基于VERICUT優化薄壁零件加工工藝參數的研究

王科健

（佛山職業技術學院機電工程學院，廣東 佛山 528000）

薄壁零件是日常工業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，結構相對簡單，在航空航天、石油化工、汽車、電力傳輸等領域應用非常廣泛。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，由于受到自身結構特點約束，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，加工質量得不到保障。

VERICUT數控加工仿真系統是全球頂級數控加工仿真軟件，該軟件不但可以進行數控程序驗證、刀具模擬運動、還能優化刀具路徑、與設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控機床模擬加工，還可以同時進行數控程序可運行的優化，這樣在計算機系統里可以大大縮短機床調試時間，節省材料，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的過切或欠切的情況。因此這就為我們加工薄壁零件參數優化提供了有力支撐，讓零件從裝夾到選擇刀具，以及如何選擇切削量，如何充分優化加工工藝參數，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、內孔、環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，這些技術條件勢必在加工過程中得到保證，由于內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建、刀具軌跡的規劃和經過后處理生成數控代碼，以VERICUT作為數控加工仿真系統進行刀路模擬數控仿真，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，以便在軟件調用模型文件，將NX軟件生成的數控程序清單導入數控仿真軟件中。

（2）在VERICUT數控仿真軟件中，根據零件及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，運行數控仿真軟件進行相應的設置；對刀點的設置，工件坐標系的建立等。

（3）在VERICUT數控仿真軟件中將導入的數控加工仿真完畢后進行相應的數據校驗和過切的檢查，有沒有與機床發生干涉等，根據要求對加工刀路進行優化，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，進行優化，以便找到仿真加工出的零件與理論設計零件之間的差異， 通過軟件設定相應的顯示方式來優化加工仿真中存在的問題，進行及時解決。

（5）修正相關數控加工工藝參數，重復進行仿真操作，達到最佳數據。

1.4 過切與欠切檢查

圖2 NX刀路

圖3 VERICUT仿真結果

通過VERICUT進行G代碼加工仿真，可及時發現僅查看刀具軌跡所無法發現的刀具過切或欠切問題，以便及時對刀具軌跡和數控代碼進行修改，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數控仿真軟件有自動比較功能，可以對加工后的模型與原設計模型進行比較，有效找到加工公差，為后續程序優化找到解決方案。

1.6 結論

通過 VERICUT 加工仿真與切削試驗， 首先將設計模型與加工仿真模型進行對比，排除刀具干涉、機床碰撞現象，發現工件欠切情況，及時對刀具軌跡和數控代碼進行修改。 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，所以在切削的過程中肯定會產生很高的溫度，由于結構特點自身剛性不足，在高溫下會有熱脹冷縮的現象，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大的金屬工件來說，有可能還會出現在夾具中卡死的現象。

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生變形。

3 結語

本文通過對典型薄壁類零件常用加工方法研究，結合走刀路徑、合理選擇工藝路線原則等，提出高效的加工工藝優化設計方案；由于現代制造業在加工工業產品的種類、規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，提高研發和加工效率，降低生產成本，對整個制造業將有重要的意義。