模块化程序设计方法在多轴加工中应用

UG编程在多轴加工中的应用一、引言在现代制造业中，多轴加工已成为提高工件加工精度和生产效率的重要手段。

UG编程作为一种计算机辅助的加工编程方法，被广泛应用于多轴加工中。

本文将探讨UG编程在多轴加工中的应用。

二、UG编程的基本原理UG(Unigraphics)是一款常用的三维设计与工程产品开发软件，也是一种成熟的CAD/CAM/CAE集成化解决方案。

UG编程是通过该软件进行加工路径规划及相关参数设定，实现对机床进行自动控制的过程。

其基本原理可概括为以下几点：1. 模型导入：将设计好的CAD模型导入UG软件中，用于后续的工艺路径规划和编程。

2. 加工参数设定：根据加工要求，对加工参数进行设定，包括切削速度、进给速度、切削深度等。

3. 路径规划：根据加工对象的几何形状和加工工艺，利用UG软件的路径规划功能，生成合理的加工路径。

4. 刀具路径生成：通过刀具路径生成功能，生成刀具在工件表面的具体加工路径，确保切削过程的准确性和高效性。

5. 仿真验证：将生成的刀具路径进行虚拟仿真，验证加工过程中是否存在干涉和碰撞等问题，确保加工的安全性和稳定性。

三、UG编程在多轴加工中的应用多轴加工是指在工件加工过程中，通过多个坐标轴的联动运动，实现对工件各个部位的切削加工。

UG编程在多轴加工中的应用主要表现在以下几个方面：1. 自由度控制：多轴加工要求刀具在不同坐标轴上实现自由度运动，以适应复杂工件的加工需求。

UG编程通过对刀具路径和加工参数的控制，实现多轴联动加工，保证加工精度和效率。

2. 铣削加工：UG编程可以实现复杂曲面的铣削加工，通过对刀具轨迹和加工参数的设定，使刀具能够在不同的坐标轴上进行灵活的铣削运动，提高加工的精度和表面质量。

3. 钻孔加工：UG编程可以实现多轴钻孔加工，通过对刀具路径和加工参数的设定，使刀具能够在多个坐标轴上进行准确的钻孔操作，提高钻孔的精度和一致性。

4. 螺纹加工：UG编程可以实现多轴螺纹加工，通过对刀具路径和加工参数的设定，使刀具能够在多个坐标轴上进行螺纹攻丝，实现精密的螺纹加工。

模块化设计方法及其在机械设计中的应用模块化设计是一种将产品或系统划分为独立的模块，每个模块可以独立设计、开发、测试、修改、更新和维护的方法。

它可以显著提高产品开发速度、降低成本、提高质量和可靠性，同时也有助于定制化和快速响应市场需求。

在机械设计领域，模块化设计可以应用于各种机械产品，如机器人、汽车、飞机、工业设备等。

其主要应用包括以下几个方面：1. 模块化部件设计模块化部件设计可以将机械系统划分为多个独立的部件，每个部件可以独立设计，同时也可以组合在一起形成完整的机械系统。

例如，在汽车设计中，引擎、底盘、车身等可以分别采用模块化设计，以便根据市场需求进行灵活的组合和配置。

2. 标准化设计标准化设计可以将常用的部件或组件进行标准化，以便在不同的机械系统中重复使用，从而减少部件的重复设计和生产成本。

例如，在机器人设计中，常用的关节、驱动器、传感器等可以进行标准化设计，以便在不同的机器人系统中进行重复使用。

3. 快速设计和工程化仿真模块化设计可以大大缩短机械系统的设计和开发周期，使之更加快速和灵活。

例如，机器人模块化设计可以让工程师快速搭建虚拟模型，进行各种工程化仿真，如力学分析、运动学分析、控制系统仿真等，以便在实际生产中进行优化和改进。

模块化设计可以大大简化产品组装和生产过程。

在机械制造行业，模块化设计可以将机械系统按照模块化部件分别进行生产，然后进行组装。

这样可以大大提高生产效率，也有助于从头到尾进行质量控制，提高产品质量和可靠性。

总之，模块化设计已成为机械设计领域的重要趋势，可以提高产品开发效率、降低成本、提高质量和可靠性，同时也可以更好地符合市场需求，推动机械制造行业向智能化、数字化和集成化方向发展。

武汉技师学院机械学院 武志鹏 邵全兵武汉软件工程职业学院机械工程学院 焦红卫基于Moduleworks 组件的多轴编程软件刀路编制方法以叶轮零件为例，对比了3种以Moduleworks 为内核的常用多轴加工软件。

这些CAD\CAM 三维软件多轴加工模块功能较为齐全，能通过控制刀轴矢量、投影方向和驱动方法来实现多轴加工。

虽然软件平台不一样，但其多轴刀具轨迹的生成原理都是基于投影法而产生的。

一、概述Moduleworks 是德国Moduleworks 公司的一款CAD/CAM 组件总称。

包含防碰撞、后处理、模拟、全方位的组件放置及质量优化等等。

通过模型固定区域的角度参数限制刀具姿态，可以有效地提高刀具路径的灵活性和可控性。

市面上50%的CAD\CAM 软件如Cimatron、Siemens NX、MasterCAM、CAXA、EdgeCAM 等多轴编程模块都使用了该组件。

而该组件生成多轴刀路的核心原理就是投影法，所以只要理解了该组件的投影原理，就能在上述任意一个软件平台上编制出相同的刀具轨迹。

二、投影原理1.投影法光线照射物体时，可在预设的地面或墙面上产生影子，经反复观察研究，总结出了投影法。

投射线通过物体，向预定的面投射，并在该面上得到影像的方法称为投影法。

常用的投影法可分为两类：中心投影法（图1中a）和平行投影法（图1中b、c）。

图 1 常用的投影方式图2 投影五要素2.Moduleworks 的投影规则由投影法可知投影五要素分别为：投射中心（投射源）、投射线、物体（被投射对象）、投影面及投影（图1、图2）。

结合Moduleworks 后得出：投射源与投射物体重合，可以是点、线或矢量；投射线是刀具轴线，箭头指向刀尖；投影面是待加工曲面；投影范围则可以通过选择某条边界作限定。

改变上述任意一个参数即可改变投影结果，因此需要谨慎设计上述五个参数。

三、Cimatron13平台的多轴刀路以某叶轮零件为例（图3），其叶轮主要特征有：叶冠、叶片、流道和根部圆角。

模块化设计方法及其在机械设计中的应用在机械设计中，模块化设计方法非常重要，它将机械系统拆解成多个相互独立的模块，每个模块完成特定功能，并且可以相互组合，形成完整的机械系统。

其中，模块是由多个部件组合而成的，而部件则是机械系统中的最小单元。

模块是由多个部件组合而成的，而部件则是机械系统中的最小单元。

对于一个机械系统来说，模块化设计方法的优点体现在以下几个方面：1.提高设计的灵活性和可维护性模块化设计方法可以将机械系统拆分成独立的模块和部件，这些独立的模块和部件可以在不同的设计实例中重复使用。

因此，模块化设计方法可以显著提高设计的灵活性，使得机械系统能够快速适应各种不同的需求。

同时，模块化设计方法还可使其系统设计更容易维护，通过对系统模块和部件的替换或添加进行升级或维护，而不需要对整个机械系统进行重构。

2.提高性能定制性模块化设计方法可以将机械系统的设计进行定制，满足不同产品的需求。

通过对模块化的设计，机械系统的不同性能要求得到充分考虑，使得机械系统能够更好地满足不同客户群体的需求。

3.缩短产品开发周期由于模块化设计使得机械系统设计变得更简单、快速，可以快速设计出更具有可重用性和扩展性的产品，缩短整个开发周期，提高了开发的效率。

为了实现这些优点，需要合理地划分模块，使得各个模块互相独立、互相配合，相互之间不影响，也能方便地组合在一起。

同时，每个模块都应该具备以下特点：1.具备独立的功能每个模块都是系统中拥有独立功能的基本单元。

每个模块都应该包含一个或多个相关的部件，以完成某种特定的功能。

2.具有兼容性每个模块都应该设计成可以兼容其他模块，即不同模块可以相互组合，实现各自的功能。

这样，就可以使得机械系统的各个模块之间实现无缝链接。

3.可重用性模块化设计方法允许每个模块可以在不同的机械系统或产品中重复使用，它们之间存在相互兼容性，从而提高了机械系统设计的可重复性。

综上所述，模块化设计方法在机械设计中起着重要作用，可以提高系统的灵活性、可维护性、性能定制性、产品开发周期，同时还具有可重用性、兼容性等特点。

试论模块化设计方法及其在机械设计中的运用随着工业化及信息化的不断融合，机电设备已经开始向自动化、智能化及集成化的方向发展。

模块化设计在充分分析机械产品使用功能的基础上，根据客户需要进行机械产品功能模块的划分及组合。

使机械产品往横向、纵向、跨系列及全系列方向发展，简化机械产品的设计过程，降低机械设备的开发成本，便于机械设备的后期维护及功能升级。

此外，模块化设计方法应用于設计工作中的时候，一般会采用划分以及组合方式完成工作，不仅能够提升设计工作的科学性，而且还可以增强设计效果，进一步降低设计成本，促进机械设计工作的顺利进行。

1 模块化设计的定义模块化设计主要是针对计算机语句的输入和指令在程序中的编程。

首先，用主程序、子程序等框架描述了软件的主要结构和过程，定义并调试了各帧之间的输入输出链接。

在逐步求精之后，其结果是一系列算法，它们可以描述作为函数的单位。

根据产品中使用的模块数量，模块化系统可分为纯模块化系统和混合系统-模块化系统，由模块和非模块组成，其中大部分是机械模块化系统。

根据模块化组合的可能性，模块化系统可分为封闭系统，在设计中考虑所有可能的方案;开放系统和系统的设计，主要考虑模块组合变化的规则。

机械设计期间，合理应用模块化设计方法开展工作中必须要高度重视选择的科学化。

从专业化角度出发，模块化设计主要是指将产品要素实施综合管理，最终形成模块化模式，并借助模块间的合理组成形成机械设计产品。

实际设计过程中，往往会存在多个功能模块，合理选择组合模块可以形成形式多样的产品，进而充分满足机械设计需求。

目前，模块化设计期间，首要环节是模块划分，然后其功能实施有效分解，降低不同模块之间所具有的耦合性，确保模块功能独立性。

2 机械设计中模块化设计方法2.1 产品模块划分将模块化设计应用到机械设计中，首先需要对产品各模块进行科学划分，这也是整个设计中的核心。

根据市场以及用户需求调查结果，对产品功能和结构进行详细分析，最终完成结构功能的划分。

模块化设计方法及其在机械设计中的应用摘要文章主要介绍了模块的划分与模块化设计方式、模块化设计方式和模块化系统、模块化与其它现代技术的结合，并用数控立式车床的模块划分来举例说明了模块化设计方法在机械设计中的应用。

关键词模块化设计；机械设计；车床模块化系列机械产品的设计是工业发达国家近二十年来一直采用的一种先进的机械产品设计方法，它将系统根据功能分解为若干模块，通过模块的不同组合得到不同品种和不同规格的产品。

在实际机械产品的设计与制造时，模块化系列机械产品的设计还应用了cAD技术，成组技术、柔性加工技术等先进技术，可将产品中同一功能的单元设计成具有不同性能、可以互换的模块，而选用不同模块，就可组成不同类型、不同规格的产品。

由于采用了模块化系列机械产品的设计，因此产品的精度高、性能稳定、结构简单、成本低廉。

显然，为了保证模块的互换，必须提高其标准化、通用化和规格化的程度。

一，模块的划分与模块化设计方式模块化设计所依赖的是模块的组合，即结合面，又称为接口。

显然，为了保证不同功能模块的组合和相同功能模块的互换，模块应具有可组合性和可互换性两个特征。

这两个特征主要体现在接口上，必须提高模块标准化、通用化、规格化的程度。

二、模块化设计方式和模块化系统模块化设计的主要方式。

横向系列模块化设计。

不改变产品主参数，利用模块发展变形产品。

这种方式易实现，应用广。

纵向系列模块化设计。

在同一类型中对不同规格的基型产品进行设计。

横向系列和跨系列综合模块化设计。

除发展横系列产品之外，改变某些模块还能得到其它系列产品者，便属于横向系列和跨系列模块化设计了。

全系列模块化设计。

全系列包括纵向系列和横向系列。

全系列和跨系列模块化设计。

在全系列上用于结构比较类似的跨产品的模块化设计。

模块化系统的划分与功能介绍。

按产品中模块使用多少，模块化系统可分为纯模块化系统和混合系统——由模块和非模块组成的模块化系统，机械模块化系统多是这种类型。

按模块组合可能性多少，模块化系统可分为：闭式系统，设计时主要考虑到所有可能的方案；开式系统，设计时主要考虑模块组合变化规则。

模块化设计方法及其在机械设计中的应用摘要：进入21世纪以来，我国全面进入了互联网时代，机械领域有了很大发展。

模块化设计是机械设计发展的主要方向。

模块化设计能够最大程度上满足市场的不同需求，在提高自身效率的同时，降低了成本。

作为设计人员要明确模块化技术的开发要求，结合可拓理论，合理划分模块，重视历史经验的分析以及总结，提高模块相互转化的性能，促进我国机械制造智能化、模块化、集成化发展。

关键词：模块化；设计方法；机械设计；应用引言模块化设计技术的普及应用已经是当前机械设计中的必然趋势。

模块化设计方法不仅能够极大提高产品设计的效率，同时能够为设计人员提供清晰的设计思路，更有助于后期的批量加工生产，从而让优秀的设计方案能够快速落地应用并尽早创造出经济价值。

1模块化设计涵义模块化设计的涵义就是要划分并设计一系列的模块，通过模块的选择和组合构成不同的产品，满足市场的不同需求。

所谓模块就是“一组具有同一功能和结合要素（指联接部位的形状、尺寸和联接件之间的配合参数等），而有不同用途（或性能）和不同结构且能互换的各个单元（零件、组件、部件或系统），或是能增加机床功能的单元”。

模块化设计方法不仅仅局限于金属切削机床，还可以应用于砂型件切削和晶圆切割等新兴机械领域。

选用不同的模块组合，可以组成不同要求的单台机床，还可以在进一步组合成生产线，例如龙门类机床可以组合回转工作台模块、车削头模块、立式磨头模块、滚齿头模块等实现车、磨、滚齿等多种加工。

2模块化设计中存在的问题模块化设计涉及了多重领域知识，而部分操作专业知识上存在欠缺，缺乏有效的数据意识，不利于机电一体化的长期发展。

模块化设计是工业生产的必然趋势，模块化设计集成系统前期投入较高，需要大量底层信息的支持，部分企业缺乏有力的研发部门，本身对模块化设计认识不清，不重视智能控制技术，内部缺乏有效的数据管理机制，日常作业系统混乱。

模块化设计对软件和硬件的要求较高，在实际生产过程中各个工序之间的协调性较差，控制技术数据的集成性较差，采集效率和准确度欠佳，缺乏完整的数据管理标准。

化工工程与制造I烈驚器g创信倉〃©测收稿日期：2020-03-04作者简介：赵小刚（1981-）,男，陕西户县人，工程硕士，副教授，研究方向：机械设计制造及自动化、机械CAD/CAM/CAE。

基于QT软件与模块化设计法的五轴机床开放式数控系统设计赵小刚（陕西国防工业职业技术学院，陕西西安710300）摘要:就五轴机床设计了开放式数控系统，详细阐释了五轴机床机械结构，构建了以工控PC与UM A C为载体的开放式数控系统硬件平台，基于QT软件与模块化设计法进行了系统软件开发，以全面实现了数控程序编辑、轴运动控制、工艺参数设置与人机交互等多元化功能，利用菲涅尔透镜加工试验进行系统验证。

结果表明，系统软件界面整齐清楚，转移性与扩展性强大;系统运行稳定性与可靠性良好,功能健全优化，满足五轴机床加工个性化要求。

关键词：QT软件;模块化设计法;五轴机床;开放式数控系统中图分类号:TG659;TH164文献标识码:A文章编号:1001-5922（2020）11-0139-03 Design of Open CNC System for Five-axis Machine Tool Based on QT Software and Modular Design MethodZHAO Xiao-gang(Shaanxi Institute of Technology,Xi x an Shaanxi710300,China)Abstract:An open CNC system is designed for the five-axis machine tool,the mechanical structure of the five-axis machine tool is explained in detail,the hardware platform of the open CNC system based on industrial control PC and UMAC is constructed,and the system software is developed based on QT software and modular design method.In order to fully realize the diversified functions of CNC program editing,axis motion control,process parameter set­ting and human-computer interaction,the system is verified by the Fresnel lens processing test.The results show that the software interface of the system is neat and clear,the transfer ability and expansibility are strong,the system operation stability and reliability are good,the function is sound and optimized to meet the personalized require­ments of the five-axis machine tool processing.Key words:QT software;modular design method;five-axis machine tool;open CNC system0引言在世界科技快速更新发展趋势下，数控加工技术不断面向高精度、高速度、多轴复杂运动控制等多元化角度进步，对于数控系统性能要求也随之提高。

浅谈模块化在机床设计中的应用刘启恒（1110100b19湖北工业大学11机自创新）摘要：现代机床模块化设计概念是根据广大用户提出的功能要求，设计出一系列具有不同结构和用途，而功能相同并可互换的功能模块（包括组件、部件、装置或系统等）和一些专用部件的设计法。

然后通过模块的不同组合组装成满足客户要求的机床、专用机床、柔性加工单元等，这种设计方法可提高机床设计工作效率和适应性。

模块化是20世纪中期发展起来的一种标准化形式。

最早在20世纪初期的建筑行业中，将建筑按功能分成若干单元，进行自由组合，建筑模块强调几何尺寸上可以实现连接和互换。

关键词：模块化；机械设计；械制造技术；产品开发；模块划分一、模块化设计1．模块化设计的概念模块被引入机械制造业领域，模块具有了明机确的功能定义，几何连接接口，以及功能输入、输出接口特征。

后来，模块的概念义被用到了在软件行业中，大型的软件系统的模块化趋势越来越明显。

随着复杂产品日渐增多，模块化也就成了人们用来处理复杂问题的常用方法。

标准化的形式有简化、统一化、通用化、系列化、组合化和模块化。

简化和统一化是最早的标准化形式，又是标准化的一般形式或基本形式，标准化的其他形式都体现着简化和统一化的思想。

简化着眼于精练，统一化则着眼于一致。

通用化、系列化、组合化是现代工业化时代社会化大生产的要求。

工业化时代，产品或零部件的通用化程度越高，其市场范围越广，生产量越大，制造成本就越低，维修也越经济。

系列化是企业优势的延伸策略，即以老产品为基础，开发出能更好满足市场需求的派生，变型产品。

组合化是企业“以少变求多变，以组合求创新”的开发策略，是通过可互换的标准单元组合为物体，这些单元又可重新拆装，组成具有新功能的新物体或新结构，而结构单元可多次重复利用。

模块化综合了以往标准化形式的特点，是一种解决复杂系统类型多样化、功能多变的一种标准化形式，有利于减少复杂性，具有创造多样性和多变性特点，是标准化的高级形式。

“项目课程模块化”在数控车工教学中的实践与思考项目课程模块化是一种将教学内容分解为多个模块，并按不同顺序组合的教学方法。

在数控车工教学中，项目课程模块化的实践可以提高学生的学习效果和实际应用能力。

本文将从实践与思考两个方面探讨项目课程模块化在数控车工教学中的应用。

一、实践1.模块化教学的课程设计在数控车工教学中，可以将不同的知识点和技能要求分解为不同的模块，例如数控编程、数控机床操作、数控加工工艺等。

然后，根据学生的学习进程和实际应用需求进行组合，形成不同的项目课程。

这样一来，学生可以根据自己的学习需要，选择不同的项目课程进行学习。

2.项目课程模块化教学的实践过程在数控车工教学中，项目课程模块化的实践可以通过以下步骤进行：（1）确定模块化的教学内容和学习目标。

根据课程大纲和学生的实际情况，确定数控车工教学的不同模块和学习目标，并进行清晰的定义和说明。

（2）设计不同的教学模块。

根据不同的学习目标，设计相应的教学模块，包括理论讲解、实际操作、案例分析等。

（3）组合不同的模块。

根据学生的学习需求和实际应用需求，选择不同的教学模块进行组合，组成不同的项目课程。

（4）实施项目课程。

根据项目课程的设计，进行具体的教学实施，包括理论教学、实践操作、实际案例分析等。

（5）评估和反馈。

通过测试、考核和反馈等方式，对学生的学习效果进行评估和反馈，及时调整和改进教学模块。

二、思考1.项目课程模块化的优势项目课程模块化的教学方法可以提供更加灵活和个性化的学习机会，学生可以根据自己的学习需求和实际应用需求进行选择和组合。

这样一来，学生的学习积极性和主动性会得到更好的发挥，学习效果和实际应用能力也会得到提高。

2.项目课程模块化的挑战项目课程模块化教学需要教师具备一定的教学设计和教学管理能力。

教师需要对课程内容进行科学的分解和组合，同时根据学生的实际情况进行教学设计和教学实施。

教师还需要根据学生的学习进程和实际应用需求进行及时的教学调整和改进。