基于VERICUT優(yōu)化薄壁零件加工工藝參數(shù)的研究

王科健

（佛山職業(yè)技術(shù)學院機電工程學院，廣東 佛山 528000）

薄壁零件是日常工業(yè)和生活中不可缺少的重要零件，它的特點是重量輕、所用材料較少，結(jié)構(gòu)相對簡單，在航空航天、石油化工、汽車、電力傳輸?shù)阮I(lǐng)域應用非常廣泛。但由于它在機械加工過程中精度不好控制，表面粗糙度得不到應有的保障，所以薄壁零件加工向來是機械加工過程中比較難解決的問題，由于受到自身結(jié)構(gòu)特點約束，它往往是剛性較差，強度較弱，在整個加工過程中由于裝夾問題極易受到變形，因此這些加工原因都會導致零件的形位誤差增大，加工質(zhì)量得不到保障。

VERICUT數(shù)控加工仿真系統(tǒng)是全球頂級數(shù)控加工仿真軟件，該軟件不但可以進行數(shù)控程序驗證、刀具模擬運動、還能優(yōu)化刀具路徑、與設(shè)計模型進行精確比較等，從而讓編程人員在編程的過程中隨時可以進行數(shù)控機床模擬加工，還可以同時進行數(shù)控程序可運行的優(yōu)化，這樣在計算機系統(tǒng)里可以大大縮短機床調(diào)試時間，節(jié)省材料，縮短真實工件加工時間，有效延長刀具的使用壽命，改善在加工過程中容易出現(xiàn)的過切或欠切的情況。因此這就為我們加工薄壁零件參數(shù)優(yōu)化提供了有力支撐，讓零件從裝夾到選擇刀具，以及如何選擇切削量，如何充分優(yōu)化加工工藝參數(shù)，為今后加工薄壁零件提供更好方法。

1 薄壁零件加工工藝研究

1.1 零件圖樣分析

圖1所示零件是機械制造行業(yè)中的一個非標零件。它屬于比較典型具有薄壁特征的零件，由外圓、內(nèi)孔、環(huán)槽和鍵槽等加工特征組成。

圖1 薄壁零件三維圖

該薄壁零零件圖樣有基本尺寸、內(nèi)外公差、形位公差要求，還有較小的表面粗糙度的要求，這些技術(shù)條件勢必在加工過程中得到保證，由于內(nèi)凹表面有特殊的精度要求，因此該加工特征是該零件加工的關(guān)鍵工序。

1.2 確定毛坯

該非標零件的材料為TC11（Ti-6Al-3.5Mo-1.8Zr），因該零件材料成本比較昂貴，基本為來料加工，工件毛坯一般為實心毛坯或鍛件或鑄件。

1.3 零件加工方案

用NX軟件進行實驗工件構(gòu)建、刀具軌跡的規(guī)劃和經(jīng)過后處理生成數(shù)控代碼，以VERICUT作為數(shù)控加工仿真系統(tǒng)進行刀路模擬數(shù)控仿真，加工和干涉檢查等：

（1）利用NX軟件的建模模塊對該薄壁零件進行3D模型的建立，將零件模型文件導入VERICUT軟件，以便在軟件調(diào)用模型文件，將NX軟件生成的數(shù)控程序清單導入數(shù)控仿真軟件中。

（2）在VERICUT數(shù)控仿真軟件中，根據(jù)零件及NX軟件刀具中的刀具定義相應的刀具、毛坯，運行導入的G代碼，運行數(shù)控仿真軟件進行相應的設(shè)置；對刀點的設(shè)置，工件坐標系的建立等。

（3）在VERICUT數(shù)控仿真軟件中將導入的數(shù)控加工仿真完畢后進行相應的數(shù)據(jù)校驗和過切的檢查，有沒有與機床發(fā)生干涉等，根據(jù)要求對加工刀路進行優(yōu)化，最后達到加工合格零件的目的。

（4）反復對加工的零件，及不同的切削策略，進行優(yōu)化，以便找到仿真加工出的零件與理論設(shè)計零件之間的差異， 通過軟件設(shè)定相應的顯示方式來優(yōu)化加工仿真中存在的問題，進行及時解決。

（5）修正相關(guān)數(shù)控加工工藝參數(shù)，重復進行仿真操作，達到最佳數(shù)據(jù)。

1.4 過切與欠切檢查

圖2 NX刀路

圖3 VERICUT仿真結(jié)果

通過VERICUT進行G代碼加工仿真，可及時發(fā)現(xiàn)僅查看刀具軌跡所無法發(fā)現(xiàn)的刀具過切或欠切問題，以便及時對刀具軌跡和數(shù)控代碼進行修改，防止實際加工時造成不必要的損失。

圖4 VERICUT過切與欠切檢查

1.5 加工公差檢查

由于 VERICUT數(shù)控仿真軟件有自動比較功能，可以對加工后的模型與原設(shè)計模型進行比較，有效找到加工公差，為后續(xù)程序優(yōu)化找到解決方案。

1.6 結(jié)論

通過 VERICUT 加工仿真與切削試驗， 首先將設(shè)計模型與加工仿真模型進行對比，排除刀具干涉、機床碰撞現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)工件欠切情況，及時對刀具軌跡和數(shù)控代碼進行修改。 通過 VERICUT 的自動比較功能，分別以實體模式和曲面模式對設(shè)計模型與加工仿真模型進行公差校驗，并通過實際切削試驗，驗證數(shù)控代碼的有效性和正確性。

2 實際加工其他因素影響

2.1 工件熱變形

由于薄壁零件特殊的機構(gòu)，所以在切削的過程中肯定會產(chǎn)生很高的溫度，由于結(jié)構(gòu)特點自身剛性不足，在高溫下會有熱脹冷縮的現(xiàn)象，這樣導致零件的尺寸很難得到控制，尤其是對一些膨脹系數(shù)大的金屬工件來說，有可能還會出現(xiàn)在夾具中卡死的現(xiàn)象。

2.2 工件裝夾形變

（1）夾具在整個薄壁零件的加工中起到舉足輕重的作用，如何在保證零件特征的基礎(chǔ)上選用最合適的夾緊力，為保證零件加工過程中的形位公差，盡量保證夾緊的位置和零件的支撐點保持一致，避免由于受力不均勻零件加工過程中產(chǎn)生變形。

（2）整個薄壁零件在加工過程中，為加強工件強度，適當采用芯軸等特殊的裝置，這樣可以使工件在加工過程中容易夾持，還不容易造成變形。

（3）適當擴大裝夾過程中與零件的接觸面積。加工人員在加工過程中可以適當設(shè)計一些專用夾具，或者特殊套筒來增大零件與夾具之間的接觸面積，這樣使夾緊力均勻分布在工件的表面，保證工件在有夾緊力的情況下不易產(chǎn)生變形。

3 結(jié)語

本文通過對典型薄壁類零件常用加工方法研究，結(jié)合走刀路徑、合理選擇工藝路線原則等，提出高效的加工工藝優(yōu)化設(shè)計方案；由于現(xiàn)代制造業(yè)在加工工業(yè)產(chǎn)品的種類、規(guī)格有著多樣化的需求，這樣必然導致實際加工在材料上的浪費，正因為有數(shù)控模擬加工軟件的輔助，使我們在加工過程中能夠借助計算機進行數(shù)控仿真加工，這樣在模擬程序中程序得到校驗，對潛在的程序錯誤進行糾正，提高研發(fā)和加工效率，降低生產(chǎn)成本，對整個制造業(yè)將有重要的意義。