基于UG和VERICUT两工序合并翻面数控编程及仿真加工研究

2017-09-15田怀文

制造业自动化 2017年8期

关键词：毛坯装夹工位

曾强，田怀文

（1.四川文理学院，达州 635000；2.达州市智能制造产业技术研究院，达州 635000；3.西南交通大学，成都 610031）

基于UG和VERICUT两工序合并翻面数控编程及仿真加工研究

曾强1,2，田怀文3

（1.四川文理学院，达州 635000；2.达州市智能制造产业技术研究院，达州 635000；3.西南交通大学，成都 610031）

在加工两工序合并翻面的零件过程中，编程和仿真中两工序间模型参数的传递是一个关键技术，本文以UG为平台，提出了一种工序间模型参数传递方法，通过各工序的自动编程与参数设置得到了加工指令，然后在Vericut环境下，采用两道工序合并翻面的模拟仿真加工技术，对编程程序进行了验证，这种UG和Vericut的有效结合，能减少零件的试制周期，节约经费，有效的防止碰撞和干涉现象，提高零件的加工精度，为多工序合并翻面数控编程及仿真提供了设计思路和方法。

UG；VERICUT；仿真；数控编程；工序合并

0 引言

盒体和箱体类零件一般加工比较复杂，加工内容多，各种孔、型腔和凸台较多，一次装夹不能完成所有加工，经常会用到两道或更多工序合并翻面加工。加工程序的编制手动难以实现，须采用自动编程。为了保证零件加工中的安全性与合理性，在零件的实际加工前需进行加工仿真，以充分检查加工程序是否正确、是否会发生碰撞等，以优化程序和工艺。

UG是优秀的面向制造行业的CAD/CAM高端软件，具有强大的实体造型、数控加等工功能。其CAM 模块提供了众多的加工方式，如车削、固定轴铣削、可变轴铣削等，具有刀具轨迹生成和仿真功能，其后处理程序支持多种类型的数控机床，生成相应的NC程序[1]。

VERICUT 是一款专为制造业设计的数控机床加工仿真和优化软件，可仿真数控车床、铣床、加工中心和多轴机床等多种加工设备的数控加工过程，能检查过切、欠切，防止机床碰撞、超行程等错误，机床加工仿真效果逼真，能帮助用户清除编程错误和改进切削效率[2]。

目前，利用UG软件编程和VERICUT 软件仿真的文献较多，两者结合应用的也不少，但应用在多工序合并翻面数控编程及仿真相关文献较少。杜丽等[3]研究了S形检测试件在UG中的三维建模、工艺规划、数控编程和在VERICUT中加工仿真验证；孙芹等[4～10]研究了复杂曲面多轴加工的UG编程和在VERICUT中仿真；陈贞奇等[11,12]介绍了在VERICUT中数控加工多道工序合并翻面模拟仿真方法。整体而言，研究的范围主要集中在零件一次装夹的UG编程和VERICUT 软件仿真上，对多次装夹翻面零件的UG编程及工艺研究，目前相关的文献较少。因此，本文详细介绍两次装夹翻面零件的UG编程过程，再在VERICUT中进行加工仿真验证，为此类零件的编程及仿真提供了参考。

1 数控加工编程

1.1 加工零件分析

图1为加工零件模型图，材料是2A50铝合金，毛坯的长×宽×高＝150mm×60mm×51mm，要从毛坯加工成零件，六个面都需要进行加工，要进行A面到B面一次翻面装夹，其中最关键的技术是在编程中工序之间模型参数的传递及参数的设定。

图1 零件模型图

1.2 加工工艺分析

由加工零件模型可知，加工可采用三轴编程方法进行。在UG的加工环境中，采用平面铣削及钻孔编程加工方法，生成加工刀路轨迹前置指令。并构造对应加工机床后置处理器，进行后处理后得到数控加工G代码。

依据零件材料及结构特性，制定数控加工工艺过程卡，如表1所示。

表1 数控加工工艺过程卡

续（表1）

1.3 加工流程

零件的加工可分成2大工序，每道工序有较多的工步，每道工序先创建父节点组，包括几何体组、刀具组、方法组和程序组，再创建操作，最后生成刀轨。

1）工序1加工，A面竖直向上装夹到台钳上，加工坐标系建立在A面中心上，进行必要的参数设定，先利用平面铣或面铣完成顶面、侧面和阶台面的粗精加工，再完成钻孔和扩孔等操作，其加工基本流程如图2所示。

图2 工序1的加工流程

2）工序间实体模型参数的转换

工序2要翻面装夹，重新建立加工坐标系，但在工序2中要创建毛坯几何体，不能采用工序1的毛坯实体，只能是工序1加工后形成的实体，但是经过工序1刀轨仿真生成的不是实体，不能用作毛坯几何体。本文提出两种方法创建工序2的毛坯几何体。

方法1：UG的三维建模功能非常强，可以根据工序1加工后的形状，计算出尺寸，创建一个实体作为毛坯几何体，但这种方法创建的实体都是理想加工得到的尺寸，而没有考虑实际加工中的各种误差，所以创建的毛坯几何体与实际的有误差，编制出来的程序也有误差。

方法2：将工序1中所有工步编制好后，在最后一个工步中，点击工具栏中“确认刀轨”，进入刀轨可视化仿真对话框，如图3所示。

图3 刀轨可视化仿真对话框

按照图中步骤进行操作，就可形成一个IPW小平面化实体，如图4所示，该实体即为工序2的毛坯几何体，这样创建的毛坯是实际加工仿真得来，完全满足要求。

图4 IPW小平面实体

3）工序2加工，翻面装夹即B面竖直向上装夹到台钳上，重新建立加工坐标系，然后进行必要的参数设定，利用平面铣或面铣完成顶面、阶台面的粗精加工，最后加工出零件。其加工基本流程如图5所示。

1.4 后处理

刀位轨迹文件是数控系统无法识别的，不能直接传输到数控机床进行加工。机床的结构和数控系统，都会因机床不同而不同。因此，必须将通用前置处理得到的刀位轨迹文件数据转换成某一特定机床能识别的程序代码，这一过程称为后置处理[3]。打开 UG 自带的加工后处理器UG/Post Builer，选择3轴铣加工，单位为mm。选择数控系统，修改机床行程限制，进给率，程序开始结束符号，G代码，M代码及其它设置，构造出特定机床后处理器。将刀位轨迹文件导入后处理器，输出NC程序，工序1和工序2各创建一个数控程序。

图5 工序2的加工流程

2 虚拟加工仿真

多工序合并翻面模拟在一般程序模拟软件中是很难实现的，需要将第1道工序加工模拟后的三维模型文件单独保存，并在下一道模拟时通过毛坯定义调用提取出来，第2道工序编程零点设置也比较麻烦。而VERICUT软件能很好的解决以上问题，来实现多工序合并翻面模拟加工仿真。

2.1 工位1

1）仿真平台搭建

根据实际机床各轴间的相互运动关系及相关参数，在VERICUT 环境中建立机床组件拓扑结构。在UG中构建机床CAD三维模型，以X/Y/Y轴、床身、主轴等组件为单位逐个导出模型，根据拓扑结构关系再导入VERICUT 环境中，调整各组件位置参数，装配成数控机床模型。机床建成后，进行机床干涉检查、机床初始化位置、机床行程等初始化设置。最后加载机床控制系统，本文选用法拉克（FANUC）数控系统。

2）参数设置

首先在“项目树”对话框中选择“工位：1”，添加毛坯模型，单击“Stock（0，0，0）”，新建毛坯矩形块；选择“加工刀具”，进入“刀具管理器”对话框，新建表1所示的5把刀具；双击“数控程序”，加载1.4节工序1的NC数控程序“A.nc”；配置Program_Zero坐标系与工件上的程序坐标系重合，选择刀具半径补偿；单击“G-代码偏置”，定义加工坐标系，选择偏置名为“工作偏置”，在配置工作偏置对话框中，在“从组件名字” 下拉对话框选择Tool，在“到坐标原点”下拉对话框，从中选择Program_Zero坐标系。设置完成后的机床模型如图6所示。

图6 数控机床模型

2.2 工位2[11，12]

工位2与工位1在同一机床上进行加工仿真，只需将毛坯翻面装夹，进行必要的参数设置即可。具体操作如下：

1）先将“工位1”拷贝粘贴，自动生成“工位2”。在工位2中，再单击“Stock”，删除毛坯模型；单击“Design”，添加零件三维模型，以便进行加工理论误差对比分析。

2）先点击“重置模型”，鼠标再置于“仿真到末端”，右键弹出选择对话框，勾选 “各个工位的结束”；左键点击“仿真到末端”，进行工位1的仿真加工。仿真加工完毕后，左键点击单步，跳转到 “工位2”。

3）在工位2中，单击“Stock”，在其下自动生成一个加工模型，实际上这是系统将工位1模拟完成后的零件自动拷贝至工位2中作为加工毛坯。将加工毛坯通过旋转、移动等操作，完成工位2零件的翻转、定位。

4）在项目树中，点击“坐标系统”，删除已有的工位1的坐标系，新建立工件坐标系；

打开“G-代码设置”后，在“工作偏置”对话框，点击“子系统”，把“寄存器”中的值由“54”改为“55”，对应工序2加工程序中的G55指令。

5）点击“数控程序”，删除工位1的加工程序，点击“添加数控程序文件”，调入工序2的加工程序“B.nc”。

2.3 加工仿真

在完成以上所有设置后，保存该项目，然后点击“重置模型”按钮，再点击“仿真”按钮，零件的两工序合并翻面仿真将一气呵成，如图7所示。

图7 两工序合并翻面仿真

2.4 加工理论误差对比分析

在整个加工仿真过程中，机床刀具与工件、夹具均无碰撞、干涉情况的发生，利用软件自动比较（AUTODIFF）功能对比切削毛坯和设计模型，检查过切与欠切，设置过切和欠切公差为0.010mm，生成比较报告，如图8所示，从报告中可知，此加工无欠切和过切现象。

图8 自动比较报告

3 结束语

根据零件的模型尺寸及加工要求，采用两工序合并翻面的加工技术，进行了加工工艺规划，制定了工艺卡片。在 UG加工环境下，编制出了各工序的数控加工程序，解决了工序间模型的传递问题。基于VERICUT软件搭建了数控程序虚拟加工仿真通用平台，实现了两工序合并翻面的连续加工仿真。最后通过加工仿真及加工理论误差对比分析。验证了两工序合并翻面数控编程方法、数控程序及虚拟仿真的正确性与准确性。

[1] 常赟.多轴加工编程及仿真应用[M].机械工业出版社,2011.

[2] 杨胜群.VERICUT数控加工仿真技术[M].北京:清华大学出版社,2013.

[3] 杜丽,张信,赵爽宇,等.S形检测试件五轴联动数控加工方法研究[J].中国机械工程,2014,25(21):2907-2911.

[4] 孙芹.复杂曲面的UG建模、加工与Vericut虚拟仿真[J].制造业自动化,2013,35(7):19-21.

[5] 姜增辉,唐文龙,王月.UG NX7.5和VERICUT7.0集成环境下整体叶轮虚拟加工技术的研究[J].制造技术与机床,2011(4):77-81.

[6] 雷蔓,吕健,刘征宏,等.基于UG与Vericut的复杂曲面加工仿真[J].机械设计与制造,2014,(11):47-49.

[7] 曾强,张志森,肖辉进.基于VERICUT 五轴联动数控加工仿真研究[J].科学技术与工程,2012,12(4):914-917.

[8] 燕杰春.基于UG 和Vericut 软件平台的多轴数控加工编程与仿真加工研究[J].制造业自动化,2012,34(2):41-43.

[9] 孔德英,崇凯,王霄.基于UG/CAM和VERICUT的数控加工仿真与优化[J].机床与液压,2011,39(23):147-149.

[10] 宋强.基于UG和VERICUT的挡料块数控加工优化[J].制造业自动化,2015,37(5):19-23.

[11] 陈贞奇,刘涛.基于VERICUT软件的数控加工中两道工序合并翻面模拟仿真及参数设置[J].新技术新工艺,2015,(3):47-49.

[12] 刘文彦.VERICUT7.3对于零件多次翻面装夹的仿真加工[J].机械工程与自动化,2016,(5):217-219.