基于立式加工中心UG&VERICUT 數(shù)控加工技術(shù)的研究

張永濤 黃崇莉 姚曉斐 晁 瑞

（陜西理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，陜西 漢中723200）

現(xiàn)代企業(yè)正處于快速發(fā)展階段，提高加工產(chǎn)品的合格率、提升企業(yè)效益已經(jīng)成為企業(yè)急需解決的重要難題[1]。UG 軟件在數(shù)控加工領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，其可以利用已經(jīng)創(chuàng)建好的三維實(shí)體零件模型通過一系列的操作（如加工方法的選擇、加工參數(shù)的確定），直接生成用于產(chǎn)品加工的刀位源文件，通過后制處理生成支持指定數(shù)控機(jī)床的程序，最終應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床加工仿真或是零件的實(shí)際加工過程。VERICUT 是由美國CGTECH 公司研發(fā)，集數(shù)控加工仿真和系統(tǒng)優(yōu)化的一款軟件，其中包括有NC 程序驗(yàn)證模塊、機(jī)床運(yùn)動仿真模塊、優(yōu)化路徑模塊等[2-3]。

圖1 零件二維圖示

本文選取航空類某零件撐板進(jìn)行工藝分析，通過零件圖紙分析、加工方案確定，編制工藝規(guī)程、數(shù)控程序、工藝過程卡片等，針對企業(yè)生產(chǎn)工藝需求，通過UG&VERICUT 軟件進(jìn)行數(shù)控程序仿真，解決由于數(shù)控程序有誤導(dǎo)致零件報廢等情況發(fā)生。

1 概述

1.1 該撐板材料為45#，零件圖紙及軸測圖如圖1、2 所示，該零件需進(jìn)行熱處理，回火：350～370℃，HRC：33～38，使該零件能夠獲得較高的硬度和耐磨性，進(jìn)而提高零件使用壽命。

圖2 零件三維圖示

1.2 該零件尺寸較大，空間尺寸達(dá)到768×468×168；零件孔位尺寸屬于裝配尺寸，要求較為嚴(yán)格；其次行位公差較為嚴(yán)格；經(jīng)過熱處理后，零件硬度較高，零件切削難度較大。通過上述分析，該零件屬于典型的難加工復(fù)雜零件。

2 工藝規(guī)劃

2.1 工藝路線規(guī)劃

（1）根據(jù)零件自身特點(diǎn)，加工路線如表1 所示。

表1 工藝路線

（2）針對所制定的加工工藝路線，數(shù)控銑占整個加工過程時間的90%以上，基于此類情況，需再次針對數(shù)控銑削加工再次進(jìn)行工步劃分，由于零件較大，制作專用夾具成本較高，因此使用墊板，壓板、千斤頂?shù)妊b加固定零件。數(shù)控銑詳細(xì)工步、刀具、切削參數(shù)表如表2（表中未標(biāo)注切削深度參數(shù)，需要測量尺寸加工）所示。

表2 數(shù)控銑工步

2.2 基于UG 數(shù)控加工程序的編制：

（1）使用UG10.0 軟件根據(jù)二維圖紙建立三維模型，所建立模型依圖2 所示。

（2）選擇應(yīng)用模塊，點(diǎn)擊加工，進(jìn)入加工模塊，并依據(jù)表2 所示刀具，創(chuàng)建使用刀具、刀柄夾持器及刀具參數(shù)，依據(jù)圖3 所示。

圖3 刀具創(chuàng)建圖示

（3）設(shè)置加工坐標(biāo)系，根據(jù)對零件的數(shù)控加工分析，該零件需要三個工位加工，因此需要創(chuàng)建三個加工坐標(biāo)系，才能滿足加工需求，具體方法如下：創(chuàng)建工具幾何體，在工具幾何體子項(xiàng)目創(chuàng)建MCS 坐標(biāo)系（此方法可直接在軟件生成IPW 過程毛胚、可用于后續(xù)精加工的毛胚），指定在零件上加工坐標(biāo)系MCS 的原點(diǎn)位置、以及X、Y、Z 方向，依據(jù)圖4 所示。

圖4 MCS 坐標(biāo)系

（4）由于該零件屬于復(fù)雜類加工零件，公共區(qū)域較多，加工過程選擇的驅(qū)動方式包括平面銑、型腔銑、固定輪廓銑、剩余銑、孔銑、鉆孔、鏜孔等驅(qū)動方式，加工驅(qū)動策略依據(jù)圖5 所示，本文選擇一個型腔銑進(jìn)行簡單概述。

圖5 型腔銑圖示

在型腔銑策略中，幾何體選擇之前所創(chuàng)建的“A02 正面”、指定部件選擇零件本身、指定毛胚選擇所創(chuàng)建的包容塊，刀軸選擇“+M軸”、刀具選擇“T01 Φ63R8 轉(zhuǎn)位銑刀”設(shè)定切削參數(shù)、非切削移動、進(jìn)給率和速度，點(diǎn)擊生成刀軌，依據(jù)圖6 所示。

圖6 型腔銑刀軌

2.3 程序后制處理

目前，UG/Post Builder 可以定義2 軸、3 軸、4 軸帶轉(zhuǎn)臺或擺頭機(jī)床，5 軸機(jī)床，本文選取零件撐板，選擇三軸立式加工中心即可完成數(shù)控銑削。

（1）啟動UG/Post Builder，新建后處理器，選擇三軸銑床，單位選擇“毫米”，為依據(jù)圖7 所示，進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置界面，主菜單包含機(jī)床、程序和刀軌、N/C 數(shù)據(jù)定義，輸出設(shè)置、虛擬N/C 控制器五大模塊，線性軸行程（即X、Y、Z 方向行程）分別設(shè)定2000、1500、1500，隨后對其參數(shù)一一定義設(shè)置，并進(jìn)行保存，命名為"SIE_3ax"，并保存輸出，得保存后會產(chǎn)生*.pui、*.def 和*.tcl 3個文件。

圖7 構(gòu)造器啟動界面

圖8 構(gòu)造器啟參數(shù)設(shè)置界面

（2）在UG 加工環(huán)境中，依據(jù)圖9 所示，后處理器選擇上述所創(chuàng)建的后制處理文件“SIE_3ax”，文件擴(kuò)展名輸入“txt”，單位選擇“公制/部件”，點(diǎn)擊確定，生成NC 加工代碼，生成的部分代碼如圖10 所示。其中圖中方框1 中所闡述NC 程序的模型名稱、程序輸出時間以及程序創(chuàng)建者；方框2 表示換刀命名，并且加入刀具詳細(xì)信息，與UG 加工環(huán)境中所創(chuàng)建的刀具信息保持一致，可進(jìn)一步防止實(shí)際加工過程中因刀具信息不一致出現(xiàn)零件報廢的概率；方框3 表示零件開始切削，其中“；Cutting”一句，數(shù)控機(jī)床不運(yùn)行，提醒操作人員注意觀察零件切削加工狀態(tài)。通過對程序的分析，所創(chuàng)建的程序滿足預(yù)期加工需要，對圖4 所示所有銑削驅(qū)動方式進(jìn)行后制處理，得到全部NC 加工代碼。

圖9 UG 后處理

圖10 NC 程序代碼

2.4 VERICUT 機(jī)床文件建立

VERICUT 仿真軟件主要包括控制系統(tǒng)、機(jī)床、零件夾具、毛胚、定義坐標(biāo)系、程序代碼設(shè)置、刀具以及NC 程序等，目前，可將UG 軟件中設(shè)置的零件、坐標(biāo)系、創(chuàng)建的NC 程序通過設(shè)置繼承至VERICUT 仿真軟件，而VERICUT 軟件需設(shè)置機(jī)床參數(shù)、控制系統(tǒng)等，具體搭載如圖10 所示，保存輸出為".vcproject"文件。

圖11 VERICUT 建立機(jī)床模型

3 基于UG 與VERICUT 軟件繼承仿真分析

3.1 VERICUT 軟件自身與UG 軟件搭載，可從VERICUT 安裝路徑中找到NX10.bat 文件，通過修改計(jì)算機(jī)環(huán)境變量，直接將UG 加工過程繼承至VERICUT，如圖12 所示。

圖12 UG&VERICUT 繼承界面

3.2 在圖12 中，“文件”下“Progect Template”選擇在VERICUT 環(huán)境中創(chuàng)建的機(jī)床模型；“Operations”中選擇所UG 環(huán)境中所創(chuàng)建的工件坐標(biāo)系，在“model”中選擇工件、毛胚及坐標(biāo)系方向，“NC PEOGRAM”中添加后置處理過的數(shù)控程序，“GCode Tables”項(xiàng)目中，“Table Name”中定義“Work Offsetes”，設(shè)寄存號為“54”，“To Csys”選擇“Program Zero”，“選項(xiàng)”中選擇G 代碼，MCS 坐標(biāo)系，設(shè)置完成，雙擊“output and Run”，進(jìn)入VERICUT 界面，如圖13 所示。

圖13 仿真界面

3.3 在VERICUT 界面中，復(fù)查刀具參數(shù)、零件以及毛胚與UG 環(huán)境中所建立的是否一致，保持一致時，重置模型，運(yùn)行“仿真到末端”，零件開始模擬銑削過程。

3.4 完成銑削過程后，依次運(yùn)行“分析”-“自動比較”，設(shè)定過切、殘留余糧，并進(jìn)行自動比較，結(jié)果如圖14 所示，在VERICUT 日志器中顯示沒有錯誤記錄報告，證明所加工的零件與設(shè)計(jì)模型保持一致，加工過程沒有發(fā)生過切、殘留和碰撞等問題。

圖14 分析結(jié)果

4 結(jié)論

以撐板的加工工藝作為研究對象，基于UG 軟件和VERICUT 軟件，為數(shù)控加工流程以及NC 代碼的正確性展開研究，提供實(shí)際的參考意義。

4.1 通過對該零件的外形結(jié)構(gòu)及加工特點(diǎn)分析，確定加工工藝流程，以及數(shù)控加工方案，確定加工工具以及使用的刀具等。

4.2 在UG 軟件中，根據(jù)規(guī)劃的數(shù)控加工流程，創(chuàng)建加工工序，利用專門定制的后處理文件生成NC 加工程序。

4.3 通過相關(guān)參數(shù)設(shè)置，確定UG 和VERICUT 軟件的通道，借鑒VERICUT 虛擬機(jī)床運(yùn)動，檢查程序的正確性。

4.4 通過加工仿真，檢查機(jī)床的碰撞，工件過切等現(xiàn)象，從而保證工件的加工精度及表面粗糙度，基于VERICUT 強(qiáng)大的分析功能，及時記錄錯誤程序詳細(xì)信息同時保護(hù)人員安全生產(chǎn)。進(jìn)而提高工作效率，從而縮短生產(chǎn)周期，減低產(chǎn)品報廢率，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。