的一層加到前面一層上。如果改變某個臺階的厚度，則所有在它后面創(chuàng)建的層的位置也隨之改變，而零件的整體高度也會發(fā)生相應(yīng)的變化，如圖0-3所示。

● 旋轉(zhuǎn)法：以一個旋轉(zhuǎn)特征建立零件，一個單一的草圖表示一個切面，它包括作為一個特征來完成該零件所必需的所有信息和尺寸。該方式簡單，但所有信息都包含在一個特征中，限制了其靈活性而且修改麻煩，如圖0-4所示。

● 制造法：模仿零件加工時的方法來建模。比如，當(dāng)這個臺階軸在車床上旋轉(zhuǎn)時，在設(shè)計上可以考慮從一個棒料開始建模，并通過一系列的切割來去除不需要的材料，如圖0-5所示。

（4）材料明細表：插入到工程圖內(nèi)用于記錄在裝配體中所使用的零件的表格。

（5）注解：給零件、裝配體或工程圖添加特定設(shè)計意圖的文字摘要或符號。特定類型的注解包括注釋、孔標注、表面粗糙度符號、基準特征符號、基準目標、形位公差符號、焊接符號、零件序號以及層疊零件序號。只應(yīng)用于工程圖的注解包括中心符號線、注解中心線、區(qū)域剖面線以及塊。

（6）裝配體：零件、特征以及其他裝配體（子裝配體）通過配合關(guān)系而形成文檔。零件和子裝配體位于不同的文件內(nèi)。例如，活塞是一個可在裝配體內(nèi)與其他零件，如連桿或室，相配合的零件。

（7）基準軸：可用來生成模型幾何體、特征或陣列的直線。軸可以用無數(shù)方法制作，包括使用兩個基準面的交叉處。

（8）零件序號：用來在裝配體中標注零件，通常包括項目號和數(shù)量。在工程圖中，項目號與材料明細表中的行數(shù)相關(guān)聯(lián)。

（9）斷開的剖視圖：通過將材料從閉合的輪廓（通常為樣條曲線）移除而展現(xiàn)工程視圖的內(nèi)部細節(jié)的工程圖視圖。

（10）自由度：沒有由尺寸或幾何關(guān)系定義的幾何體可自由移動。在2D草圖中，有3種自由度：沿X和Y軸移動，以及繞Z軸旋轉(zhuǎn)（垂直于草圖平面的軸）。在3D草圖及裝配體中，有6種自由度：沿X、Y和Z軸移動，以及繞X、Y和Z軸旋轉(zhuǎn)。

0.3.2 注塑模具設(shè)計的專業(yè)知識

1.注塑模具設(shè)計原理

注塑成型也稱為注射成型，它是目前塑料加工中最普遍采用的方法之一，可以生產(chǎn)空間幾何形狀非常復(fù)雜的塑料制件。將加熱熔化的塑料注滿一個模腔，然后對模腔進行強制冷卻，熔料凝固成固體。為取出凝固體，用分型面把模腔分割為型芯和型腔兩部分：包裹凝固體外表面輪廓的一半稱為型腔零件；包裹凝固體內(nèi)表面輪廓的另一半稱為型芯零件。型芯和型腔零件統(tǒng)稱為成型零件。包裹凝固體內(nèi)外表面的相交線稱為分型線，分型線水平四周延伸形成切割模腔的分型面。典型的注塑模具如圖0-6所示。

注塑模具的開模過程如圖0-7所示。動模部分隨注塑機移動模板與定模部分分開。因制品外表面為工作面，內(nèi)表面是非工作面，外表面光滑，內(nèi)表面粗糙，外表面脫模阻力小，故而制品粘附在動模型芯零件上，塑料制品先脫離定模部分的型腔零件，與制品一體的澆道凝料也被拉出澆口套。注塑機移動模板后移一定距離后停止。隨后注塑機頂出桿插入動模座板中心孔頂動推板，推板沿導(dǎo)向桿向前運動，壓縮復(fù)位彈簧，同時帶動推件桿和復(fù)位桿移動，推件桿把塑料制品頂離型芯，制品完全脫離模具。塑料制品可用機械手取出，也可人工取出。與制品一體的澆道凝料由人工去除。接著注塑機頂出桿縮回，復(fù)位彈簧彈壓推板，推板帶動推件桿和復(fù)位桿一起復(fù)位。最后注塑機移動模板帶動模具動模部分向定模部分閉合，定模部分分型面推動復(fù)位桿，復(fù)位桿帶動推板，推板帶動推件桿復(fù)位到推件桿頂面與型芯頂面齊平，脫模機構(gòu)完全復(fù)位，這樣一個周期就結(jié)束了。

圖0-6 注塑模具的典型結(jié)構(gòu)

2.模具設(shè)計流程

UG Mold Wizard需要以一個UG NX 5.0的三維實體模型作為模具設(shè)計原理圖。模具設(shè)計流程如圖0-8所示。

3.常用專業(yè)術(shù)語

（1）收縮性：金屬模具和塑料制品都有熱脹冷縮性。在注塑模具設(shè)計中把常溫模具與塑料制品冷卻穩(wěn)定后的尺寸差別用收縮率表示。

（2）模具坐標系：是指模具設(shè)計過程中所使用的坐標系。該坐標系用于設(shè)置模具的頂出方向和電極進給方向等，以便合理地設(shè)計模具。通常+ZC軸向為塑料產(chǎn)品的頂出方向，也是電極進給的方向。

（3）成型零件

產(chǎn)品模型裝配位置和收縮率設(shè)置完后，就要給產(chǎn)品模型創(chuàng)建成型鑲件了。分型前單個成型零件模塊稱為成型鑲件，也稱為成型零件毛坯，簡稱毛坯。在以后的設(shè)計過程中將使用布爾運算方式進行減除計算，從中去除經(jīng)過收縮率計算后的零件體積，這樣就形成了模具的型腔。然后再從型腔中提取出的分型曲面對成型鑲件進行修剪，最終就形成了模具的型芯和型腔兩個零件。

（4）模型修補：成型鑲件被分成型芯和型腔兩個零件之前，如果塑件上存在通孔或缺口，使得型腔側(cè)和型芯側(cè)相連，則必須對通孔或缺口進行修補。如果不進行修補，則分型片體將無法分割成型鑲件，系統(tǒng)無法識別通孔或缺口應(yīng)屬于型腔側(cè)還是型芯側(cè)。

（5）分型線：分型線是指塑料與模具相接觸的邊界線，一般產(chǎn)品分型線與零件的形狀（最大界面處）和脫模的方向有關(guān)。

（6）分型面：塑料在模具型腔凝固形成塑件，為了將塑件取出來，必須將模具型腔打開，也就是將模具分成兩部分，即定模和動模兩大部分。分型面就是模具動模和定模的接觸面，模具分開后由此可取出塑件或澆注系統(tǒng)。

（7）澆注系統(tǒng)：澆注系統(tǒng)是引導(dǎo)塑料進入模腔的流道系統(tǒng)，它的位置和尺寸決定著注射壓力損失、熱量散失、摩擦損耗的大小和填充的速度。良好的澆注系統(tǒng)設(shè)計是模具成功與否的關(guān)鍵，它與模具產(chǎn)品的形狀、尺寸以及成型數(shù)量有關(guān)。澆注系統(tǒng)一般分為主流道、分流道和澆口等3部分。

（8）冷卻系統(tǒng)：模具溫度控制是保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率的一個有效途徑。模具溫度明顯地影響收縮率、表面光澤、內(nèi)應(yīng)力、填充難易以及注塑周期等。對于一般的溫度控制系統(tǒng)，應(yīng)該使模具溫度維持在相對穩(wěn)定的范圍內(nèi)，因而要在注塑過程中使模腔、模芯表面溫度均勻。因此，對于大多數(shù)的塑料注塑成型來說，一般都需要冷卻控溫。

（9）模架：模架主要用于型芯型腔的裝夾、頂出和分離機構(gòu)，便于機械操作，能夠提高生產(chǎn)率。標準模架是由結(jié)構(gòu)、形式和尺寸都已標準化、系列化，并且具有一定互換性的零件組合而成。

（10）側(cè)抽芯機構(gòu)：塑料產(chǎn)品中常常存在有側(cè)向的凹凸和側(cè)孔，往往造成了緊靠上下模的開模動作，而不能直接脫模。因此，必須把這些側(cè)向凹凸的特征做成活動的拼塊，稱為滑塊。在塑料制品被頂出模具的同時或者之前，把這些部件先行脫模，然后再讓上下模完成開模動作。在塑料模具設(shè)計中，把完成滑塊抽出和復(fù)位的機構(gòu)稱為抽芯機構(gòu)。

0.3.3 數(shù)控加工的專業(yè)知識

1.數(shù)控加工原理

數(shù)控加工能高效、高精度地加工復(fù)雜的零件，特別是曲面較為復(fù)雜的型芯和型腔零件。數(shù)控英文全稱為Numerical Control，簡稱NC。由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的數(shù)字脈沖信號經(jīng)變換放大后變成脈沖電流，脈沖電流通過伺服電動機能產(chǎn)生運動距離。伺服電動機可以做成旋轉(zhuǎn)運動和直線運動兩種形式，因此一個脈沖信號能實現(xiàn)一個旋轉(zhuǎn)步距角或一個直線移動步距。在一個時段內(nèi)連續(xù)發(fā)送脈沖信號，脈沖信號的數(shù)量就能精確對應(yīng)旋轉(zhuǎn)電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)。單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)量稱為脈沖頻率，控制脈沖頻率就能控制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。所以脈沖信號和能根據(jù)脈沖信號作定量運動的伺服電動機是實現(xiàn)數(shù)控加工的基本條件。

普通車床是固定在三爪卡盤上的工件隨主軸做旋轉(zhuǎn)主運動，固定在刀架溜板上的刀具由手工操作做相對工件的二維進給運動進行切削。普通銑床是固定在主軸上的刀具隨主軸做旋轉(zhuǎn)主運動，裝夾在工作臺上的工件由手工操作相對刀具做三維進給運動進行切削。為了按普通機床切削模式實現(xiàn)數(shù)控加工，用旋轉(zhuǎn)伺服電動機通過傳動精度較高的同步帶直接驅(qū)動主軸作回轉(zhuǎn)主運動，通過控制脈沖頻率來控制主運動的轉(zhuǎn)速，從而省去了靠手工操作的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的變速齒輪箱等。同樣，用旋轉(zhuǎn)伺服電動機傳動精度較高的滾珠絲杠螺母副，把旋轉(zhuǎn)運動變成直線運動；精度很高的數(shù)控機床和高速數(shù)控機床直接用直線伺服電動機產(chǎn)生直線運動，則可以把中間環(huán)節(jié)減至最少。

數(shù)控系統(tǒng)由加工程序輸入工具、譯碼器、數(shù)據(jù)處理器和處理軟件、數(shù)據(jù)存儲器，以及脈沖電流輸出工具等組成。加工程序通過輸入工具輸入到數(shù)控系統(tǒng)，由譯碼器翻譯成處理系統(tǒng)能識別的數(shù)據(jù)，經(jīng)軟件分析計算變成智能加工數(shù)據(jù)，存放在存儲器中。加工時用輸出工具將加工數(shù)據(jù)變成脈沖電流，輸送給X、Y、Z方向的伺服電動機和主軸伺服電動機，伺服電動機通過傳動機構(gòu)形成切削主運動和進給運動。測量裝置隨時監(jiān)測實際主運動和進給運動與加工程序所要求的運動量之間的誤差，并反饋到數(shù)控系統(tǒng)，以便根據(jù)誤差及時修正伺服電動機的轉(zhuǎn)速，從而精確控制刀具和工件之間的切削運動。這樣就實現(xiàn)了自動切削，使平時由半人工操作的金屬切削變成了用程序控制的切削。這就是數(shù)控加工的原理。

2.數(shù)控加工設(shè)計流程

數(shù)控加工操作是指從加載產(chǎn)品模型開始，定義工序加工對象、設(shè)計刀具、定義加工的方式并生成該相應(yīng)的加工程序，然后設(shè)置加工對象的具體參數(shù)、切削步距、主軸轉(zhuǎn)速、進給量、切削角度、安全平面，接著生成刀具軌跡并進行切削加工驗證，待所有的刀具軌跡設(shè)計合格后，進行后處理，生成相應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)的加工代碼，最后進行DNC傳輸與數(shù)控加工，如圖0-9所示。

（1）導(dǎo)入CAD模型

導(dǎo)入CAD模型作為數(shù)控加工的第一步，決定著之后操作的成敗與否。其導(dǎo)入模型形狀結(jié)構(gòu)必須符合實際要求。用戶可以直接打開UG文件，也可以應(yīng)用“導(dǎo)入”選項，導(dǎo)入合適的CAD文件進行數(shù)控加工。

（2）零件數(shù)控加工工藝分析

加工工藝分析就是指對零件的加工順序進行規(guī)劃。其具體安排應(yīng)該根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)、材料特性、夾緊定位、機床功能、加工部位的數(shù)量以及安裝次數(shù)等進行靈活劃分，一般可根據(jù)“粗精加工”進行劃分。

● 粗加工階段：為了去除毛坯上大部分的余量，使毛坯在形狀和尺寸上基本接近零件的成品狀態(tài)。這個階段最主要的問題是如何獲得較高的生產(chǎn)率。

● 半精加工階段：使零件的主要表面達到工藝規(guī)定的加工精度，并保留一定的精加工余量，為精加工做好準備。半精加工階段一般安排在熱處理之前進行。在這個階段，可以將不影響零件使用性能和設(shè)計精度的零件次要表面加工完畢。

● 精加工階段：精加工階段的目的是保證加工零件達到設(shè)計圖紙所規(guī)定的尺寸精度、技術(shù)要求和表面質(zhì)量要求。零件精加工的余量都很小，主要考慮的問題是如何達到最高的加工精度和表面質(zhì)量。

（3）設(shè)置加工坐標系

建立數(shù)控加工坐標系是為了確定刀具或工件在機床中的位置，確定機床運動部件的位置及其運動范圍。統(tǒng)一規(guī)定數(shù)控加工坐標系各軸的含義及其正負方向，這樣可以簡化程序編制，并使所編程序具有互換性。

工件原點位置是由操作者自己設(shè)定的。在工件裝夾完畢后，通過分中與對刀確定。它反映的是工件與機床原點之間的距離位置關(guān)系。工件坐標系一旦確定，一般不做改變。

（4）設(shè)置加工工藝參數(shù)

加工工藝參數(shù)的選擇是數(shù)控加工關(guān)鍵因素之一，它直接影響到加工效率、刀具壽命和零件精度等問題。合理地選擇切削用量要有豐富的實踐經(jīng)驗才行。在數(shù)控編程時，只能憑借編程者的經(jīng)驗和刀具切削用量的推薦值初步確定，而最終的切削用量將根據(jù)零件數(shù)控程序的調(diào)試結(jié)果和實際加工情況來確定。

合理確定加工工藝參數(shù)的原則是：粗加工時，為了提高效率，在保證刀具、夾具和機床剛性足夠的條件下，切削用量選擇的順序是，首先把切削深度選大一些，其次選擇較大的進給量，然后選擇適當(dāng)?shù)那邢魉俣龋痪庸r，加工余量小，為了保證工件的表面粗糙度，盡可能增加切削速度，并可適當(dāng)減少進給量。

● 粗加工：粗加工是大體積切除工件材料，表面質(zhì)量要求很低。如果工件表面粗糙度 Ra 要達到12.5～25μm，可以取軸向切削深度為3～6mm，徑向切深為2.5～5mm，為后續(xù)半精加工留1～2mm的加工余量。如果粗加工后直接精加工，則留0.5～1mm的加工余量。

● 半精加工：半精加工是把粗加工后的表面加工得光滑一點，同時切除凹角的殘余材料，給精加工留厚度均勻的加工余量。如果半精加工后工件表面的粗糙度Ra要達到3.2～12.5μm，軸向切削深度和徑向切削深度可取1.5～2mm，給后續(xù)精加工留0.3～0.5mm的加工余量。

● 精加工：精加工是最后為達到尺寸精度和表面粗糙度要求而進行的加工。如果工件的表面粗糙度Ra要達到0.8～3.2μm，軸向切削深度可取0.5～1mm，徑向切削深度可取0.3～0.5mm。

（5）生成刀軌并檢驗刀軌

生成刀軌是指通過路徑軌跡反映模型零件的切削位置（刀具的移動軌跡）。UG NX 5.0為刀軌的生成提供了顏色的區(qū)分，使用戶可以清晰地了解模型零件上各個位置的切削情況，并能有效地防止過切或撞刀情況的發(fā)生，如圖0-10所示。

（6）NC文件后處理和創(chuàng)建車間工藝文件

NC文件是由G、M代碼所組成并用于實際機床上加工的程序文件，如圖0-11所示。該文件是數(shù)控加工最后所得到的結(jié)果，也是直接用于實際生產(chǎn)的程序文件。用UG軟件直接生成的NC程序一般都需要經(jīng)過人工修改，在試切成功后才能進行正式加工。

車間工藝文件就是數(shù)控加工程序單，是編程人員與機床操作員之間的交流平臺。當(dāng)編程人員每編寫完一個模型零件的程序后，還應(yīng)在數(shù)控加工程序單上填入文件編號、日期、程序、刀具類型、裝夾長度、加工方式、余量等參數(shù)。通常要求編程人員與機床操作員相互交流，以求達到共識。

3.常用專業(yè)術(shù)語

（1）計算機編程：把加工前的毛坯和完成加工的成品形狀、加工刀具尺寸、工件和刀具的材質(zhì)、人為規(guī)定的切削方式和切削參數(shù)、機床主運動和進給運動速度、冷卻液的開/關(guān)、刀具在庫架上的位置等信息輸入計算機，經(jīng)分析計算自動生成用X，Y，Z坐標值表示的刀具運動軌跡、刀具在軌跡上的進給速度和主運動轉(zhuǎn)速以及機床控制指令等代碼，完成這些工作就稱為計算機編程。

（2）刀具與工件的相對性：以笛卡爾坐標系三個坐標軸X，Y，Z和繞三個坐標軸轉(zhuǎn)動代碼A，B，C命名的數(shù)控種類很多，有的是刀具不動而工件做進給運動，有的是刀具和工件同時做進給運動。為了編程的統(tǒng)一，規(guī)定把刀具對工件的進給運動和工件對刀具的進給運動都看作是刀具相對工件的進給運動，也就是工件不動，刀具做進給運動。

（3）刀軌：數(shù)控加工是刀具相對工件做進給運動，而且要在加工程序規(guī)定的軌跡上做進給運動。加工程序規(guī)定的軌跡是由許多三維坐標點的連線組成，刀具是沿三維坐標點的連線做進給運動，把三維坐標點的連線稱為刀軌。

（4）刀具跟蹤點：刀具跟蹤點是刀具上的一個基準點。刀具跟蹤點相對運動的軌跡即加工路線，也成為刀具路徑。UG CAM用刀具軸線與刀具端面的交點來代表刀具，用交點沿刀軌的運動代表刀具沿刀軌運動，如圖0-12所示。

（5）機床坐標系：刀軌是用很多坐標點來表示的，數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動刀具從一個坐標點到另一個坐標點，只有坐標點與工件之間是切削位置關(guān)系，刀具進給才會切削工件，因此坐標點和工件的相對位置要用一個坐標系來描述。所以每臺數(shù)控機床都有一個如圖0-12所示的X0Y0Z0坐標系，該坐標系稱為機床坐標系。機床坐標系的原點O0由生產(chǎn)廠家出廠前設(shè)定，一般固定不變。

（6）加工坐標系：實際加工中工件裝夾到工作臺上的位置是隨機的，因此用機床坐標系無法事先確定刀軌與工件的位置關(guān)系。也就是說工件還沒有就位，就無法用機床坐標系確定刀軌與工件的切削位置關(guān)系。為了解決這個問題就要設(shè)置相對坐標系，或者稱為加工坐標系，有的稱工作坐標系。

編程時計算機里面已準備了工件模型，在模型上找三個相互垂直面為加工基準面，以三個加工基準面的交點為原點建立XMYMZM加工坐標系。編程時先用加工坐標系確定刀軌與工件模型的切削位置關(guān)系。

加工時真實的工件擺放到裝夾工作臺上，參照工件模型在真實工件上建立加工基準面和加工坐標系，使加工坐標系與機床坐標系的方向一致，如圖0-12所示。接著通過對刀讓機床知道加工坐標系原點在機床坐標系的位置。對完刀就自然確定了刀軌在機床坐標系的位置，如刀軌在加工坐標系的位置為（x，y，z），加工坐標系原點在機床坐標系的位置為（-X，-Y，-Z），則刀軌在機床坐標系的位置坐標為（-X+x，-Y+y，-Z+z）。

設(shè)置了加工坐標系后可以撇開機床坐標系，在計算機里先行完成編程，然后用對刀把加工坐標系的隨機位置告訴機床，間接確定刀軌在機床坐標系的位置，從而解決了因工件隨機裝夾而無法事先確定刀軌在機床坐標系中位置的問題。

（7）刀軌插補形式：刀軌插補形式是指組成刀軌的每一段線段的線型，也就是說，兩個坐標點用怎樣的線型連接，常用的形式有直線、圓弧和樣條插補。

（8）刀具長度補償：加工中心在加工過程中需要經(jīng)常更換刀具，而每種刀具長短不一，造成刀具上的跟蹤點相對主軸不固定。固定刀具的主軸端面中心相對主軸位置不變，為了編程方便，都統(tǒng)一以如圖0-13所示的主軸端面中心為基準。編程時輸入所用刀具的長度，CAM系統(tǒng)就會自動在主軸端面中心基準上作Z軸方向的補償，確定跟蹤點位置。這就稱為刀具的長度補償。

（9）刀具的半徑補償：如圖0-13所示，用兩種半徑不一的刀具都可以對工件側(cè)面進行切削。刀具跟蹤點不是沿著工件側(cè)面輪廓進行切削，而是沿側(cè)面輪廓偏置一個刀具半徑的軌跡進行切削。不管刀具半徑大小如何，工件側(cè)面輪廓是不變的。為了編程的方便，切削側(cè)面輪廓的刀軌就由側(cè)面輪廓和刀具半徑偏置量決定。編程時只要輸入作刀具半徑補償?shù)闹噶睿珻AM系統(tǒng)自動以工件側(cè)面輪廓為基準側(cè)向作刀具半徑補償。這就稱為刀具半徑補償。

（10）工藝參數(shù)：數(shù)控加工工藝參數(shù)主要包括“銑削速度”、“進給速度”和“切削深度”等。

● 銑削速度：銑刀的圓周切線速度稱為銑削速度，通常用主軸轉(zhuǎn)速n表示。

● 進給速度：單位時間內(nèi)刀具沿進給方向移動的距離，以vf表示。

● 切削深度：切削時銑刀的端面和一個方向的側(cè)面切入工件，端面切入工件的深度稱為軸向切削深度，側(cè)面切入工件的深度稱為側(cè)向切削深度。