VERICUT在叶盘车削加工仿真中的应用

2014-04-23袁士平

制造技术与机床 2014年3期

袁士平

(北京航空制造工程研究所，北京 100024)

目前一般采用加工试切件的方法验证数控加工程序正确性，这种方法在航空发动机叶盘的加工中遇到了难题:首先，试切法需要一个甚至数个毛坯，然而一个叶盘的毛坯费用在数十万元，试切的成本无法接受。其次，试切法需要反复试切、修改，周期上无法满足现代制造业的需求。为了保证一次加工100%合格，笔者探索了VERIVCUT 软件的机床运动仿真功能，即用软件模拟机床运动，在计算机内形象、直观地模拟机械加工的全过程，从而在不消耗实际材料、不使用真实机床设备的情况下，有效地检验和分析加工工艺的合理性、数控程序的正确性，取得了较好的效果。

1 零件结构及加工难点

图1 所示为某型发动机的某级叶盘轮盘部分的截面示意图，图2 所示为某槽腔的加工过程示意图。其加工难点为:

图1 零件截面图示

图2 某槽腔加工

(1)某槽腔，如图2 所示，刀具的运动空间狭窄，形状复杂，容易与工件产生干涉。刀具路径必须经过验证才能用于加工。

(2)由于工件结构限制，刀具设计的过于细长，如果切削量过大可能产生破损，导致质量事故，加工前需要验证数控程序的切削量。

(3)工人加工时看不到切削部位，盲目操作，没有信心。

2 VERICUT 的机床运动仿真的应用

VERICUT 的机床运动仿真为此提供了解决方案，图3 为其流程图。

图3 机床运动仿真的流程示意图

2.1 机床定义

首先建立机床的拓扑结构，即机床各部件的相对位置关系。笔者公司采用的机床为齐二机床厂的SVT160X10/8Q-NC 型数控立式车床，工作台台面直径为1.2 m，X、Z 向行程均为1 m。建立的机床模型如图4 所示，从主轴侧来看，Base代表与地面固定的床身，Spindle为车床主轴，毛坯(stock)、工件理论模型(design)随主轴运动。从刀具侧来看，横梁(Z 轴)在床身(base)上滑动，Tool 组件决定了刀具在机床上的安装位置。然后，建立机床各部件的几何模型。叶盘加工过程中，碰撞主要发生在刀具与工件之间，机床一般不会与工件、夹具发生碰撞，故机床部件模型可适当简化。为了提高仿真速度，本项目中未建立任何部件的实体几何模型。

图4 机床模型

2.2 数控系统定义

VERICUT 自带了数控系统库，涵盖了常见的数控系统。本项目中直接调用VERICUT 自带的数控系统“fan15t_t.ctl”。

2.3 刀具库的建立

叶盘加工中，形状复杂、刀具可达性差的槽腔，一般采用成形刀具(如图5 所示)加工，故刀具定义是机床运动仿真的难点。其流程一般为:

图5 刀具的照片

6 AUTOCAD 中定义的刀具几何形状

(1)成形刀具的外形复杂，VERICUT 提供的建模功能有限，故一般在AUTOCAD 里定义二维图，精确地描述一把车刀的截面形状，如图6 所示。在AUTOCAD 中定义刀具外形时，最好把坐标系的原点放在刀具的对刀点上(如图7)，这样，在后续的操作中，在刀具管理器(图8)中将原点设定为(0，0，0)即可，简化了操作。定义完截面形状，输刀具库管理器中，选择Add Tool Component 创建刀具几何体，并且在Component Type 中选定Insert Cutter，创建切削刃。在Sweep Profile 方式下，选择Import DXF，选择上一步保存的DXF 文件，点击Import 即可导入DXF 数据。