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沈陽理工大學學士學位論文
摘 要
高速走絲電火花線切割機床是我國的發(fā)明創(chuàng)造，其結(jié)構(gòu)簡單、性價比高，己經(jīng)成為我國制造業(yè)中不可或缺的加工手段。電火花線切割加工具有無切削力，工件材料硬度對可加工性影響不大等優(yōu)點，因此能適合各種特殊性能的材料和各種復雜表面及微細、精密、薄壁以及低剛性零件，電火花線切割技術(shù)在脆硬材料的切削及加工領(lǐng)域中已經(jīng)廣泛應用。隨著制造技術(shù)的提升，要求電火花線切割機床具有高精度、高效率。所以研究具有高附加值、應用性很強的CNC控制系統(tǒng)的電火花線切割機床，提高產(chǎn)品的市場競爭力勢在必行。本文針對快走絲電火花線切割機床的設(shè)計進行了詳細描述。通過對使用性能，工作原理的分析和了解，將其分成三個主要部分。先選取標準件和校核主要部件，再利用UG三維軟件進行綜合實體設(shè)計，CAD做最后的出圖修改，完成快走絲電火花線切割機床的設(shè)計。
關(guān)鍵詞：電火花線切割；硬脆材料；機床設(shè)計；結(jié)構(gòu)
Abstract
After lots of investigation of the internal and external methods on modeling of wire EDM process, the dissertation presents an attempt at modeling. WEDM has advantages of no cutting force and little effect on process ability, which caused by the workpiece material’s hardness. Electric discharge wire-cutting technology has been used widely in the field of Tooling and Machining of Hard and brittle materials. As improving of manufacturing technology, high precession and efficiency of WEDM is needed. Therefore, study on the WEDM of high added value and strong applied CNC control system to improve the market competitiveness is imperative. In the focus of the high speed wire-cutting machine, the article have a detailed description for its design. Through the analysis and understanding of its performance and work principle, made it into three main sections. And select the standard parts and check the main components, then use UG three-dimensional software to comprehensive the physical design and CAD drawing software to final changes made to complete the design to the high speed wire-cutting machine.
Key words: Electric discharge wire-cutting; Hard and brittle materials; Machine design; Structure
目 錄
1 緒論 1
1.1 電火花線切割技術(shù)的發(fā)展 1
1.1.1 國外切割設(shè)備發(fā)展過程及現(xiàn)狀 1
1.1.2 我國切割設(shè)備的現(xiàn)狀 5
1.2 線切割加工技術(shù)的發(fā)展方向及意義 7
1.2.1 基于PC的數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā) 7
1.2.2 人工智能(AI)技術(shù)的運用 8
1.2.3 機床設(shè)計的改善 9
1.2.4 多次切割工藝的應用 10
1.2.5 結(jié)論和展望 11
2 電火花線切割技術(shù)內(nèi)容及研究 12
2.1 電火花線切割加工原理 12
2.1.1 電火花線切割正常加工必須具備的條件 12
2.1.2 電火花線切割加工的特點 13
2.1.3 電火花線切割的應用范圍 13
2.2 電火花線切割加工機床的特點 14
2.2.1電火花線切割加工機床的分類 14
2.2.2 電火花線切割加工機床的基本組成 14
3 UG軟件介紹 16
3.1 UG的主要技術(shù)特點 16
3.1.1 集成的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境 16
3.1.2 全局相關(guān)性 16
3.1.3 并行協(xié)同工作 17
3.1.4 滿足客戶需要的開放式環(huán)境 17
3.2 UG的主要應用模塊 17
3.2.1 Gateway（基本環(huán)境） 18
3.2.2 Modeling(建模) 18
3.2.3 Shape Sdutio（工業(yè)產(chǎn)品造型） 18
3.2.4 Drafting（制圖） 18
3.2.5 Manufacturing（加工） 18
3.2.6 Structures（結(jié)構(gòu)分析） 19
3.2.7 Moldflow Part Adviser（注塑模分析） 19
3.2.8 Motion（運動分析） 19
3.2.9 Sheet Metal（鈑金設(shè)計） 19
3.2.10 Routing （管道） 20
3.2.11 Wire Harness（布線） 20
3.2.12 Assemblies（裝配） 20
3.2.13 Knowledge Fusion（知識融接） 20
3.3 UG與Pro/e的比較 20
4 快走絲電火花線切割機床設(shè)計的方案確定 24
5 快走絲電火花線切割機的設(shè)計 28
5.1 快走絲電火花線切割機的結(jié)構(gòu) 28
5.2 傳動機構(gòu)： 29
5.2.1 儲絲筒 30
5.2.2 聯(lián)軸器 30
5.3 導絲機構(gòu)： 30
5.3.1 導絲架 30
5.3.2 導輪部件結(jié)構(gòu) 31
5.3.3 導輪運動組合件的結(jié)構(gòu) 32
5.4 XY工作臺 32
6 電火花線切割機床的主要參數(shù)計算 33
6.1 確定儲絲筒基本尺寸 33
6.2 主電動機的選擇 33
6.2.1 選擇要點 33
6.2.2有關(guān)計算： 34
6.3 電動機聯(lián)軸器的選擇 35
6.3.1 常用聯(lián)軸器特點 35
6.3.2 有關(guān)計算 35
6.4 絲杠的選擇和計算 36
6.4.1 確定絲杠的相關(guān)參數(shù) 36
6.4.2 相關(guān)計算 36
6.4.3 確定絲杠副代號 38
6.5 同步帶及同步帶輪的選擇及計算 38
6.5.1 選定同步帶 38
6.5.2 選定同步帶輪 39
6.6 工作臺的設(shè)計 40
6.6.1 工作臺選材 40
6.6.2 相關(guān)計算 40
6.7 步進電機的選擇 41
6.7.1 與絲杠聯(lián)接的電動機確定 41
6.7.2 有關(guān)計算 42
6.8 工作臺導軌的選擇 45
7 工藝方案的經(jīng)濟分析 49
7.1 標準件費用 49
7.2 材料費 51
7.3 工資 52
7.4 總成本估算 53
8 結(jié) 論 54
9 參考文獻 55
10 致謝 57
附錄A 英文原文 58
附錄B 中文翻譯 74
88
1 緒論
1.1 電火花線切割技術(shù)的發(fā)展
電火花線切割加工（wire cut Electrical Discharge Machining，簡稱WEDM）是線電極電火花加工的簡稱，是電火花加工的一種，有時又稱線切割，屬電加工范疇，是由前蘇聯(lián)拉扎林科夫婦研究開關(guān)觸點受火花放電腐蝕損壞的現(xiàn)象和原因時，發(fā)現(xiàn)電火花的瞬時高溫可以使局部的金屬熔化、氧化而被腐蝕掉，從而開創(chuàng)和發(fā)明了電火花加工方法。線切割機也于1960年發(fā)明于前蘇聯(lián)，我國是第一個用于工業(yè)生產(chǎn)的國家。
被切割的工件作為工件電極，鉬絲作為工具電極，脈沖電源發(fā)出一連串的脈沖電壓，加到工件電極和工具電極上。鉬絲與工件之間施加足夠的具有一定絕緣性能的工作液.當鉬絲與工件的距離小到一定程度時，在脈沖電壓的作用下，工作液被擊穿，在鉬絲與工件之間形成瞬間放電通道，產(chǎn)生瞬時高溫，使金屬局部熔化甚至汽化而被蝕除下來。若工作臺帶動工件不斷進給，就能切割出所需要的形狀。由于貯絲筒帶動鉬絲交替作正、反向的高速移動，所以鉬絲基本上不被蝕除，可使用較長的時間。它主要用于加工各種形狀復雜和精密細小的工件，例如沖裁模的凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等，成形刀具、樣板、電火花成型加工用的金屬電極，各種微細孔槽、窄縫、任意曲線等，具有加工余量小、加工精度高、生產(chǎn)周期短、制造成本低等突出優(yōu)點，已在生產(chǎn)中獲得廣泛的應用，目前國內(nèi)外的電火花線切割機床已占電加工機床總數(shù)的60％以上。
1960年，蘇聯(lián)首先研制出靠模線切割機床。中國于1961年也研制出類似的機床。早期的線切割機床采用電氣靠?？刂魄懈钴壽E。當時由于切割速度低，制造靠模比較困難，僅用于在電子工業(yè)中加工其他加工方法難以解決的窄縫等。1966年，中國研制成功采用乳化液和快速走絲機構(gòu)的高速走絲線切割機床，并相繼采用了數(shù)字控制和光電跟蹤控制技術(shù)。此后，隨著脈沖電源和數(shù)字控制技術(shù)的不斷發(fā)展以及多次切割工藝的應用，大大提高了切割速度和加工精度。
1.1.1 國外切割設(shè)備發(fā)展過程及現(xiàn)狀
國外切割設(shè)備在脈沖電源、機械系統(tǒng)、斷絲機理、加工控制等方面均有先進體現(xiàn)及發(fā)展。
1、脈沖電源
電火花線切割加工時，一般采用水作工作液，放電時的電解腐蝕影響大，特別是對于硬質(zhì)合金的加工，電解作用會使工件表面形成一層電解變質(zhì)層，使硬度下降，模具壽命縮短。為克服電解變質(zhì)層的影響，國外廠商推出無電解電源，日本Sodick公司的BS電源、日本Mitsubishi公司的AE電源、FANUC公司的AC電源、及Seibu公司的EP電源和Charmilles公司的SI電源等都是無電解電源。 其加工原理是在不產(chǎn)生放電的加工時間內(nèi)(脈沖間 隔)施加一反極性電壓，加工時仍采用以往的正極性加工，這樣可以使漏電流控制到最低限度。采用無電解電源后，生產(chǎn)效率約比傳統(tǒng)的電源降低30%，最大的生產(chǎn)效率約為260～270mm2/min，加 工表面粗糙度達Ra0.1～0.2μm。目前的無電解電源可以進行從粗加工到精加工的整個加工過程，但單獨使用此電源所能達到的表面粗糙度略低于微精加工電路所達到的最佳指標，其優(yōu)點在于消除了電解變質(zhì)層，減少裂紋，提高表面硬度，大大提高了工件壽命，減少精修次數(shù)。此外，無電解電源在加工鋁、黃銅、鈦合金等材料時，工件的氧化情況也有很大的改善。
電火花線切割加工件的表面缺陷，不僅指電解變質(zhì)層，而且還包括熱變質(zhì)層、微裂紋鍍覆層及鐵銹等方面。為了改善工件的表面質(zhì)量，Charmilles公司的對策是在等能量的原則下，將 脈寬變窄拉高，使放電能量集中，讓材料以汽化方式蝕除。這樣配備了MF微精加工電路的SI電源保證了表面完整性。用過去的電源加工時，變 質(zhì)層為4～5 μm，用SI電源及細絲加工時，變質(zhì)層為1μm以下。據(jù)介紹，日本Mitsubishi公司的EAⅡ電源加工后的表面也不產(chǎn)生微裂紋，可以獲 得與磨削加工幾乎一樣的表面。
與脈沖電源密切相關(guān)的還有電源參數(shù)的控制問題，它不僅涉及到電源技術(shù)，同時還涉及到自動控制領(lǐng)域。有關(guān)脈沖電源參數(shù)的控制將在控制系統(tǒng)部分敘述。
2、機械系統(tǒng)
為提高加工精度和改善控制性能，電火花線 切割機床的機械部分也得到改進，有的已將電火花線切割加工技術(shù)提高到一個新的境界。
日本Sodick公司創(chuàng)造性地在電火花線切割機床的伺服系統(tǒng)上使用直線馬達驅(qū)動，使精加工脈沖的利用率大幅度提高。直線運動的導向也采用了與直線電機高響應速度相適應的滾動導軌，這些措施的綜合使用，實現(xiàn)了機床的精密控制和長期的精度保持性。
瑞士的CHARMILLES公司的超精密電火花線切割機床ROBOFIL-2030SI在機械系統(tǒng)上有自己的新意:該機采用新的走絲系統(tǒng)，電機絲在皮帶運絲機構(gòu)中作橫向擺動，大大減少了皮帶磨損出溝問題，使絲張力和走絲速度更加穩(wěn)定，而且皮帶的使用壽命至少有1000h。最近又推出了雙走絲系統(tǒng)線切割機。
此外，自動穿絲技術(shù)方面也有重大進展。穿絲前除了進行加熱、拉細、變硬的準備處理外，在保護套管下端還設(shè)有一細脖子，當電極絲經(jīng)上述處理后，因為此處散熱較慢，會過熱拉斷，形成自然的尖錐，從而不再需剪切機構(gòu)，也不會有剪切毛刺，影響穿絲的成功率。用<0.1mm的電極絲，可穿過<0.16mm的起始孔50次，成功率100%，一次穿絲時間10～15s。重穿絲可以在切縫中進行，不必回到起始孔位置，其范圍已擴大到直徑為0.07～0.3mm的電極絲。
另一個重大改進是用恒溫水冷卻立柱。ROBOFIL2030SI機床的工作液(高純水)有一套溫控裝置，控制水溫在(20±0.5)℃范圍，用專門的循環(huán)水泵將其川流不息地在立柱冷卻管道中通過，不管室溫如何變化，立柱溫度不變。瑞士的Agie公司為減少機床精度的變化對加工精度的影響，而采取了統(tǒng)一的溫度場，其機床裝有兩套溫度控制系統(tǒng)，分別控制加工區(qū)與U、V軸兩軸的溫度，以及電源箱、機床與室溫的空氣冷卻。兩套溫控系統(tǒng)通過溫度計進行調(diào)整，使溫差不超過1℃。
在電火花線切割加工中，由于電極絲的滯后彎曲變形，在角度加工時會產(chǎn)生塌角誤差，特別在小角度與小圓弧切割時表現(xiàn)更為明顯。Agie公司在這方面擁有稱為Pilot的專利技術(shù)，它利用一 套光學系統(tǒng)測量電極絲受力時彎曲變形量，由 CNC系統(tǒng)進行補償，其分辨率為2μm，采樣頻率為每秒15次，這樣不僅提高了角度的加工精度，而且使加工速度比一般的拐角對策提高了60%。
3、斷絲機理
一般認為，斷絲主要是由于火花放電集中引起電極絲溫度過高而熔斷，這一點與檢測到的斷絲先兆是一致的。因此從熱傳導理論研究電極絲的溫度分布成為研究斷絲機理的主要研究途徑。M. Jennes、R. Snoeys和W. Dekeyser建立了熱模型，并分別用解析法和有限差分法計算了不同加工條件下電極絲上的溫度分布。S.Banejee對Jennes的模型進行了修正和簡化，新模型考慮了脈沖時間內(nèi)放電通道寬度方向上的熱能擴散。研究的結(jié)果表明:斷絲前的熱載荷超過平均值;脈沖寬度和絲徑的大小對絲溫的影響大;熱對流系數(shù)對絲溫的影響大，沖液的狀態(tài)對避免斷絲十分重要;焦耳熱和絲振的作用可相對忽略
K.P.Rajurkar等也進行了這方面的研究，但所獲得的熱傳導計算結(jié)果與實際加工結(jié)果相差較大，只能是定性或粗定量地反映電極絲上的溫度分布和蝕除速度。此外，他們還研究了冷處理后的電極絲與加工性能之間的關(guān)系，使用在77Ο的低溫中存放24小時后的電極絲進行切割，斷絲的可能性降低了30%。
對于等能量脈沖電源，研究的結(jié)果表明斷絲有兩個重要先兆:(1)火花放電機率在短時間內(nèi)(50ms～2s)突然上升，由于放電頻率過高使電極絲局部溫度很高，進而導致斷絲。(2)正?；鸹C率的下降，異常放電機率逐漸上升也是斷絲的一個先兆，由于絲損上升，電極絲變細，最終被拉斷。K.P.Rajurkar等還指出加工過程中工件厚度的突變是引起放電集中的主要原因之一，因此需要在線檢測工件厚度的變化，調(diào)整相應的工藝參數(shù)，控制電極絲的進給速度和放電頻率，在不斷絲的情況下得到較佳的切割速度。
由于斷絲先兆持續(xù)的時間短，防斷絲控制的實時性要求高，因此控制參數(shù)的選擇非常重要。在線切割加工中，脈沖間隔能夠快速調(diào)節(jié)向放電間隙輸入的能量，同時脈沖間隔變大，使放電間隙電蝕產(chǎn)物排除的時間增加，能有效改善放電集中現(xiàn)象，使斷絲發(fā)生的機會大大降低，這使脈沖間隔成為防斷絲控制的首選控制參數(shù)。
4、 加工控制
電火花線切割加工中，由于檢測量與控制量之間的非線性關(guān)系，使得經(jīng)典控制理論難以取得較好的效果。針對高速走絲線切割加工控制，Huang.Y.H等在分析機床的加工工藝特點后，提出了步進電機進給步周期的推算算法，使在切割厚度變化情況下也能很好地跟蹤，獲得最佳切割速度。Zhang.W等用自校正控制算法來進行控制伺服進給，并通過試驗確定系統(tǒng)的預報模型為二階模型，控制模型的參數(shù)采用在線遞推估計法。試驗表明這些控制算法在一定的實驗條件下取得了較好的加工效果，對不同的加工條件都有較好的適應能力。
對于慢走絲電火花線切割加工，火花放電機率的高低和波動不僅關(guān)系到加工速度，同時與加工穩(wěn)定性和斷絲問題是密切相關(guān)的。K.P.Ra2jurkar等認為不同厚度工件的最佳火花頻率不同，因此必須實現(xiàn)工件厚度的實時檢測。為了在線識別工件厚度，建立一個多輸入?yún)?shù)模型，用間隙電壓量、伺服進給量和實時檢測的火花機率來識別，這使得在伺服進給不穩(wěn)定時也能有很高的精確性。他們還通過實驗建立了厚度與最佳火花機率關(guān)系的公式，當工件厚度識別后，最佳的火花頻率也就確定了。在控制火花機率上，他們采用了自適應控制理論來建立了一個一階控制模型，模型參數(shù)同樣采用在線遞推辨識以適應放電加工的隨意性。試驗表明，該控制策略使在變厚度切割條件下也能始終維持最佳的火花機率，保持高速切割，同時有效避免斷絲的發(fā)生，這在電火花線切割加工自適應控制研究是相當先進的。
M.T.Yan，Y.S.Liao等是較早在電火花線切割加工控制系統(tǒng)中運用模糊邏輯控制理論的。同建立在精確數(shù)學模型的經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論想比，模糊控制更適合于多輸入非線性、時變或具有高度不確定性的系統(tǒng)的控制，而且控制器的規(guī)劃設(shè)計可以充分利用熟練操作人員及專家的經(jīng)驗;此外將自適應和學習能力引入到模糊控制中，使模糊控制規(guī)則、隸屬函數(shù)和模糊量化在控制中可自動調(diào)整和完善。這些特點都非常適合電火花加工控制。在此基礎(chǔ)上，對脈間和進給伺服參考電壓采用模糊自適應控制。試驗表明，與傳統(tǒng)的控制相比較，采用模糊控制技術(shù)具有良好的自適應能力，控制器可以由放電間隙狀態(tài)的檢測來感知加工條件的變化，從而自動調(diào)節(jié)控制參數(shù)，如同一個熟練的機床操作人員，試驗研究取得了滿新意的結(jié)果。
在拐角切割控制加工上，W.J.Hsue,S.S.Lu等在控制策略上有新的成果，他們提出了“放電 角”的新概念，并利用此概念分析了常見拐角加工 的材料去除率，指出在拐角切割且當保持恒速伺服進給時，材料蝕除量是在不斷發(fā)生變化的，不象在進行直線切割時，材料蝕除量是恒定的，因此在切割拐角時，向放電間隙輸入的放電能量要與材料的蝕除量相一致，否則拐角的切割由于過多的放電能量而形狀精度下降。在控制放電能量的同時，他們還對電極絲的張力進行控制，當切割拐角時增加電極絲的張力來改善由于電極絲彎曲而使精度下降的現(xiàn)象，研究中的試驗結(jié)果表明這種全面控制策略取得相當好的加工精度。它代表了這種切割方式最新發(fā)展水平。
總之，國外切割設(shè)備的發(fā)展日新月異。300mm切割機已在生產(chǎn)線上運行，更大直徑的切割機已經(jīng)在研制或完善中，隨著材料加工設(shè)備的更新?lián)Q代，將在21世紀有力地推動超大規(guī)模集成電路的迅猛發(fā)展。
1.1.2 我國切割設(shè)備的現(xiàn)狀
1、機床品種多樣化、年產(chǎn)量穩(wěn)步增長
多年來,我國生產(chǎn)的數(shù)控電火花線切割機一直是單一的高速走絲線切割機。近幾年來,為了滿足市場需要,又開發(fā)生產(chǎn)了自旋式電火花線切割機、走絲速度可調(diào)的電火花線切割機(含高低雙速走絲電火花線切割機)以及低速走絲電火花線切割機等。機床品種的多樣化可以滿足用戶的需要,擴大數(shù)控電火花線切割加工的應用范圍。
高速走絲電火花線切割機是我國當前發(fā)展的主要產(chǎn)品,廣大科技工作者為了進一步提高它的工藝性能及自動化程度做了大量開發(fā)研究工作,并開發(fā)生產(chǎn)了2000mm×1200mm×500mm及1000mm×630mm×1000mm等超大型高速走絲電火花線切割機床,擴大了它的應用范圍,滿足了用戶的各種需要,使其年產(chǎn)量穩(wěn)步增長,至今已達12000臺/年,并有約300臺/年出口到世界各國。
低速走絲電火花線切割機過去曾是“出口機”的代名詞,現(xiàn)在已有蘇州沙迪克三光機電有限公司、北京阿奇工業(yè)電子有限公司、蘇州電加工機床研究所、漢川機床廠等多家制造廠商自行開發(fā)生產(chǎn),年產(chǎn)量達300多臺。這些機床性能好,價格不到進口機的一半,深受國內(nèi)用戶的歡迎。
自旋式電火花線切割機和走絲速度可調(diào)的電火花線切割機目前雖處在開發(fā)和完善階段,產(chǎn)量也不大,但開發(fā)思想都是企圖借鑒高速走絲和低速走絲二者的優(yōu)點來創(chuàng)造一種新型的電火花線切割方法。它的成功不僅能為我國的電火花線切割機增加一個新品種,并以它性能價格比好以及加工消耗低的特點找到它自身的應用范圍,而且為高速走絲的電火花線切割機的多次切割工藝奠定基礎(chǔ)。
2、高速走絲系統(tǒng)日趨完善
高速走絲有助于工作液進入窄小的加工區(qū),改善排屑條件,這對于切割大厚度工件以及提高切割速度都是很有作用的;同時,電極絲的往返運動可使電極絲重復使用,減少電極絲的消耗,降低切割加工的生產(chǎn)成本。然而,高速走絲也會造成導向器(導輪、導向塊等)的磨損和系統(tǒng)的振動,加上電極絲的張力不易控制,它將給加工穩(wěn)定性、加工精度及表面質(zhì)量帶來嚴重影響。為了解決高速走絲所存在的問題,完善高速系統(tǒng),廣大科技工作者已做了大量的開發(fā)研究工作,并獲得了明顯的效果。
上海大量電子設(shè)備有限公司已于1999年開發(fā)生產(chǎn)了數(shù)字程序控制短程往返走絲系統(tǒng),根據(jù)加工條件設(shè)定正向移動和反向移動的時間,以消除高速走絲的換向切割條紋,改善加工表面質(zhì)量。
北京阿奇工業(yè)電子有限公司根據(jù)高速走絲正向和反向移動張力不一的缺點,開發(fā)了新型的恒張力高速走絲機構(gòu)。這種新型機構(gòu)不僅可以緊 絲,而且可以保證正向和反向移動時電極絲的張力基本一致。因為,走絲系統(tǒng)上、下絲架的導輪是對稱設(shè)置的,可以保證正、反移動時產(chǎn)生摩擦阻力相近,使電極絲的張力在整個加工過程中恒定。
電極絲的張力直接影響電極絲的振動和頻率,并影響線切割加工效果。為了使高速走絲系統(tǒng)的電極絲張力恒定,華中理工大學開發(fā)了一種高速走絲線切割機鉬絲恒張力伺服系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)的實際使用雖然存在不少問題,但他們的開發(fā)思路是積極的。
為了提高絲架的剛性,南昌江南電子儀器廠開發(fā)了龍門式絲架,非常適合于大中型電火花線發(fā)割機,且錐度切割不受偏移量限制。蘇州沙迪克三光機電有限公司開發(fā)生產(chǎn)的錐度切割裝置可以穩(wěn)定切割72°的錐形零件,而蘇州金馬機械電子公司的DK7740B機床能在200mm厚的工件作30°錐度的切割,表明近幾年來我國高速走絲WEDM機床的加工范圍有了較大發(fā)展。
1.2 線切割加工技術(shù)的發(fā)展方向及意義
高速走絲線切割機由于受到電極絲損耗、機械部分的結(jié)構(gòu)與精度、進給系統(tǒng)的開環(huán)控制、加工中工作液導電率的變化、加工環(huán)境的溫度變化及本身加工的特點(如運絲速度快、振源比較多、導輪磨損大)等因素影響，機床的加工精度有限。以目前機床的現(xiàn)狀，要在較短的時間內(nèi)與低速走絲線切割機在加工精度方面進行競爭，困難是相當大的，而且研究開發(fā)的代價也會很高，機床的制造成本將大幅度提高，從現(xiàn)實和市場的角度來考慮都是不太適宜的。因此，高速走絲線切割機的發(fā)展策略是揚長避短，以發(fā)展中低檔機床爲主，使機床向適當加工精度、良好的加工穩(wěn)定性和容易操作的方向發(fā)展，來滿足不斷發(fā)展的生産需要。目前市場上高速走絲線切割機最大的優(yōu)勢在于擁有良好的性能價格比，機床的進一步發(fā)展必須以此爲基本出發(fā)點，不能過分強調(diào)機床加工精度，而忽視機床性能價格比的因素。如違背這一原則，機床制造商和用戶都難以接受。爲在較短的時間內(nèi)，使高速走絲線切割機的加工性能有較大的提高，在今后的發(fā)展中應優(yōu)先注意以下方面的研究。
1.2.1 基于PC的數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)
數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的核心部分，其控制性能不僅直接影響機床加工的質(zhì)量和穩(wěn)定性，而且也是擴大機床加工范圍、實現(xiàn)復雜加工的重要手段。目前，各國都非常重視數(shù)控技術(shù)的研究，將其作爲實現(xiàn)制造技術(shù)突破性發(fā)展的一個重點。數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)當前發(fā)展的一個重要趨勢是開放式數(shù)控系統(tǒng)。其含義是：數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)者在一個統(tǒng)一的體系結(jié)構(gòu)下開發(fā)自己的産品，該體系結(jié)構(gòu)是一個廣泛認可且透明的規(guī)范。這種結(jié)構(gòu)對電加工機床數(shù)控系統(tǒng)的重要性已非常明確了［1］。
高速走絲線切割機要進一步發(fā)展，必須擺脫單板機作爲數(shù)控系統(tǒng)，采用新的數(shù)控系統(tǒng)。根據(jù)目前國際上數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢及PC的發(fā)展情況，應開發(fā)和使用基于PC的數(shù)控系統(tǒng)。衆(zhòng)所周知，PC本身是插卡式結(jié)構(gòu)，是標準的開放式體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。如高速走絲線切割機開發(fā)基于PC的數(shù)控系統(tǒng)，那將是國産高速走絲線切割機數(shù)控系統(tǒng)向開放式數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的一個有效方法。當前，PC的價格持續(xù)下降，而性能和穩(wěn)定性不斷增強，使用PC不僅爲高速走絲線切割機數(shù)控系統(tǒng)提供了優(yōu)越的硬件平臺，而且能保持機床性能價格比的優(yōu)勢。
目前國內(nèi)已有基于PC的高速走絲線切割機數(shù)控系統(tǒng)，但其主要功能是加工軌跡編程，機床加工控制功能還很不完善，沒有充分利用PC的資源。今後，可在以下幾個方面開展工作：
(1)傳統(tǒng)的伺服進給控制系統(tǒng)多采用分立元件組成邏輯電路，對放電狀態(tài)的檢測一般采用平均電壓法，這種方法的缺點是對放電間隙狀態(tài)的檢測不夠準確，對放電開路狀態(tài)較敏感，而對正常放電和短路放電狀態(tài)響應較慢，難以進行準確的進給跟蹤，因此加工的穩(wěn)定性差。解決放電間隙的檢測必須對放電狀態(tài)進行分類統(tǒng)計，并建立控制模型，可采用單獨的芯片實現(xiàn)對放電間隙的檢測，控制模型以軟件的形式存在于PC中，芯片與PC以RS 232接口或主板插卡的方式連接。
(2)傳統(tǒng)的脈沖電源多爲等頻的矩形和分組脈沖信號，放電信號不隨放電加工中的間隙狀態(tài)而自適應變化，加工效果差，因此研制數(shù)字自適應脈沖電源的意義重大，該電源可直接與PC相連接，獲得放電間隙狀態(tài)的信息，并根據(jù)一定的算法進行自適應控制。
(3)加工參數(shù)的優(yōu)化選取對高速走絲線切割加工也非常重要。長久以來，高速走絲線切割的工藝數(shù)據(jù)庫和加工參數(shù)優(yōu)選功能爲國內(nèi)機床制造商所忽略，高速走絲線切割的工藝參數(shù)優(yōu)化及自動選取軟件將是新一代高速走絲線切割機必備的，同時基于PC的數(shù)控制系統(tǒng)可十分容易地將此軟件模塊進行集成。
(4)目前的高速走絲線切割機幾乎沒有教育培訓功能，因此機床的操作培訓難，機床的的使用性能依賴操作人員的水平，已是衆(zhòng)所皆知的問題，而基于PC的數(shù)控系統(tǒng)將充分利用目前PC日益成熟的多媒體技術(shù)，將爲這一功能的實現(xiàn)提供良好的軟、硬件基礎(chǔ)。
充分利用PC的資源來開發(fā)高性能的數(shù)控系統(tǒng)，將是高速走絲線切割機的一個重要發(fā)展方向。
1.2.2 人工智能(AI)技術(shù)的運用
智能化數(shù)控系統(tǒng)也是當前數(shù)控技術(shù)發(fā)展的另一個重要趨勢。由于在機床加工控制系統(tǒng)中使用了智能控制技術(shù)，機床自動如有經(jīng)驗的操作者一樣使加工過程持續(xù)、穩(wěn)定、優(yōu)化地進行。人工智能技術(shù)也成功地運用到加工參數(shù)的設(shè)定、加工程序的生成、工件位置的測定及加工結(jié)果的測量等整個機床操作過程，大大地提高了機床的加工性能和自動化程度，降低了對操作者的要求，使非熟練操作者也能取得熟練操作者的加工效果。且人工智能技術(shù)多以計算機軟件的形式存于主控系統(tǒng)，因此研究開發(fā)的成本低，而且功能易于擴展、使用靈活、更新的速度快，在當前提高數(shù)控機床的自動化、可操作性和增強機床的功能中所起的作用越來越大。
高速走絲線切割加工由于運絲速度快、開環(huán)控制等加工特點，故放電加工過程具有復雜的隨機性，傳統(tǒng)理論對其研究進展緩慢，加工機理至今還不十分明了。人工智能技術(shù)的興起，爲高速走絲線切割加工技術(shù)的進一步發(fā)展提供了新的有效方法。低速走絲線切割機中，機械部分已是相當穩(wěn)定，現(xiàn)在主要是軟件的功能不斷更新、增強，并逐步發(fā)展到運用人工智能技術(shù)。作爲有中國特色的高速走絲線切割機，應抓住這次機會，充分重視人工智能技術(shù)的研究和運用。人工智能技術(shù)運用到電火花線切割加工，在國際上也是一個新的領(lǐng)域，因此有一定的難度，在研究中要針對高速走絲線切割加工的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，同時注意借鑒國外發(fā)展的經(jīng)驗，使高速走絲電火花線切割機向智能化方向發(fā)展，以提高機床的整體加工性能。目前國內(nèi)已開始進行人工智能技術(shù)在電火花線切割加工中的研究，然而研究的深度和廣度還很不夠。還有許多方面有待進一步研究：
(1)高速走絲線切割機的伺服進給變頻調(diào)節(jié)一直依靠操作人員，因此操作人員的工作強度大，機床性能的發(fā)揮受到限制。模糊控制技術(shù)是人工智能技術(shù)中的一個重要方面，它能模仿熟練工人對機床進行控制，已在電火花成形機上成功地應用，在電火花線切割加工中具有良好的應用前景。
(2)總結(jié)多年來高速走絲線切割加工工藝研究成果，建立相應的知識庫和專家系統(tǒng)，降低機床的操作難度是十分必要的。瑞士阿奇公司的Agievision專家系統(tǒng)，其智能化功能只需規(guī)定一些有關(guān)加工工件的性能和加工要求即可。加工工序是自動生成，且自動連接各道工序，無須人工干預，大大降低了機床操作人員的工作強度。
(3)在加工參數(shù)自適應等方面能有所作爲。日本沙迪克公司推出了NF(神經(jīng)模糊)數(shù)控電源，它不必輸入復雜的NC代碼能自動選擇加工參數(shù)，并可根據(jù)加工狀態(tài)自動進行調(diào)節(jié)，使電加工機床成爲一般操作人員也能使用好的機床，解決了電火花加工過程中工藝參數(shù)設(shè)置長期以來取決于操作人員水平的問題。
將最新發(fā)展的人工智能技術(shù)引入到高速走絲線切割機中，研制高速走絲線切割機的智能化控制部件和執(zhí)行機構(gòu)，這與當前國家優(yōu)先發(fā)展高技術(shù)産業(yè)是一致的，具有重要的實際意義。
1.2.3 機床設(shè)計的改善
爲改善高速走絲線切割機的加工精度，必須進一步改進機床的結(jié)構(gòu)，使其更爲合理。目前機床的整體結(jié)構(gòu)多爲音叉式，此種結(jié)構(gòu)的剛度差，固有頻率低，易發(fā)生振動，且放電加工將産生大量的熱，使機床的本體發(fā)生較大的熱變形，這都在一定程度上影響了高速走絲線切割機的加工精度。因此，在設(shè)計機床整體結(jié)構(gòu)時，必須充分利用先進的技術(shù)手段進行分析以提高機床結(jié)構(gòu)的合理性。這方面的研究將涉及到運用先進的計算機有限元模擬軟件對機床的結(jié)構(gòu)進行力學和熱穩(wěn)定性分析。同時，機床運動精度的改善對提高加工精度也是十分重要的，傳統(tǒng)的方法是通過提高工作臺傳動鏈的零件精度與傳動剛度來改善線切割機的運動精度，但這將使機床的成本大爲增加。而建立在基于PC數(shù)控系統(tǒng)的高速走絲線切割機，可方便地運用螺距誤差與間隙補償技術(shù)來提高機床的運動精度，這種方法可在進給系統(tǒng)開環(huán)控制狀態(tài)下，較大幅度地提高機床的加工精度，且成本低，非常適合高速走絲線切割機。
高速走絲線切割機的一個重要特征是電極絲高速往復循環(huán)使用，這使機床運絲系統(tǒng)的穩(wěn)定性較差。當絲高速運行時，引起的振動較大，且導輪磨損大，此外電極絲的恒張力控制及張力分檔調(diào)節(jié)較難，運絲系統(tǒng)的這些特點在一定程度上影響了加工精度。因此，必須加強對走絲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的深入研究并進行改進，保證放電加工時電極絲運動的穩(wěn)定性。對于電極絲的往返循環(huán)使用使電極絲産生放電損耗是不能忽視的，它會對加工精度産生影響。此外在重視商品包裝的今天，機床的外觀設(shè)計和包裝也十分重要，注意運用人機工程學和美學對高速走絲線切割機進行設(shè)計是很重要的，這對富有中國特色的高速走絲線切割機走向世界具有重要意義?？傊纳茩C床設(shè)計的研究涉及面較廣，在考慮保持機床性能價格比優(yōu)勢的前提下，研究開發(fā)的難度是很大的，然而，一旦有所突破，將對高速走絲線切割加工技術(shù)産生重大的影響。
1.2.4 多次切割工藝的應用
多次切割加工是高速走絲線切割加工技術(shù)的一個重要發(fā)展方向。目前無論是金屬切削機床還是低速走絲線切割機，一次加工都無法得到良好的加工效果，欲達到較高的加工精度，都必須在粗加工後再作精加工才能獲得。低速走絲線切割機能達到很高的加工精度，也因采用了多次切割工藝。爲改善高速走絲線切割機的加工品質(zhì)，必須進行多次切割加工的研究。以往的高速走絲線切割機由于功能和結(jié)構(gòu)所限，不具備進行多次切割的基礎(chǔ)。近年來，高速走絲線切割機的脈沖電源、進給策略和電極絲的張力控制等方面有了較大的提高，爲多次切割工藝的應用提供了可能性。目前有的高速走絲線切割機已能實施多次切割加工，并能一定程度地提高加工精度。然而，研究應用的深度還不夠。爲更好地實現(xiàn)多次切割加工，機床的功能和結(jié)構(gòu)有待于進一步改進和提高；爲保證多次切割加工的效率，仍須大幅度提高一次加工的速度，第一次切割加工的速度應保持在100mm2/min以上［4］。國內(nèi)的研究機構(gòu)在進行多次切割研究的同時，要注意盡快地把研究成果轉(zhuǎn)化到機床的加工技術(shù)中，以實現(xiàn)加工精度的提高。
1.2.5 結(jié)論和展望
高速走絲電火花線切割機是我國獨創(chuàng)的電加工機床，在模具制造及零件加工領(lǐng)域內(nèi)有廣泛的應用，在中低檔市場中占有相當?shù)姆至?。目前，高速走絲線切割機如何發(fā)展是電加工行業(yè)十分關(guān)心的課題。我們必須吸取國外的成功經(jīng)驗，揚長避短，直接應用當今計算機技術(shù)的最新成果，盡快研制功能強大的基于PC的數(shù)控系統(tǒng)，從硬件上爲高速走絲線切割機的發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)；同時注意人工智能技術(shù)與高速走絲線切割機的結(jié)合，運用計算機軟件技術(shù)來提高機床的性能。此外，加強機床本體的研究和開展多次切割工藝技術(shù)的應用，使機床的整體加工水平有一個較大的提高，不斷增強高速走絲線切割機在市場上的競爭能力。在運用新技術(shù)、新工藝的同時，還必須重視對電火花線切割加工工藝規(guī)律進行深入細致的基礎(chǔ)理論和實驗研究，這也是一個非常重要的環(huán)節(jié)
2 電火花線切割技術(shù)內(nèi)容及研究
2.1 電火花線切割加工原理
電火花線切割加工原理如圖1－1所示，工具電極（鉬絲或銅絲）接直流脈沖電源的負極，工件接直流脈沖電源的正極，當工具電極和工件的距離在一定范圍內(nèi)時，產(chǎn)生脈沖性火花放電，對工件進行切割。火花放電能夠切割工件的主要原因是：正負電極在絕緣工作液中靠近時，由于正負電極的微觀表面是凹凸不平的，電極間的電場分布并不均勻，離得最近的凸點處的電場強度最高，兩極間介質(zhì)先被擊穿，形成放電通道，同時電流迅速上升。在強大的電場力作用下，通道內(nèi)的負電子以很高的速度奔向陽極（正極），正離子也以高速奔向陰極（負極）。負電子和正離子在高速運動時互相碰撞，陽極和陰極表面分別受到電子流和離子流的強烈轟擊，使兩電極間隙內(nèi)的微小通道中瞬時產(chǎn)生高溫，通道中心溫度達到5000－10000度，瞬時產(chǎn)生的高溫由于來不及擴散，使局部金屬材料熔化甚至少量金屬氣化，同時在工件和電極之間的部分絕緣工作液也產(chǎn)生氣化，氣化后的金屬蒸汽和工作液迅速膨脹并產(chǎn)生爆炸，使得熔化和氣化后的金屬材料從金屬表面拋離出來而達到切割的目的。
圖1.1 電火花線切割加工原理圖
2.1.1 電火花線切割正常加工必須具備的條件
（1）工具電極與工件的被加工表面之間必須保持一定量的間隙，間隙的大小由加工電壓 、脈沖電流大小，脈沖間隙等電規(guī)準來決定，間隙大小一般在幾十微米之間。如果間隙小于或大于這個距離，都不能進行火花放電。間隙過小，正負極容易短路，不能產(chǎn)生火花放電；間隙過大，極間電壓不易擊穿介質(zhì)，也不能產(chǎn)生火花放電。
（2）在切割工件時，必須在絕緣工作液中進行。常用的絕緣工作液有煤油、皂化液、去離子水等，用的工作液不一樣，在相同的電規(guī)準下，加工的速度和表面精度也不盡相同。用絕緣性工作液主要有以下幾個作用：利于產(chǎn)生脈沖性的火花放電；排除間隙內(nèi)電蝕產(chǎn)物；起冷卻電極的作用。
（3）采用脈沖電源，火花放電必須是脈沖性、間歇性的。
（4）被加工材料必須導電。只有導電材料才能產(chǎn)生火花放電，導電材料一般為金屬材料和半導體非金屬材料等。
2.1.2 電火花線切割加工的特點
⑴ 接利用線狀的電極絲作為電極，不需要像電火花成型加工的成型工具電極，可節(jié)約電極設(shè)計和制造費用，縮短了生產(chǎn)準備時間。
⑵ 可以加工用傳統(tǒng)切削加工方法難以加工的微細異形孔、窄縫和形狀復雜的零件。
⑶ 利用電蝕原理加工，電極絲與工件不直接接觸，兩者之間的作用力很小，因而工件的變形很小，電極絲、夾具不需要太高的強度。
⑷ 傳統(tǒng)的車、銑、鉆加工中，刀具硬度必須比工件硬度大，而電火花線切割機床的電極絲材料不必比工件材料硬，所以可以加工硬度很高或很脆，用一般切削加工方法難以加工或無法加工的材料。在加工中作為刀具的電極絲無須刃磨，可以節(jié)省輔助時間和刀具費用。
⑸ 直接利用電、熱能進行加工，可以方便地對影響加工精度的加工參數(shù)進行調(diào)整，有利于加工精度的提高，便于實現(xiàn)加工過程的自動化控制。
⑹ 電極絲是不斷移動的，單位長度損耗少，特別是慢走絲線切割加工時，電極絲一次性使用，故加工精度高（可達±2.5μm）
⑺ 采用線切割加工沖模時，可實現(xiàn)凸、凹模一次加工成形。
2.1.3 電火花線切割的應用范圍
電火花線切割加工由于具有諸多優(yōu)勢，主要應用在以下幾個方面：
（1）廣泛應用于沖壓模具的加工。
（2）加工微細異形孔、任意曲線窄縫和復雜形狀的工件。
（3）加工鑲拼型腔模、拉絲模、粉末冶金模、波紋板成型模。
（4）加工樣板尺和成型刀具。
（5）加工硬質(zhì)合金和切割薄片材料。
（6）加工凸輪和特殊齒輪。
（7）加工半導體材料以及稀有、貴重金屬材料的割斷。
（8）適合于小批量、多品種零件的加工，減少模具制作費用，縮短生產(chǎn)周期。
2.2 電火花線切割加工機床的特點
2.2.1電火花線切割加工機床的分類
1）．電火花線切割加工簡述
電火花線切割加工是電火花加工的一個分支，是一種直接利用電能和熱能進行加工的工藝方法，它用一根移動著的導線（電極絲）作為工具電極對工件進行切割，故稱線切割加工。線切割加工中，工件和電極絲的相對運動是由數(shù)字控制實現(xiàn)的，故又稱為電火花線切割加工，簡稱線切割加工。
2）．電火花線切割加工機床的分類
（1）按走絲速度分：可分為慢速走絲方式和高速走絲方式線切割機床。
（2）按加工特點分：可分為大、中、小型以及普通直壁切割型與錐度切割型線切割機床。
（3）按脈沖電源形式分：可分為ＲＣ電源、晶體管電源、分組脈沖電源及自適應控制電源線切割機床。
2.2.2 電火花線切割加工機床的基本組成
電火花線切割加工機床可分為機床主機和控制臺兩大部分。
圖1.2 快走絲線切割機床主機
1)．控制臺
控制臺中裝有控制系統(tǒng)和自動編程系統(tǒng)，能在控制臺中進行自動編程和對機床坐標工作臺的運動進行數(shù)字控制。
2)．機床主機
機床主機主要包括坐標工作臺、運絲機構(gòu)、絲架、冷卻系統(tǒng)和床身五個部分。圖6-1為快走絲線切割機床主機示意圖。
（1）坐標工作臺 它用來裝夾被加工的工件，其運動分別由兩個步進電機控制。
（2）運絲機構(gòu) 它用來控制電極絲與工件之間產(chǎn)生相對運動。
（3）絲架 它與運絲機構(gòu)一起構(gòu)成電極絲的運動系統(tǒng)。它的功能主要是對電極絲起支撐作用，并使電極絲工作部分與工作臺平面保持一定的幾何角度，以滿足各種工件（如帶錐工件）加工的需要。
（4）冷卻系統(tǒng) 它用來提供有一定絕緣性能的工作介質(zhì)——工作液，同時可對工件和電極絲進行冷卻。
3 UG軟件介紹
Unigraphics，是美國Unigraphics Solutions of EDS公司對出的CAD/CAE/CAM高端軟件，為制造產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的全過程提供解決方案。功能包括：概念設(shè)計，工程設(shè)計，性能分析和制造等，廣泛應用與汽車，航天航空，機械，電子產(chǎn)品，醫(yī)療儀器等行業(yè)。
3.1 UG的主要技術(shù)特點
3.1.1 集成的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境
UG是集成的CAD/CAM/CAE軟件集，能夠完成概念設(shè)計，詳細設(shè)計，裝配，生成工程圖，結(jié)構(gòu)與運動分析，數(shù)控加工的全過程。
3.1.2 全局相關(guān)性
通過應用主模型方法，保證設(shè)計，裝配，工程分析，制造等所有應用模塊之間保持完全的相關(guān)性，主模型方法如圖3.1所示。
裝配
數(shù)控加工
制圖
主模型
結(jié)構(gòu)和運動分析
圖3.1 主模型方法
3.1.3 并行協(xié)同工作
通過Internet技術(shù)，在設(shè)計過程中，不同的設(shè)計人員可以同時進行不同的設(shè)計任務(wù)。每一個設(shè)計人員都可以根據(jù)自己的訪問權(quán)限對同一個產(chǎn)品的不同零件，組件和裝配進行工作。因此，產(chǎn)品的任何修改信息都可以立即被所有的設(shè)計人員獲得。
3.1.4 滿足客戶需要的開放式環(huán)境
為了方便用戶的開發(fā)設(shè)計，UG提供了多種用戶開發(fā)工具，包括：
（1） UG/Open GRIP：為用戶提供的腳本語言，可以方便地對UG進行二次開發(fā)。
（2） UG/Open API：UG提供了其他應用成粗的編程接口，支持當前流行的編程語言，包括C++，C，JAVA等。
（3） UG/Open++：UG提供了真正面向?qū)ο蟮木幊探涌?，用C++語言編寫，具有面向?qū)ο缶幊痰睦^承性，多態(tài)性等全部優(yōu)點
3.2 UG的主要應用模塊
UG提供了多種應用模塊，每個模塊具有各自的特定功能，各個模塊相對獨立有相互聯(lián)系，通過下拉菜單Application可以許多不同的應用模塊，如圖3.2所示。
圖3.2 “Application”下拉菜單
3.2.1 Gateway（基本環(huán)境）
Gateway（基本環(huán)境）是其他交互應用的先決條件，是打開UG后進入的第一個應用模塊。
Gateway允許擁護編輯部件文件，創(chuàng)建新的部件文件，保存文件，打印圖樣屏幕布局，輸入和輸出各種文件類型以及其他的通用功能。該應用模塊還提供強化的視圖顯示操作，屏幕布局和層功能，工作坐標系操作，對象信息和分析以及訪問在線幫助。
3.2.2 Modeling(建模)
UG的Modeling（建模）模塊提供的實體建模系統(tǒng)加速了概念設(shè)計，用戶可以通過為設(shè)計不同部分定義精確的關(guān)系而合并他們的設(shè)計要求和限制。用戶用基于模型的建模特征和約束可以快速實現(xiàn)概念設(shè)計和詳細設(shè)計。
該模塊支持Solid Modeling（實體建模），F(xiàn)eature Modeling（特征建模），F(xiàn)ree—Form Modeling（自由形狀建模），Sheet Meature Modeling（鈑金特征建模）和User—Defined Features（用戶自定義特征）等建模方式。該模塊是其他應用模塊的基礎(chǔ)。
3.2.3 Shape Sdutio（工業(yè)產(chǎn)品造型）
Shape Sdutio （工業(yè)產(chǎn)品造型）是用語幫助進行概念設(shè)計的UG建模和分析工具。著這些工具包括初步概念家段的基本操作，如產(chǎn)品構(gòu)思的建立和可視化操作等。
3.2.4 Drafting（制圖）
Drafting（制圖）模塊是讓用戶從在建模模塊中常見的三維模型，或者使用內(nèi)置的曲線/草圖工具創(chuàng)建的二維設(shè)計布局生成工程圖樣。生成的圖樣與模型相關(guān)聯(lián)，對模型進行任何改動，圖樣也自動隨之改動。
Drafting模塊支持自動生成圖樣布局，包括正交投影視圖，剖視圖，局部放大視圖以及等軸側(cè)圖等，并支持自動尺寸標注，自動建立裝配件明細表等功能。
3.2.5 Manufacturing（加工）
Manufacturing（加工）模塊提供交互式編程和后處理磨削，鉆削，車削，線切割等刀具 的能力；提供交互指定銑削輪廓和銑削腔操作的能力和指定復雜銑削操作（3軸到5軸加工）的能力；可定制的配置文件用語定義有效的加工處理器，刀具庫，后處理器和其他參數(shù)，以適應特定的加工過程；模板允許用戶界面和加工計劃，包括機床，刀具，加工方法和操作順序。
3.2.6 Structures（結(jié)構(gòu)分析）
Structures（結(jié)構(gòu)分析）模塊是一種簡單卻功能強大的有限元建模和分析工具。該應用旨在服務(wù)于需要哦緊密聯(lián)系集合模型的分析環(huán)境的設(shè)計工程師和分析員，為設(shè)計工程師或分析員提供了快速完成有限元的概念性和細節(jié)性分析的能力。
Structures（結(jié)構(gòu)分析）模塊被設(shè)計成允許創(chuàng)建。分析以及平谷各種設(shè)計選擇。場景可以被定義為主模型的變型。UG主模型，體提升以及部件間表達式形成Unigraphics建模應用場景的支持概念。
3.2.7 Moldflow Part Adviser（注塑模分析）
Moldflow Part Adviser（注塑模分析）用于在注模中分析化塑料流。用戶在部件上建立有限元網(wǎng)格并描述和塑料的條件?？梢灾貜偷貨Q定最優(yōu)條件分析軟件包產(chǎn)生的圖形結(jié)果。該模塊節(jié)約了設(shè)計，注模制造以及材料成本。
3.2.8 Motion（運動分析）
Motion（運動分析）模塊用于對模型進行運動分析，并提供了精密，靈活和綜合的建模能力。該應用模塊完全的設(shè)計和編輯能力允許用戶開發(fā)任意關(guān)節(jié)數(shù)的空間機制，完成運動學分析，并以多種形式提供抑郁理解的分析結(jié)果。該應用模塊還為第三方運動學分析程序提供界面。
3.2.9 Sheet Metal（鈑金設(shè)計）
Sheet Metal（鈑金設(shè)計）模塊是基于針對鈑金不見交工的設(shè)計的應用，能夠定義成型表，折彎順序以及重新形成實體模型考慮材料的變形金屬性。為后續(xù)應用從實體，形狀以及線框幾何體生成精確的平面展開圖數(shù)據(jù)。
3.2.10 Routing （管道）
Routing （管道）模塊提供了已經(jīng)裝配好的模型設(shè)計和規(guī)劃管道的功能，例如可以利用該模塊為航空發(fā)動內(nèi)部設(shè)計從燃料箱到各個圍繞發(fā)動機的噴嘴的管道。利用該模塊可以完成以下管道的設(shè)計和規(guī)劃：水管，氣管，油管，電氣線路，固定管線的鋼架等。
3.2.11 Wire Harness（布線）
Wire Harness（布線）模塊使得電氣系統(tǒng)設(shè)計者能夠在產(chǎn)品機械裝配模型的3D表面建立電氣布線的描述。利用該模塊能夠?qū)⑺邢嚓P(guān)的電氣不見放置與裝配模型內(nèi)部，并建立布線線路的中心線，然后在所有部件之間生成導線，從而使包裝設(shè)計和布線安裝圖在相同的環(huán)境里完成設(shè)計和修改。
3.2.12 Assemblies（裝配）
Assemblies（裝配）模塊支持“從上到下”和“從下到上”的裝配建模。該模塊提供了裝配結(jié)構(gòu)的快速移動并允許移動直接訪問任何足見或字裝配的設(shè)計模型，支持“上下文設(shè)計”途徑，即在裝配的環(huán)境中工作時可以對任何足見的設(shè)計模型做改變。
3.2.13 Knowledge Fusion（知識融接）
Knowledge Fusion（知識融接）模塊提供了一個圖形用戶截面，允許擁護對集合模型和裝配應用工程知識驅(qū)動規(guī)則和設(shè)計意圖。用戶可以打開或者關(guān)閉該模塊，從而為知識融接用戶提供了一個良好的開發(fā)環(huán)境。
3.3 UG與Pro/e的比較
比較之一
通過對幾門CAD/CAM軟件的學習和使用，我認為UG主要適合于大型的汽項目建立復雜的數(shù)模，而Pro/e主要適合于中小企業(yè)快速建立較為簡單的數(shù)模。在建模較為復雜的時候，往往是任何參數(shù)都是沒有用處的，一般用Pro/e建立開始較為簡單的線框、曲面，然后轉(zhuǎn)到UG里面進行高級曲面的建立、倒角。由于產(chǎn)品反復更改，參數(shù)大多數(shù)都被刪掉了。兩種軟件各有優(yōu)點，應該混合建模才能達到最佳效果。零件較大、較復雜的時候，加工一般用UG做好數(shù)模，cimatrone做粗加工，UG精加工。
比較之二
關(guān)于混合建模。UG的一個最大特點就是混合建模，我理解就是在一個模型中允許存在無相關(guān)性的特征。如在建模過程中，可以通過移動、旋轉(zhuǎn)坐標系創(chuàng)建特征構(gòu)造的基點。這些特征似乎和先前創(chuàng)建的特征沒有位置的相關(guān)性。因為NAVIGATOR TREE中（類似Pro/e中的模型樹）沒有坐標系變換的記錄。又如創(chuàng)建BASIC CURVE，在NAVIGATOR TREE中也沒有作為一個參數(shù)化特征的記錄，比如我如果想把一條圓弧曲線改成樣條曲線就非常困難，而且有時改變并不影響子特征的變化。而在Pro/E中極為強調(diào)特征的全相關(guān)性，所有特征按照創(chuàng)建的先后順序及參考有著嚴格的父子關(guān)系。對父特征的修改一定會反映到子特征上。我曾就這個問題在上海問過EDS的UG技術(shù)工程師，他們說全相關(guān)性可以說是一把雙刃劍，對于經(jīng)驗豐富的設(shè)計師，設(shè)計修改會非常方便，而對于經(jīng)驗不多的設(shè)計者，則非常容易出現(xiàn)修改后無法生成的錯誤，此時混合建模就比較適用。
關(guān)于Datum