[科普中国]-UG编程

UG编程是指采用西门子公司研发的专业3D软件UG / NX （Unigraphics NX），进行数控机床的数字程序的编制。它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段，针对用户的虚拟产品设计和工艺设计的需求，提供了经过实践验证的解决方案。

简介数控机床没有程序是不能运行的。需要专业人员利用专业软件工具，根据产品的形状编制程序。UG编程就是指数控机床的程序编制。

UG是当前世界最先进、面向先进制造行业、紧密集成的CAID/CAD/CAE/CAM软件系统，提供了从产品设计、分析、仿真、数控程序生成等一整套解决方案。

软件简介Unigraphics NX 是Siemens PLM Software公司出品的一个产品工程解决方案，是一个交互式CAD/CAM(计算机辅助设计与计算机辅助制造)系统，它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。它在诞生之初主要基于工作站，但随着PC硬件的发展和个人用户的迅速增长，在PC上的应用取得了迅猛的增长，已经成为模具行业三维设计的一个主流应用。1

UG的开发始于1969年，它是基于C语言开发实现的。UG NX是一个在二维和三维空间无结构网格上使用自适应多重网格方法开发的一个灵活的数值求解偏微分方程的软件工具。

一个给定过程的有效模拟需要来自于应用领域(自然科学或工程)、数学(分析和数值数学)及计算机科学的知识。然而，所有这些技术在复杂应用中的使用并不是太容易。这是因为组合所有这些方法需要巨大的复杂性及交叉学科的知识。一些非常成功的解偏微分方程的技术，特别是自适应网格加密（adaptive mesh refinement）和多重网格方法在过去的十年中已被数学家研究，同时随着计算机技术的巨大进展，特别是大型并行计算机的开发带来了许多新的可能。

软件结构一个如UG/NX这样的大型软件系统通常需要有不同层次抽象的描述。UG具有三个设计层次，即结构设计(architectural design)、子系统设计(subsystem design)和组件设计(component design)。

至少在结构和子系统层次上，UG是用模块方法设计的并且信息隐藏原则被广泛地使用。所有陈述的信息被分布于各子系统之间。

优势来自SiemensPLM 的NX使企业能够通过新一代数字化产品开发系统实现向产品全生命周期管理转型的目标。 NX 包含了企业中应用最广泛的集成应用套件，用于产品设计、工程和制造全范围的开发过程。

如今制造业所面临的挑战是，通过产品开发的技术创新，在持续的成本缩减以及收入和利润的逐渐增加的要求之间取得平衡。为了真正地支持革新，必须评审更多的可选设计方案，而且在开发过程中必须根据以往经验中所获得的知识更早地做出关键性的决策。

NX 是 UGS PLM 新一代数字化产品开发系统，它可以通过过程变更来驱动产品革新。 NX 独特之处是其知识管理基础，它使得工程专业人员能够推动革新以创造出更大的利润。 NX 可以管理生产和系统性能知识，根据已知准则来确认每一设计决策。

NX 建立在为客户提供无与伦比的解决方案的成功经验基础之上，这些解决方案可以全面地改善设计过程的效率，削减成本，并缩短进入市场的时间。通过再一次将注意力集中于跨越整个产品生命周期的技术创新， NX 的成功已经得到了充分的证实。这些目标使得 NX 通过无可匹敌的全范围产品检验应用和过程自动化工具，把产品制造早期的从概念到生产的过程都集成到一个实现数字化管理和协同的框架中。

调度和优化UG（Unigraphics NX）使用的flexnet提供授权的浮点式License，服务器端提供一定数量的License以便客户端可以随时去调用，这个浮点式License的特点是License并不属于个别用户，所有用户都可以在它空闲的时候去调用它，提高了License的使用效率。目前业界最为知名的此类软件是LMT LicManager，它的解决方案已被多家世界500强企业所采用。

CAM模块简述UG CAM是整个UG系统的一部分，它以三维主模型为基础，具有强大可靠的刀具轨迹生成方法，可以完成铣削（2.5轴～5轴）、车削、线切割等的编程。UG CAM是模具数控行业最具代表性的数控编程软件，其最大的特点就是生成的刀具轨迹合理、切削负载均匀、适合高速加工。另外，在加工过程中的模型、加工工艺和刀具管理，均与主模型相关联，主模型更改设计后，编程只需重新计算即可，所以UG编程的效率非常高。2

UG CAM主要由5个模块组成，即交互工艺参数输入模块、刀具轨迹生成模块、刀具轨迹编辑模块、三维加工动态仿真模块和后置处理模块，下面对这5个模块作简单的介绍。

（1）交互工艺参数输入模块。通过人机交互的方式，用对话框和过程向导的形式输入刀具、夹具、编程原点、毛坯和零件等工艺参数。

（2）刀具轨迹生成模块。具有非常丰富的刀具轨迹生成方法，主要包括铣削（2.5轴～5轴）、车削、线切割等加工方法。本书主要讲解2.5轴和3轴数控铣加工。

（3）刀具轨迹编辑模块。刀具轨迹编辑器可用于观察刀具的运动轨迹，并提供延伸、缩短和修改刀具轨迹的功能。同时，能够通过控制图形和文本的信息编辑刀轨。

（4）三维加工动态仿真模块。是一个无须利用机床、成本低、高效率的测试NC加工的方法。可以检验刀具与零件和夹具是否发生碰撞、是否过切以及加工余量分布等情况，以便在编程过程中及时解决。

（5）后处理模块。包括一个通用的后置处理器（GPM），用户可以方便地建立用户定制的后置处理。通过使用加工数据文件生成器（MDFG），一系列交互选项提示用户选择定义特定机床和控制器特性的参数，包括控制器和机床规格与类型、插补方式、标准循环等。

切削方式往复最常用在加工无边界和凸起的平面，刀路只走直线，来回切削。优点：来回走刀效率高，刀路美观，加工表面度好。3

UG编程生成刀路的原理：

根据工件的外形轮廓，依次往外或者往内按照一定步进距离一圈一圈的偏置。比如一个平面中心有个8字形的凸起（也叫岛屿），那么我们生成的开粗刀路就是8字形，然后8字形的刀路一圈一圈往外扩。

跟随工件最常用的一种切削走刀方式。其根据最大外形轮廓向外或向内偏置。并且按照最优的路径往复切削不单是走直线，而且可以走曲线，属于两轴联动。

优点：可以加工任何形状规则或者不规则的产品，自动生成最优的切削路径，对工件整体开粗，快速去掉大量的余料。效率高（对比跟随周边模式）。缺点：抬刀较多（很多时候可以接受），只适合粗加工和半精加工。

需要特别注意设置的参数：

1切削—连接---打开刀路—变换切削方向（进一步减少抬刀次数）。

2方法—传送方式：如果选择先前平面模式，则进给率选项--横越值一定要赋予一个数值，比如6000或8000。

清角用于型腔开粗后，换刀加工的必要步骤，大直径刀具开粗后，小直径刀具中光之前。

一定要用小刀对大刀加工过的部位进行清角，以防止小刀中光加工时撞刀发生。所以一般型腔产品的加工步骤举例如下：

清角方法：使用3D基于层参考刀具。

实际加工中清角最常用的方法是参考刀具，我们重点掌握此种方法即可。

参考刀具：如果准备用D4的刀具清理上一把D12开粗后留下的残料，那么D12就是参考刀具，选择参考刀具的原则是大于等于上一把开粗刀具的直径，例如以上可以选择D12或者D14。

注意事项：余量的设置，D4清角时为了不碰到工件侧壁，留的余量值应该大于等于D12开粗时留得余量，比如D12开粗余量0.3，那么D4清角余量可以留0.4。

参考刀具的使用一般用在型腔铣中。

如果当前刀具小于参考刀具的二分之一，比如D4对D12，切削模式选跟随工件。

如果当前刀具大于等于参考刀具二分之一，比如D6对D12，切削模式可选配置文件。

跟随周边适合简单外形轮廓的零件，原理是根据最大外形轮廓和最大内形轮廓共同生成刀路。可以灵活改变切削的方向，因为不抬刀所以效率较低。

参数设置：切削—切削方向向内（加工岛屿）或者向外（加工形腔侧壁）。

清壁：补刀的意思，即加工完成后对零件的外形轮廓再走一刀，保证完全切削。

配置文件只在工件最大外形处生成刀路，这种切削方式只适合于精加工，也就是在毛坯已经被大量去掉的情况下，最后精刀加工到位。

比如常用加工思路：跟随工件粗加工---配置文件精加工。

小结：实际编程工作中用到的切削方式只需熟记三种跟随工件（开粗、铣带侧壁的平面）、配置文件（精加工侧壁）、往复（铣无侧壁平面）、足够用。

几何体部件即准备加工的零件，必须要指定，这样电脑才能知道加工哪里。所以要指定一个实体（比如一个法兰，一个基座）。有一个例外：2D刀路的部件是选择线（只有这一个例外）。加工的刀路只分成2D刀路和3D刀路，其实很好区分，部件是实体就是3D刀路，部件是线就是2D刀路。3

隐藏体即毛坯体，有加工余量的工件。一般需要我们自己事先画出一块方料，或者棒料或者沿工件外形偏置一定余量，比如铸件。

不一定每次加工都要指定毛坯体，判别何时指定毛坯体，方法也很简单，准备对零件进行粗加工的时候，这时就要指定毛坯体即隐藏体，也就是说要告诉电脑，我的毛坯体有多大，刀具从哪里开始去除残料。如果不指定毛坯体，电脑无法得知毛坯，就无法计算刀路，或者错误指定毛坯体与实际毛坯的尺寸不符合，就会出现扎刀或者撞刀的风险。比如开粗常用的型腔铣，初学者一般要指定毛坯体（当然以后会知道，也可以不指定毛坯体）。

精加工不需要指定毛坯体，精加工就意味着，部件的毛坯余量已经很小，比如单边在1~0.1mm之间，刀具沿工件外形加工，就完全可加工成型，指定毛坯体没有意义。所以精加工常用的操作等高轮廓铣，曲面区域铣，就没有指定毛坯体的步骤。

检查体图标是个压板的形状，大意是压在工件上的压板（所以一般指定实体），因为压板是不能加工的，所以刀具既不能加工压板而且不能碰到压板，所以检查体上不会生成任何刀路。应用：在某些时候可以通过检查体来阻止某个地方生成刀路。

一般不用指定，指定情况：

1加工时有重要的地方不能碰到，可以将其设置成检查体或者检查面。

2不让刀路在此生成，可以画一个实体，当做检查体，阻止刀路生成。

切削区域一个工件不一定要全部加工，有可能只是要加工其中一个面，这时我们选择完部件后还有进一步选择部件上要加工的面（如果不选择切削区域，那么即默认整个部件全部加工）。可以选择一个面或者可以多个曲面同时选择。

一般常用于精加工，比如等高轮廓铣，曲面区域铣。粗加工型腔铣一般不选择切削区域。

修剪体具体可以理解成修剪框，常用矩形的线框当作修剪框，（矩形用屏幕四点来画出）进一步控制刀路的形状，不想生成刀路的地方，用矩形边框修剪掉即可，很灵活比较常用，一定要掌握。

部件区别去其它操作用实体生成刀路，平面铣是通过曲线来生成刀路，所以这里的部件要选择曲线。曲线分成封闭曲线和开放曲线，所以加工区域要指明：是封闭曲线的内部还是外部，是开放曲线的左侧还是右侧。3

底面只有平面铣程序里存在，通过平面来指定加工的深度。直接选择现有的面或者相关面给定距离。

步进刀具切削时，水平方向进刀的距离，即控制刀路的疏密程度，步进小表面度光滑，加工时间变长。

最常见用：刀具直径百分比来控制：

开粗不求表面质量，要求效率，步进给大75%-85%左右，精加工要求表面质量步进给小45%--60%。

恒定：给定固定的进刀数值，不常用。

残余波峰高度：两此走刀，之间的残料高度，适合精加工球刀使用0.0008mm，不常用。

可变的：适合精加工侧壁，在走最后一刀路径之前，附加一条或者多条刀路，附加刀路的距离和刀路数量则由步距大小和刀路数来控制。

小结：步进是针对粗加工。也就是水平方向有多条刀路，而精加工只沿工件轮廓加工，水平方向只有一条刀路，所以步进不起作用。想产生步进多个刀路，只能用到可变的步进方式。

控制点切削区域起点：控制每一层刀路的进刀位置，给定一点后，电脑会尽量将进刀位置放在你指定的点位，生成整个刀路。优点：可以将进刀点统一，使刀路整洁，对刀路本身没有影响。缺点：系统并不会完全按照你的指定，取决于你的点位是否合理。

小结：开粗刀路较乱，使用控制点可以统一进刀位置，相对整洁一下刀路。因为精加工刀路本身就很整洁，指定进刀点，一般用来控制下刀位置，比如从工件左侧还是右侧下刀。

预钻孔进刀点：一般不使用，不必掌握。

切削参数顾名思义，里面的所有参数都是控制切削加工的要素，任何改动都将会改变刀路的最终生成和工件最终尺寸大小，请读者注意。不过也不用担心，要熟练掌握的参数只有一半左右，但是切削参数必须要重点熟练掌握。（只能反复练习）。

策略：选择切削方式（比如跟随工件）之后，进一步设置切削方式的具体参数。

切削顺序：深度优先和层优先两种，深度优先效率高，专注加工一个区域到位后，再抬刀移动到下一个区域加工，很少抬刀，适合加工一般常规零件。层优先安全，整体一层一层往下加工，如果有多个区域则同时加工，抬刀较多，适合复杂多型腔岛屿零件。

小结：如果工件只有一个型腔或者一个加工岛屿，那么两者切削顺序没有区别。

切削方向：统一选择顺铣即可。

毛坯即工件加工后余量的设置。余量分为侧壁余量和底部余量，粗加工必须留余量，给精加工准备，精加工余量设置为零即可。一般侧壁余量大一点，底部余量小一点。

内外公差：系统生成刀路的精细程度，粗加工公差初始0.03精加工可以改成0.01，不改问题也不大。

连接只需要将打开刀路—变换切削方向，提高效率，其它默认。

切削参数需要重点掌握的参数就以上这些，很简单。注意这是切削方式为跟随工件的切削参数设置，而如果换成往复等其它的切削方式，则切削参数的设置略有不同，但大体都差不多。以后会具体讲到其它的。

方法即更高版本UG里的非切削参数命令。顾名思义，这里面的参数设置不会改变工件实际切削尺寸，它只改变进刀退刀，快速进给等非切削刀路的轨迹。

水平进刀参数，刀具进刀时离工件水平的距离，通常设置成大于等于刀具半径的一半。

竖直进刀参数，刀具进刀时离工件竖直的距离，通常设置成1-3mm即可，

最小值：与竖直一致。

初始进刀：第一条刀路的进刀方式内部进刀：除了第一刀剩下的进刀方式，全部默认自动（自动参数另外设置）即可。如果想取消进刀，选择刀轴，就没有水平进刀。

初始退刀和内部退刀：同进刀一样，略。

传送方式可以理解为，刀具由上一层到下一层的进刀方式，一般有三种：

一、安全平面刀具走完一层后，立即返回参考平面，然后再继续切下一层；

二、先前平面，刀具走完一层后，只向上抬高竖直高度的距离，然后继续切第二层，由此可见，第二种的抬刀距离小所以效率高；

三、直接，刀具走完第一层直接进入第二层，严重不推荐这种传送方式，容易撞刀。只在特殊加工方法中使用，2D经典刀路中会讲到。

补充：选择传送方式的方法：其实很简单，2D刀路传送方式选择安全平面，这样更安全，（等编程经验丰富以后，可随意）；3D刀路因为刀路层数较多，选择先前平面，这样效率更高，正常情况，这种传送方式也很安全，唯一要注意的是：如果选择先前平面传送，那么在进给率设置中，一定要给横越选项一个数值，比如6000，防止机床快速移刀不走直线。

切削层控制总的切削深度和每一层切削的深度。

重点掌握用户自定义两个要点：顶层和最底层（其实就是最高点和最低点）顶层是刀路从哪一层开始切，底层是最终切削到哪一层。从顶层到底层又可以分成若干个层，每一层的加工深度不一样。每层的深度我们可以自己控制，为什么要改变每层的深度？首先并不是一定要改变每层深度，可以全部设置成统一深度，这是最常用的方式，其次如果我们的加工区域有侧重点，重点加工的部位每次下刀深度要小，这样加工精密，部件表面好，不精密的部位，一次下刀深，更能提高效率。

刀轴根据三轴加工中心的刀轴方向，立式机床刀轴选择Z+，卧式机床刀轴选择X+或Y+，而如果机床安装万能转向头，那么也可以指定矢量，自定义刀轴的方向，注意刀轴方向与刀尖指向相反即可。补充：一旦刀轴方向改变，应立刻重新选择安全平面（间隙），选择的平面应该垂直于新的刀轴方向。

运动输出一旦改变刀轴方向，大部分机床不会识别I J K圆弧插补，机床会报警，这里圆弧输出改成：仅线性的，这样后处理出来的程序将全部是G01代码，不过对程序加工本身并没有任何影响，程序稍显变多，对在线加工无影响。

刀具补偿如果要让后处理生成的程序，G01带G41刀补代码，选择刀具补偿--半径补偿--选择进退刀—一般默认参数—最小移动2.5，最小角度10°。注意最小移动2.5要小于方法里面的水平数值（默认刀半径），这样补偿加工才能安全。

进给率主轴速度S：比如D10直径的钨钢铣刀，转速S2500-30003

进给F：即剪切F值。

进刀退刀等参数默认0与剪切速度一致。

横越即快速移刀，默认0，机床自带快速移刀，移动轨迹为X轴Y轴，一旦给定数值，引动轨迹为最近直线。注意区别，因为机床自动移刀，可能会撞到工件，最安全的方法是给定数值，例如6000或者8000。

刀路的认识一组完整的刀路包含：快速进给（深蓝）--进刀（黄色）--切削（淡蓝）--步进（绿色）--切削（淡蓝）--退刀（淡粉）--快速进给（深蓝）。进刀、切削、步进的进给量由F控制，退刀和快速进给的进给量默认是零根据实际机床给定（虚线），也可以指定与切削F一样，此时变实线。

本词条内容贡献者为:

孙锐 - 教授 - 合肥工业大学