基于UG和VERICUT的車銑復(fù)合加工實(shí)訓(xùn)教學(xué)研究

田洪江　閻兵

摘 要：隨著對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量及加工效率要求的不斷提高，車銑復(fù)合加工不斷發(fā)揮著重要作用。以典型螺紋軸的車銑復(fù)合加工為例，介紹基于UG和VERICUT的車銑復(fù)合加工實(shí)訓(xùn)教學(xué)。介紹了車銑復(fù)合零件加工流程，制定了加工工藝過(guò)程單，生成了較為合理的NC加工程序。利用VERICUT軟件構(gòu)建了車銑復(fù)合機(jī)床，并設(shè)定機(jī)床參數(shù)，對(duì)零件進(jìn)行加工仿真。通過(guò)分階段教學(xué)方式，用UG數(shù)控加工與VERICUT機(jī)床仿真相結(jié)合的方法，大大縮短了車銑復(fù)合加工零件編程時(shí)間，降低教學(xué)和生產(chǎn)成本，節(jié)省加工設(shè)備和資源的消耗。

關(guān)鍵詞：車銑復(fù)合加工；實(shí)訓(xùn)教學(xué)；UG；VERICUT；分階段

在數(shù)控加工中，隨著產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度不斷提高，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求也日益嚴(yán)格，縮短周期和提高效率越來(lái)越重要，但是大量的加工工序都比較分散，從工序集中和提高裝夾效率上來(lái)看，單純的車削和銑削加工方法，不能滿足復(fù)雜零件的加工。車銑復(fù)合加工的出現(xiàn)提高了數(shù)控加工的效率，車銑復(fù)合加工設(shè)備的主要優(yōu)勢(shì)在于加工工藝更加靈活、工序更加集中，從而可以縮短產(chǎn)品制造工藝鏈、提高工藝的有效性、減少零件在整個(gè)加工過(guò)程中的裝夾次數(shù)、提高位置加工精度。

隨著我國(guó)制造領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)升級(jí)，培養(yǎng)懂?dāng)?shù)控車銑復(fù)合加工技術(shù)的復(fù)合型人才已成為職業(yè)院校培養(yǎng)人才的方向之一。但車銑復(fù)合加工技術(shù)的學(xué)習(xí)難度比較大，要求既要具備數(shù)控車編程與操作的知識(shí)，又要具備數(shù)控銑編程與操作知識(shí)。加工零件的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，程序就越繁瑣，加工安全不易保證，加工設(shè)備少且昂貴。為保證車銑復(fù)合數(shù)控加工程序的準(zhǔn)確性和安全性，使用UG軟件編程和VERICUT軟件加工仿真的方法，能很好解決車銑復(fù)合加工零件編程和加工安全等問(wèn)題。利用仿真加工，可以驗(yàn)證數(shù)控程序的正確性，增加程序的可信度；模擬數(shù)控機(jī)床的實(shí)際加工，檢測(cè)潛在的干涉碰撞錯(cuò)誤，有效保證教學(xué)的安全性。

一、車銑復(fù)合加工實(shí)訓(xùn)教學(xué)

目前在我國(guó)機(jī)械制造領(lǐng)域里車銑復(fù)合加工的利用率并不高，原因在于我國(guó)應(yīng)用車銑復(fù)合加工技術(shù)時(shí)間還很短，適用于各種零件的車銑復(fù)合加工工藝、數(shù)控編程技術(shù)、后置處理以及仿真技術(shù)尚處于發(fā)展應(yīng)用階段，針對(duì)這一塊的應(yīng)用研究還處于摸索階段。這樣對(duì)車銑復(fù)合加工實(shí)訓(xùn)教學(xué)提出了更高的要求。

在車銑復(fù)合加工實(shí)訓(xùn)教學(xué)中要強(qiáng)調(diào)加工仿真模擬的必要性。由于車銑復(fù)合加工機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件比較多、功能相對(duì)復(fù)雜，加工的零件結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，如果不進(jìn)行加工仿真，可能會(huì)損壞工件、刀具等。因此編制程序后加工仿真就顯得尤為重要。

車銑復(fù)合加工教學(xué)的目的是讓學(xué)生了解車銑復(fù)合加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)、原理及特點(diǎn)；能完成車銑復(fù)合加工機(jī)床操作和制定基本加工工藝；能利用UG軟件編制加工程序；能應(yīng)用VERICUT軟件進(jìn)行加工仿真；能進(jìn)行零件的合理加工。車銑復(fù)合加工教學(xué)的重點(diǎn)是能制定合理的車銑復(fù)合加工工藝、工件定位及裝夾方法和選用合理的加工刀具；能合理的編制加工程序并進(jìn)行高效加工。

二、分階段教學(xué)的實(shí)施過(guò)程

車銑復(fù)合實(shí)訓(xùn)的教學(xué)應(yīng)分階段、循序漸進(jìn)的進(jìn)行，從教學(xué)的質(zhì)量和教學(xué)安全角度出發(fā)，把車銑復(fù)合實(shí)訓(xùn)教學(xué)分成四個(gè)階段。下面以螺紋軸車銑復(fù)合加工為例介紹車銑復(fù)合實(shí)訓(xùn)教學(xué)四個(gè)階段的實(shí)施過(guò)程。螺紋軸三維模型如圖1所示。

1.第一階段：編制加工工藝

車銑復(fù)合加工可通過(guò)一次裝夾（或盡量減少裝夾次數(shù)）完成對(duì)圖1所示零件的加工，其中包括車削、銑削、鉆削，從而提高零件的加工效率和加工精度。圖2是NX加工過(guò)程中的流程圖，它表明了創(chuàng)建和處理刀路的過(guò)程步驟。

毛坯長(zhǎng)為58mm，直徑為40mm的鋁棒。表1描述了車銑復(fù)合零件加工過(guò)程，包括工序號(hào)、加工地點(diǎn)、工序內(nèi)容、工序名和刀具描述。

2.第二階段：基于UG軟件的程序編制

（1）創(chuàng)建車削、銑削、鉆削加工坐標(biāo)系。

（2）創(chuàng)建車削、銑削、鉆削幾何體。

（3）創(chuàng)建刀具

①T1_OD_80_L 80°外圓粗車刀

②T2_OD_35_L 35°外圓精車車刀

③T3_OD_GROOVE_L 刀寬4mm的切槽刀

④T4_OD_THERAD_L 60°三角螺紋車刀

⑤T5D12銑刀

⑥T6_DRILLING_D6麻花鉆

（4）創(chuàng)建操作，生成刀軌

①精車右端面

單擊“創(chuàng)建”工具欄上的“創(chuàng)建工序”按鈕，設(shè)置各參數(shù)，彈出“面加工”對(duì)話框，設(shè)定參數(shù)并編輯“切削區(qū)域”。設(shè)置“切削區(qū)域”，“非切削移動(dòng)”和“進(jìn)給率和速度”，最后單擊“生成”按鈕。

②粗車外表面

單擊“創(chuàng)建”工具欄上的“創(chuàng)建工序”按鈕，設(shè)置各參數(shù)，彈出“粗車OD”對(duì)話框，設(shè)定各參數(shù)。單擊“切削參數(shù)”按鈕，在“余量”選項(xiàng)卡中將“粗加工余量”全部設(shè)定為“0.5”，即本次加工后留出0.5mm余量，以便精加工。編輯“切削區(qū)域”，生成刀具軌跡。

③同樣的方法設(shè)定“外表面精加工”，“精車退刀槽”，“車螺紋”，“粗、精銑四面體”，“粗精銑六面體”“鉆孔”等工序。

（5）后置處理定制

車銑復(fù)合機(jī)床的車削、銑削、鉆削加工過(guò)程是獨(dú)立的，可以分別對(duì)它們進(jìn)行后置處理。車銑復(fù)合機(jī)床的后置處理就是將車削后置處理、銑削后置處理和鉆削后置處理結(jié)合在一起，由系統(tǒng)自動(dòng)區(qū)分加工類型，調(diào)用相應(yīng)后置處理文件，進(jìn)行后置處理。

3.第三階段：基于Vericut軟件的加工仿真

（1）車銑復(fù)合機(jī)床的構(gòu)建

根據(jù)車銑復(fù)合機(jī)床運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化建模，可通過(guò)Vericut自帶的建模工具建立模型，或者通過(guò)CAD軟件建立模型文件導(dǎo)入Vericut。需要建立機(jī)床的底座、主軸、工作臺(tái)、導(dǎo)軌、刀盤(pán)、銑削動(dòng)力頭等關(guān)鍵部件的3D模型。分別選擇對(duì)應(yīng)該組件中的Model節(jié)點(diǎn)，在Add Model選項(xiàng)中選擇Model File，依次添加機(jī)床模型文件，完成效果如圖3、圖4所示。

（2）機(jī)床參數(shù)設(shè)定

機(jī)床模型建好以后，還要對(duì)機(jī)床參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。設(shè)置的參數(shù)有機(jī)床起始位置、機(jī)床行程、干涉檢查設(shè)置、控制系統(tǒng)配置等。

①設(shè)置機(jī)床起始位置

VERICUT機(jī)床模型是按照各部件的零點(diǎn)位置來(lái)構(gòu)造的，所以需定義機(jī)床的起始位置，使機(jī)床處于安全狀態(tài)的開(kāi)始位置。

②設(shè)置機(jī)床行程

在配置下拉菜單選擇“機(jī)床設(shè)定”命令，在機(jī)床設(shè)定對(duì)話框里選擇“行程極限”標(biāo)簽，選擇添加組并設(shè)定最小、最大極限值。

③設(shè)置機(jī)床干涉檢查

在配置下拉菜單選擇“機(jī)床設(shè)定”命令，在機(jī)床設(shè)定對(duì)話框里選擇“碰撞檢測(cè)”標(biāo)簽，選中“開(kāi)機(jī)床仿真”復(fù)選框，通過(guò)添加命令分別設(shè)置主軸、夾具、工作臺(tái)、刀具之間的碰撞檢測(cè)。

（3）加工仿真

機(jī)床參數(shù)設(shè)定完成后，添加VERICUT仿真所需的刀具、工裝、毛坯、數(shù)控程序，設(shè)置程序零點(diǎn)，進(jìn)行零件的仿真，結(jié)果如圖5所示。

4.第四階段：螺紋軸實(shí)際加工

實(shí)際加工階段是在實(shí)際生產(chǎn)機(jī)床上的真實(shí)操作，其內(nèi)容是：利用UG軟件傳輸編制的后處理程序、對(duì)應(yīng)程序選擇及安裝刀具、設(shè)定刀具參數(shù)，按圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求進(jìn)行實(shí)際操作，保證加工產(chǎn)品的尺寸要求。其側(cè)重點(diǎn)是訓(xùn)練加工實(shí)際產(chǎn)品的獨(dú)立操作能力，實(shí)訓(xùn)時(shí)間盡量縮短以減少實(shí)習(xí)成本，提高設(shè)備的利用率和安全性。

三、結(jié)論

隨著制造技術(shù)的不斷提升，車銑復(fù)合加工技術(shù)發(fā)揮著非常重要的作用，在車銑復(fù)合機(jī)床上進(jìn)行零件加工時(shí)，手工編程較為繁瑣，出錯(cuò)率較高，加工安全不易保證。通過(guò)分階段教學(xué)方式，用UG軟件完成螺紋軸零件的車銑復(fù)合編程及后處理與VERICUT機(jī)床仿真相結(jié)合的方法，大大縮短了車銑復(fù)合加工零件編程時(shí)間，降低教學(xué)和生產(chǎn)成本，節(jié)省加工設(shè)備和資源的消耗，降低了教學(xué)中手工編程帶來(lái)的難度和錯(cuò)誤率，保證了設(shè)備的安全性和有效使用。

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（作者單位：天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)）