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UG CAD/CAM在液压泵上的应用
0 引 言
  
市场经济与科学技术的发展，极大地加速了产品结构的更新换代，尤其是高技术含量的液压泵及马达产品。传统的手工绘图以及单独的CAD（微型计算机+AutoCAD）和CAM（计算机辅助数控编程系统）产品开发模式，已远不能适应市场瞬息万变的需要。
  
为此，我们探索出了液压泵CAD/CAM的新模式，取得了良好的效果。现介绍如下。
  
1 液压泵CAD/CAM的研究开发
  
1.1 系统信息流程图
  
　
  
　
  
图1
  
液压泵的CAD/CAM系统的流程图见图1所示。
  
1.2 系统软件与硬件的选择
  
1.2.1 计算机系统软件和硬件
  
针对液压泵系列产品的结构特点和工厂现有的工艺装备状况，经过分析与论证，选择了Sun工作站和美国EDS(Electronic Data Systems)公司的UG(Unigraphics)软件。UG是一个集设计、分析和制造为一体的集成软件系统。
  
1.2.2 生产单元
  
选用功能全、精度高、具有标准通讯接口的FANUC 0系统的立式加工中心和西门子880系统的卧式加工中心作为本系统的生产单元。
  
2 CAD/CAM的实施
  
实施难点：三维实体造型、刀位文件的生成，NC后置处理、数据传输。
  
2.1 典型零件的选择
  
经综合分析，我们选取两种结构各异，很具代表性的零件作试件。一是型面和内部结构复杂，形状独特，用普通CAD技术难以观察分析的壳体零件（如图2所示）。二是用传统加工方法较难实现的叶轮零件（如图3所示）。
  
图2 壳体
  图3  叶轮
   
  
2.2 三维实体造型
  
UG的CAD模块具有完全特征化的参数及变量几何设计方式；先进的实体造型功能；有限元处理自动生成曲面。
  
可利用UG Modeling/Drafting 完成典型零件的三维实体造型。具体可用到的图形功能有Point、Line、Curve、Sheet Body、Solid Body及尺寸标注等功能。
  
2.3 UG CAM的应用
  
UG的CAM模块提供了一种交互式编程产生精确加工轨迹的方法。只要设计模型能建立，不管其复杂性如何，都可产生用于加工的数据。而且CAM产生的数据与CAD模型是相关的，如果通过编辑手段和参数修改模型，相关的刀具轨迹便会得到更新和修改。通过这一模块可以建立一种称为刀具位置源文件（CLSF）的刀具轨迹文件。这个基本模块允许用户通过观察刀具运动来图形化地编辑刀具轨迹，并进行图形化的修改，CLSF文件同时能相应地修改。
  
2.3.1 后置处理程序的设计
  
CLSF文件格式是标准格式，不能被数控机床接受，通过UG的通用后置处理模块（GPM），把CLSE文件格式转换成数控机床能识别的指令格式。对于不同的系统对应有完全不同的NC程序格式，即使是相同的数控系统而机床不同，其NC程序格式也会不同。因此，必须在通用后置处理模块的基础上设计对应机床的专用后置处理模块（MDF〕。本文生产单元中有西门子880系统的四轴卧式加工中心和FANUC 0系统的四轴立式加工中心，我们针对各个NC机床的特点，开发了MDF文件库。在编制MDF文件时，我们针对四轴联动、机床的装夹与机床转轴的关系、转轴的类型、机床立卧状态的选择、主轴的选择等难点进行了重点攻关。
  
2.3.2 数据传输
  
虽然，选择的生产单元都具有标准RS232C通讯接口，但是，只有通讯接口并不能实现计算机与数控机床之间的数据传输，必须具备有编程服务器才能实现计算机与数控机床之间的数据传输。为此，选用了中国珠峰公司的编程服务器（包括数据通讯软件），并对我厂的FANUC0、FANUC6、FANUC7、SIEMENS880数控系统的传输电缆和接口参数进行了改制。
  
3 液压泵CAD/CAM的实现
  
3.1 CAD开发与应用
  
3.1.1 壳体CAD开发与应用
  
壳体(图2所示)是我厂新研制的一种高压大流量航空液压泵中的重要零件之一。该零件内外形状都非常复杂，底部为控制油路，斜孔较多。在零件设计过程中设计员需了解壳体的最终形状、尺寸的协调性以及控制油路相互沟通的情况。首先用UG－modeling模块，采用特征建模、草图建模的方式完成壳体的三维实体造型，从而在SUN工作站上可直观地看到壳体的最终形状，然后用UG的曲面修剪等功能对不合理的零件结构进行修正。航空产品的重量是一个重要的性能指标，在保证强度的要求下，对壳体的几何形状进行了修正，以达到重量要求。壳体的控制油路较多，大部分处于高压区，为保证油路之间相互沟通和不沟通油路间的壁厚，将油路孔单独剥离出来，进行观察，对于不合理的油路角度和尺寸进行及时动态修正。
  
在进行CAD/CAM开发应用过程中，CAD设计员与CAM设计员同时参与零件从设计到制造的全过程，达到协同工作，使零件在任一环节出现的误差都能在零件未成品前得以修改，使零件既具有良好的工艺性又符合设计要求。
  
3.1.2 叶轮CAD的开发与应用
  
叶轮(图3所示)具有外形复杂，形状独特，采用特征建模和曲面造型即可方便地完成该零件的三维实体造型。
  
3.2 CAM的开发与应用
  
3.2.1 CLSF刀位文件的生成
  
根据壳体的材料，结构，选用120把刀具来建立CAM刀具库,利用UG的Basic machining和Planar milling等功能直接在零件模型上生成了刀具的加工轨迹，并对刀具轨迹进行模拟演示，确认刀具轨迹正确，便生成零件的刀位文件(CLSF)。根据叶轮的结构特点，选用Φ6钻头和Φ10以及Φ8的球头立铣刀来建立CAM刀具库，钻孔的刀位文件用Point To Point模块中的Standard Drill子模块生成；外型面粗加工的CLSF刀位文件用Plannar Milling模块中的Follow Pocket子模块生成；外型面精加工的CLSF刀位文件用Cavity Milling模块中的Profile子模块生成。
  
3.2.2 动态仿真加工
  
用Vericut模块对两试件进行动态仿真加工，Vericut真实地再现了两试件从毛坯到成品的金属切削的全过程，迅速地、准确地验证了刀具轨迹和零件装夹方向等。确认加工刀具轨迹完全正确后，即可装零件进行试加工。
  
3.2.3 零件的实际加工
  
零件动态仿真加工结束后，通过后置处理模块，把CLSF文件格式转换成能被NC机床识别的NC加工程序，再将生成的NC加工程序，利用计算机和机床的通讯接口输入加工单元，从而成功地完成零件的装夹、调试、加工，加工出的试件符合设计要求.全过程实现了液压泵CAD/CAM技术。
  
4 结论
  
液压泵CAD/CAM技术的应用改进了新品研制手段，使新品研制在设计阶段即有工艺介入，二者紧密结合，保证了设计的准确性和零件良好的工艺性，可以有效地缩短研制周期，提高设计、制造的成功率，探索出了液压泵CAD/CAM 的新模式，推动了工厂的技术进步， 为新品研制从传统型转向高新技术型打下了基础。

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