基于UG和VERICUT兩工序合并翻面數控編程及仿真加工研究

曾 強，田懷文

（1.四川文理學院，達州 635000；2.達州市智能制造產業技術研究院，達州 635000；3.西南交通大學，成都 610031）

基于UG和VERICUT兩工序合并翻面數控編程及仿真加工研究

曾 強1,2，田懷文3

（1.四川文理學院，達州 635000；2.達州市智能制造產業技術研究院，達州 635000；3.西南交通大學，成都 610031）

在加工兩工序合并翻面的零件過程中，編程和仿真中兩工序間模型參數的傳遞是一個關鍵技術，本文以UG為平臺，提出了一種工序間模型參數傳遞方法，通過各工序的自動編程與參數設置得到了加工指令，然后在Vericut環境下，采用兩道工序合并翻面的模擬仿真加工技術，對編程程序進行了驗證，這種UG和Vericut的有效結合，能減少零件的試制周期，節約經費，有效的防止碰撞和干涉現象，提高零件的加工精度，為多工序合并翻面數控編程及仿真提供了設計思路和方法。

UG；VERICUT；仿真；數控編程；工序合并

0 引言

盒體和箱體類零件一般加工比較復雜，加工內容多，各種孔、型腔和凸臺較多，一次裝夾不能完成所有加工，經常會用到兩道或更多工序合并翻面加工。加工程序的編制手動難以實現，須采用自動編程。為了保證零件加工中的安全性與合理性，在零件的實際加工前需進行加工仿真，以充分檢查加工程序是否正確、是否會發生碰撞等，以優化程序和工藝。

UG是優秀的面向制造行業的CAD/CAM高端軟件，具有強大的實體造型、數控加等工功能。其CAM 模塊提供了眾多的加工方式，如車削、固定軸銑削、可變軸銑削等，具有刀具軌跡生成和仿真功能，其后處理程序支持多種類型的數控機床，生成相應的NC程序[1]。

VERICUT 是一款專為制造業設計的數控機床加工仿真和優化軟件，可仿真數控車床、銑床、加工中心和多軸機床等多種加工設備的數控加工過程，能檢查過切、欠切，防止機床碰撞、超行程等錯誤，機床加工仿真效果逼真，能幫助用戶清除編程錯誤和改進切削效率[2]。

目前，利用UG軟件編程和VERICUT 軟件仿真的文獻較多，兩者結合應用的也不少，但應用在多工序合并翻面數控編程及仿真相關文獻較少。杜麗等[3]研究了S形檢測試件在UG中的三維建模、工藝規劃、數控編程和在VERICUT中加工仿真驗證；孫芹等[4～10]研究了復雜曲面多軸加工的UG編程和在VERICUT中仿真；陳貞奇等[11,12]介紹了在VERICUT中數控加工多道工序合并翻面模擬仿真方法。整體而言，研究的范圍主要集中在零件一次裝夾的UG編程和VERICUT 軟件仿真上，對多次裝夾翻面零件的UG編程及工藝研究，目前相關的文獻較少。因此，本文詳細介紹兩次裝夾翻面零件的UG編程過程，再在VERICUT中進行加工仿真驗證，為此類零件的編程及仿真提供了參考。

1 數控加工編程

1.1 加工零件分析

圖1為加工零件模型圖，材料是2A50鋁合金，毛坯的長×寬×高＝150mm×60mm×51mm，要從毛坯加工成零件，六個面都需要進行加工，要進行A面到B面一次翻面裝夾，其中最關鍵的技術是在編程中工序之間模型參數的傳遞及參數的設定。

圖1 零件模型圖

1.2 加工工藝分析

由加工零件模型可知，加工可采用三軸編程方法進行。在UG的加工環境中，采用平面銑削及鉆孔編程加工方法，生成加工刀路軌跡前置指令。并構造對應加工機床后置處理器，進行后處理后得到數控加工G代碼 。

依據零件材料及結構特性，制定數控加工工藝過程卡，如表1所示。

表1 數控加工工藝過程卡

續（表1）

1.3 加工流程

零件的加工可分成2大工序，每道工序有較多的工步，每道工序先創建父節點組，包括幾何體組、刀具組、方法組和程序組，再創建操作，最后生成刀軌。

1）工序1加工，A面豎直向上裝夾到臺鉗上，加工坐標系建立在A面中心上，進行必要的參數設定，先利用平面銑或面銑完成頂面、側面和階臺面的粗精加工，再完成鉆孔和擴孔等操作，其加工基本流程如圖2所示。

圖2 工序1的加工流程

2）工序間實體模型參數的轉換

工序2要翻面裝夾，重新建立加工坐標系，但在工序2中要創建毛坯幾何體，不能采用工序1的毛坯實體，只能是工序1加工后形成的實體，但是經過工序1刀軌仿真生成的不是實體，不能用作毛坯幾何體。本文提出兩種方法創建工序2的毛坯幾何體。

方法1：UG的三維建模功能非常強，可以根據工序1加工后的形狀，計算出尺寸，創建一個實體作為毛坯幾何體，但這種方法創建的實體都是理想加工得到的尺寸，而沒有考慮實際加工中的各種誤差，所以創建的毛坯幾何體與實際的有誤差，編制出來的程序也有誤差。

方法2：將工序1中所有工步編制好后，在最后一個工步中，點擊工具欄中“確認刀軌”，進入刀軌可視化仿真對話框，如圖3所示。

圖3 刀軌可視化仿真對話框

按照圖中步驟進行操作，就可形成一個IPW小平面化實體，如圖4所示，該實體即為工序2的毛坯幾何體，這樣創建的毛坯是實際加工仿真得來，完全滿足要求。

圖4 IPW小平面實體

3）工序2加工，翻面裝夾即B面豎直向上裝夾到臺鉗上，重新建立加工坐標系，然后進行必要的參數設定，利用平面銑或面銑完成頂面、階臺面的粗精加工，最后加工出零件。其加工基本流程如圖5所示。

1.4 后處理

刀位軌跡文件是數控系統無法識別的，不能直接傳輸到數控機床進行加工。機床的結構和數控系統，都會因機床不同而不同。因此，必須將通用前置處理得到的刀位軌跡文件數據轉換成某一特定機床能識別的程序代碼，這一過程稱為后置處理[3]。打開 UG 自帶的加工后處理器UG/Post Builer，選擇3軸銑加工，單位為mm。選擇數控系統，修改機床行程限制，進給率，程序開始結束符號，G代碼，M代碼及其它設置，構造出特定機床后處理器。將刀位軌跡文件導入后處理器，輸出NC程序，工序1和工序2各創建一個數控程序。

圖5 工序2的加工流程

2 虛擬加工仿真

多工序合并翻面模擬在一般程序模擬軟件中是很難實現的，需要將第1道工序加工模擬后的三維模型文件單獨保存，并在下一道模擬時通過毛坯定義調用提取出來，第2道工序編程零點設置也比較麻煩。而VERICUT軟件能很好的解決以上問題，來實現多工序合并翻面模擬加工仿真。

2.1 工位1

1）仿真平臺搭建

根據實際機床各軸間的相互運動關系及相關參數，在VERICUT 環境中建立機床組件拓撲結構。在UG中構建機床CAD三維模型，以X/Y/Y軸、床身、主軸等組件為單位逐個導出模型，根據拓撲結構關系再導入VERICUT 環境中，調整各組件位置參數，裝配成數控機床模型。機床建成后，進行機床干涉檢查、機床初始化位置、機床行程等初始化設置。最后加載機床控制系統，本文選用法拉克（FANUC）數控系統。

2） 參數設置

首先在“項目樹”對話框中選擇“工位：1”，添加毛坯模型，單擊“Stock（0，0，0）”，新建毛坯矩形塊；選擇“加工刀具”，進入“刀具管理器”對話框，新建表1所示的5把刀具；雙擊“數控程序”，加載1.4節工序1的NC數控程序“A.nc”；配置Program_Zero坐標系與工件上的程序坐標系重合，選擇刀具半徑補償；單擊“G-代碼偏置”，定義加工坐標系，選擇偏置名為“工作偏置”，在配置工作偏置對話框中，在“從組件名字” 下拉對話框選擇Tool，在“到坐標原點”下拉對話框，從中選擇Program_Zero坐標系。設置完成后的機床模型如圖6所示。

圖6 數控機床模型

2.2 工位2[11，12]

工位2與工位1在同一機床上進行加工仿真，只需將毛坯翻面裝夾，進行必要的參數設置即可。具體操作如下：

1）先將“工位1”拷貝粘貼，自動生成“工位2”。在工位2中，再單擊“Stock”，刪除毛坯模型；單擊“Design”，添加零件三維模型，以便進行加工理論誤差對比分析。

2）先點擊“重置模型”，鼠標再置于“仿真到末端”，右鍵彈出選擇對話框，勾選 “各個工位的結束”；左鍵點擊“仿真到末端”，進行工位1的仿真加工。仿真加工完畢后，左鍵點擊單步，跳轉到 “工位2”。

3）在工位2中，單擊“Stock”，在其下自動生成一個加工模型，實際上這是系統將工位1模擬完成后的零件自動拷貝至工位2中作為加工毛坯。將加工毛坯通過旋轉、移動等操作，完成工位2零件的翻轉、定位。

4）在項目樹中，點擊“坐標系統”，刪除已有的工位1的坐標系，新建立工件坐標系；

打開“G-代碼設置”后，在“工作偏置”對話框，點擊“子系統”，把“寄存器”中的值由“54”改為“55”，對應工序2加工程序中的G55指令。

5）點擊“數控程序”，刪除工位1的加工程序，點擊“添加數控程序文件”，調入工序2的加工程序“B.nc”。

2.3 加工仿真

在完成以上所有設置后，保存該項目，然后點擊“重置模型”按鈕，再點擊“仿真”按鈕，零件的兩工序合并翻面仿真將一氣呵成，如圖7所示。

圖7 兩工序合并翻面仿真

2.4 加工理論誤差對比分析

在整個加工仿真過程中，機床刀具與工件、夾具均無碰撞、干涉情況的發生，利用軟件自動比較（AUTODIFF）功能對比切削毛坯和設計模型，檢查過切與欠切，設置過切和欠切公差為0.010mm，生成比較報告，如圖8所示，從報告中可知，此加工無欠切和過切現象。

圖8 自動比較報告

3 結束語

根據零件的模型尺寸及加工要求，采用兩工序合并翻面的加工技術，進行了加工工藝規劃，制定了工藝卡片。在 UG加工環境下，編制出了各工序的數控加工程序，解決了工序間模型的傳遞問題。基于VERICUT軟件搭建了數控程序虛擬加工仿真通用平臺，實現了兩工序合并翻面的連續加工仿真。最后通過加工仿真及加工理論誤差對比分析。驗證了兩工序合并翻面數控編程方法、數控程序及虛擬仿真的正確性與準確性。

[1] 常赟.多軸加工編程及仿真應用[M].機械工業出版社,2011.

[2] 楊勝群.VERICUT數控加工仿真技術[M].北京:清華大學出版社,2013.

[3] 杜麗,張信,趙爽宇,等.S形檢測試件五軸聯動數控加工方法研究[J].中國機械工程,2014,25(21):2907-2911.

[4] 孫芹.復雜曲面的UG建模、加工與Vericut虛擬仿真[J].制造業自動化,2013,35(7):19-21.

[5] 姜增輝,唐文龍,王月.UG NX7.5和VERICUT7.0集成環境下整體葉輪虛擬加工技術的研究[J].制造技術與機床,2011(4):77-81.

[6] 雷蔓,呂健,劉征宏,等.基于UG與Vericut的復雜曲面加工仿真[J].機械設計與制造,2014,(11):47-49.

[7] 曾強,張志森,肖輝進.基于VERICUT 五軸聯動數控加工仿真研究[J].科學技術與工程,2012,12(4):914-917.

[8] 燕杰春.基于UG 和Vericut 軟件平臺的多軸數控加工編程與仿真加工研究[J].制造業自動化,2012,34(2):41-43.

[9] 孔德英,崇凱,王霄.基于UG/CAM和VERICUT的數控加工仿真與優化[J].機床與液壓,2011,39(23):147-149.

[10] 宋強.基于UG和VERICUT的擋料塊數控加工優化[J].制造業自動化,2015,37(5):19-23.

[11] 陳貞奇,劉濤.基于VERICUT軟件的數控加工中兩道工序合并翻面模擬仿真及參數設置[J].新技術新工藝,2015,(3):47-49.

[12] 劉文彥.VERICUT7.3對于零件多次翻面裝夾的仿真加工[J].機械工程與自動化,2016,(5):217-219.

Research on the CNC programming and processing simulation with two steps process based on UG and VERICUT

ZENG Qiang1,2, TIAN Huai-wen3

TH16

：A

：1009-0134(2017)08-0099-04

2017-04-04

四川省教育廳基金資助項目（14ZB0317）

曾強（1975 -），男，四川達州人，講師，碩士，研究方向為數字化設計與制造、多軸數控加工及仿真。