基于立式加工中心UG&VERICUT 数控加工技术的研究

2020-06-28张永涛黄崇莉姚晓斐

科学技术创新 2020年16期

张永涛黄崇莉姚晓斐晁瑞

（陕西理工大学机械工程学院，陕西汉中723200）

现代企业正处于快速发展阶段，提高加工产品的合格率、提升企业效益已经成为企业急需解决的重要难题[1]。UG 软件在数控加工领域有着广泛的应用，其可以利用已经创建好的三维实体零件模型通过一系列的操作（如加工方法的选择、加工参数的确定），直接生成用于产品加工的刀位源文件，通过后制处理生成支持指定数控机床的程序，最终应用在数控机床加工仿真或是零件的实际加工过程。VERICUT 是由美国CGTECH 公司研发，集数控加工仿真和系统优化的一款软件，其中包括有NC 程序验证模块、机床运动仿真模块、优化路径模块等[2-3]。

图1 零件二维图示

本文选取航空类某零件撑板进行工艺分析，通过零件图纸分析、加工方案确定，编制工艺规程、数控程序、工艺过程卡片等，针对企业生产工艺需求，通过UG&VERICUT 软件进行数控程序仿真，解决由于数控程序有误导致零件报废等情况发生。

1 概述

1.1 该撑板材料为45#，零件图纸及轴测图如图1、2 所示，该零件需进行热处理，回火：350～370℃，HRC：33～38，使该零件能够获得较高的硬度和耐磨性，进而提高零件使用寿命。

图2 零件三维图示

1.2 该零件尺寸较大，空间尺寸达到768×468×168；零件孔位尺寸属于装配尺寸，要求较为严格；其次行位公差较为严格；经过热处理后，零件硬度较高，零件切削难度较大。通过上述分析，该零件属于典型的难加工复杂零件。

2 工艺规划

2.1 工艺路线规划

（1）根据零件自身特点，加工路线如表1 所示。

表1 工艺路线

（2）针对所制定的加工工艺路线，数控铣占整个加工过程时间的90%以上，基于此类情况，需再次针对数控铣削加工再次进行工步划分，由于零件较大，制作专用夹具成本较高，因此使用垫板，压板、千斤顶等装加固定零件。数控铣详细工步、刀具、切削参数表如表2（表中未标注切削深度参数，需要测量尺寸加工）所示。

表2 数控铣工步

2.2 基于UG 数控加工程序的编制：

（1）使用UG10.0 软件根据二维图纸建立三维模型，所建立模型依图2 所示。

（2）选择应用模块，点击加工，进入加工模块，并依据表2 所示刀具，创建使用刀具、刀柄夹持器及刀具参数，依据图3 所示。

图3 刀具创建图示

（3）设置加工坐标系，根据对零件的数控加工分析，该零件需要三个工位加工，因此需要创建三个加工坐标系，才能满足加工需求，具体方法如下：创建工具几何体，在工具几何体子项目创建MCS 坐标系（此方法可直接在软件生成IPW 过程毛胚、可用于后续精加工的毛胚），指定在零件上加工坐标系MCS 的原点位置、以及X、Y、Z 方向，依据图4 所示。

图4 MCS 坐标系

（4）由于该零件属于复杂类加工零件，公共区域较多，加工过程选择的驱动方式包括平面铣、型腔铣、固定轮廓铣、剩余铣、孔铣、钻孔、镗孔等驱动方式，加工驱动策略依据图5 所示，本文选择一个型腔铣进行简单概述。

图5 型腔铣图示

在型腔铣策略中，几何体选择之前所创建的“A02 正面”、指定部件选择零件本身、指定毛胚选择所创建的包容块，刀轴选择“+M轴”、刀具选择“T01 Φ63R8 转位铣刀”设定切削参数、非切削移动、进给率和速度，点击生成刀轨，依据图6 所示。

图6 型腔铣刀轨

2.3 程序后制处理

目前，UG/Post Builder 可以定义2 轴、3 轴、4 轴带转台或摆头机床，5 轴机床，本文选取零件撑板，选择三轴立式加工中心即可完成数控铣削。

（1）启动UG/Post Builder，新建后处理器，选择三轴铣床，单位选择“毫米”，为依据图7 所示，进入参数设置界面，主菜单包含机床、程序和刀轨、N/C 数据定义，输出设置、虚拟N/C 控制器五大模块，线性轴行程（即X、Y、Z 方向行程）分别设定2000、1500、1500，随后对其参数一一定义设置，并进行保存，命名为"SIE_3ax"，并保存输出，得保存后会产生*.pui、*.def 和*.tcl 3个文件。

图7 构造器启动界面

图8 构造器启参数设置界面

（2）在UG 加工环境中，依据图9 所示，后处理器选择上述所创建的后制处理文件“SIE_3ax”，文件扩展名输入“txt”，单位选择“公制/部件”，点击确定，生成NC 加工代码，生成的部分代码如图10 所示。其中图中方框1 中所阐述NC 程序的模型名称、程序输出时间以及程序创建者；方框2 表示换刀命名，并且加入刀具详细信息，与UG 加工环境中所创建的刀具信息保持一致，可进一步防止实际加工过程中因刀具信息不一致出现零件报废的概率；方框3 表示零件开始切削，其中“；Cutting”一句，数控机床不运行，提醒操作人员注意观察零件切削加工状态。通过对程序的分析，所创建的程序满足预期加工需要，对图4 所示所有铣削驱动方式进行后制处理，得到全部NC 加工代码。

图9 UG 后处理

图10 NC 程序代码

2.4 VERICUT 机床文件建立

VERICUT 仿真软件主要包括控制系统、机床、零件夹具、毛胚、定义坐标系、程序代码设置、刀具以及NC 程序等，目前，可将UG 软件中设置的零件、坐标系、创建的NC 程序通过设置继承至VERICUT 仿真软件，而VERICUT 软件需设置机床参数、控制系统等，具体搭载如图10 所示，保存输出为".vcproject"文件。

图11 VERICUT 建立机床模型

3 基于UG 与VERICUT 软件继承仿真分析

3.1 VERICUT 软件自身与UG 软件搭载，可从VERICUT 安装路径中找到NX10.bat 文件，通过修改计算机环境变量，直接将UG 加工过程继承至VERICUT，如图12 所示。

图12 UG&VERICUT 继承界面

3.2 在图12 中，“文件”下“Progect Template”选择在VERICUT 环境中创建的机床模型；“Operations”中选择所UG 环境中所创建的工件坐标系，在“model”中选择工件、毛胚及坐标系方向，“NC PEOGRAM”中添加后置处理过的数控程序，“GCode Tables”项目中，“Table Name”中定义“Work Offsetes”，设寄存号为“54”，“To Csys”选择“Program Zero”，“选项”中选择G 代码，MCS 坐标系，设置完成，双击“output and Run”，进入VERICUT 界面，如图13 所示。