基于UG6．0與VERICUT的航空薄壁零件虛數(shù)控加工仿真技術(shù)的研究

戶鳳榮，鄒 青，孫婉婷，戶 坤

(1．吉林化工學院航空工程職業(yè)技術(shù)學院，吉林吉林132021;2．吉林大學機械科學與工程學院，吉林長春132000;3．吉林航空維修有限責任公司，吉林吉林132021)

本文航空薄壁零件利用UG軟件自動生成數(shù)控加工程序，可以提高編程的質(zhì)量和效率，利用VERICUT軟件進行虛擬加工，可以模擬實際的加工環(huán)境和加工參數(shù)［1］，通過虛擬加工結(jié)果自動檢驗加工過程中存在的問題［2］，比如:工件的過切和欠切現(xiàn)象、刀具或卡具與工件之間是否存在干涉現(xiàn)象等，因此本方案首先利用UG軟件對壓縮機缸體零件進行建模，經(jīng)后處理程序自動導入數(shù)控加工程序，利用VERICUT軟件進行虛擬加工，對實際的航空部薄壁零件加工具有指導意義．

圖1 航空薄壁零件待加工正面圖

圖2 航空薄壁零件待加工背面圖

1 零件圖樣分析

薄壁零件是航空、汽車、電子行業(yè)廣泛應用的零件，他的的制造方式、加工的經(jīng)濟性和加工質(zhì)量直接決定該企業(yè)的市場競爭力．航空薄壁零件加工過程中，一般它的特點是:有加工精度要求較高的活塞孔，孔與孔之間的位置精度、圓柱度表面粗糙度求較高，另外上、下兩平面的平行度要求也較高，鋁合金材料與一般剛件相比，切削后容易產(chǎn)生切削應力，導致變形等特點．所需加工的各面見圖1和圖2中白顏色標記所示．

2 缸體CAD建模及CAM加工

2.1 壓縮機缸體CAD建模

根據(jù)圖紙的要求，航空薄壁零件是鑄造的鋁合金零件，需要加工的零件實體特征主要有平面、斜面、孔等組成，采用多種建模方式相結(jié)合完成航空薄壁零件建模過程，在基本造型完成之后，應該檢查結(jié)構(gòu)尺寸是否正確，如果發(fā)現(xiàn)錯誤可以通過編輯特征等方法對創(chuàng)建的特征參數(shù)、定位、順序等進行修改，準確無誤后進行細節(jié)特征操作，最后建模完成．

建模過程的正確與否，直接影響到后續(xù)零件的數(shù)控程序的生成及彷真加工，因此航空薄壁零件的建模是基礎．

2.2 航空薄壁零件CAM加工

2．2．1 加工坐標系

本文加工所使用的三坐標加工中心機床3個移動軸方向就是3個導軌的方向，因此是固定的，他們與UG加工環(huán)境中的加工坐標系(MCS)是一一對應的．

2．2．2 CAM 加工流程

在UG NX6．0中，加工過程中首先是根據(jù)零件的模型進行加工工藝方案的制定，然后進入CAM加工環(huán)境，對刀具、幾何體、加工方法等進行選擇，然后進行后置處理生成數(shù)控程序，最后對NC代碼進行檢驗，UG/CAM的加工的部分刀具軌跡圖見圖3所示．

3 VERICUT虛擬數(shù)控加工

3.1 機床的組建

機床的組建是根據(jù)實際加工的需要，建立相應的數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)［3］，用以模擬在真實加工中的數(shù)控設備，可以在UG中事先對機床的各組件進行建模［4］，再把各個組件在 VERICUT6．0軟件里進行組裝并配備相應的數(shù)控系統(tǒng)．

數(shù)控機床結(jié)構(gòu)組建完成后，要實現(xiàn)加工運動，還需要給機床配置數(shù)字控制系統(tǒng)［5］，使機床具有解讀數(shù)控代碼、插補運算、仿真顯示等基本功能［6］．本文選用的是 FUNUC 0M 數(shù)控系統(tǒng)．

3.2 夾具體的組建

夾具的組建時創(chuàng)建一個“STL”文件，在此“STL”文件下添加在UG NX 6．0下設計的夾具模型文件．

3.3 刀具的組建

本文組建的刀具庫共包含有7把典型刀具，包括端面銑刀、立銑刀、鏜刀和球頭銑刀等．現(xiàn)以端面銑刀的建立過程為例，刀具選擇完成后還要對刀夾與裝配位置進行定義．

3.4 毛坯的組建

利用UG6．0軟件對壓縮機缸體零件的毛坯進行建模，通過瀏覽后調(diào)入VERICUT7．0中，并放置在機床合適的位置上．添加完成的夾具模型見圖4所示．

圖3 刀具軌跡仿真

圖4 工序2毛坯添加

4 虛擬加工過程

4.1 數(shù)控程序的添加

虛擬加工仿真過程是將在UG中生成的NC數(shù)控代碼導入到 VERICUT 7．0中，重點是:刀具放置的數(shù)據(jù)、工件放置的數(shù)據(jù)、控制器的數(shù)據(jù)及加工原點的位置，基本上只要有了這四種數(shù)據(jù)［7］，就可以進行仿真加工了．FANUC OM系統(tǒng)是目前國際上應用最為廣泛的虛擬數(shù)控加工仿真系統(tǒng)之一，它不僅可以模擬數(shù)控代碼查證步驟，還可以最大限度地提高加工效率和加工精度．

經(jīng)過試切檢查，在UG NX 6．0中生成的數(shù)控加工程序有些細節(jié)需要修改才能在 VERICUT 7．0系統(tǒng)中仿真加工，例如:部分程序刀具號在UG中和在VERICUT 7．0仿真加工中有可能不一致，需要檢查程序和修改．修改的方法是以“記事本”形式打開格式為．mcd的程序文件，以壓縮機缸體加工的第一道工序中第一個工步為例，在UG NX 6．0中加工第一把刀具的刀具號是“00號”，而我們在VERICUT 7．0中設置刀具時，指定的第一把刀具的刀具號是“01”號，這樣使虛擬加工中不能按照我們所指定的正確刀具進行仿真加工，所以應該把“記事本”中的程序到刀具號進行修改，才能使虛擬加工得以順利進行．

4.2 虛擬加工

機床模型重置后，就可以進行數(shù)控加工仿真了．VERICUT 7．0提供了多種捕捉圖像的方法，正在加工的工件和機床的運動圖片都可以捕捉并輸出到打印機或保存到文件中．圖像的文件格式可以是 JPEG、PS、EPSF、TIFF 等，圖像的重放功能還可使捕捉到的仿真過程按照需要以不同的方式進行重放．本文機床的仿真過程見圖5所示．

圖5 機床的仿真過程

仿真結(jié)束后，VERICUT 7．0將自動產(chǎn)生Ascll文本格式的日志文件．日志文件包含仿真過程中的錯誤、警告和其他信息，其中錯誤和警告部分包括產(chǎn)生錯誤的刀軌所在的行數(shù)、刀軌代碼和所用刀具，因此能夠?qū)㈠e誤和警告定位到某一個程序段．通過與前面介紹的刀軌重放功能結(jié)合起來，可以進一步將錯誤刀軌和視圖中刀具所處位置對應起來．

4.3 仿真結(jié)果分析與與零件的檢驗

分析模塊的主要作用是進行過切與欠切的檢查，它能將仿真加工后的模型和設計模型疊加在一起進行精確比較，自動識別并顯示出留在工件上的過切與欠切的部位，并顯示發(fā)生該情況的程序行提示用戶修改．這樣就可以保證加工完畢的零件能夠滿足最開始的設計要求，從而減少試切削的時間，提高生產(chǎn)效率［8］．在加工中產(chǎn)生欠切現(xiàn)象，系統(tǒng)根據(jù)實際欠切情況生成欠切報告．并且對錯誤的程序行能夠進行精確的刀軌圖像顯示定位，根據(jù)具體情況對程序進行編輯和修改，然后進行模擬仿真，仿真結(jié)果見圖6所示．

圖6 修改后的程序?qū)崟r仿真

4.4 實驗驗證

航空薄壁零件的加工程序在VERICUT 7．0中虛擬加工結(jié)果達到了加工精度要求，接下來在車銑加工中心平臺上進行實際的試切試切實驗．將實際的實驗結(jié)果與在VERICUT 7．0中虛擬加工結(jié)果進行對比，滿足加工要求．

5 結(jié) 論

本文利用 UG 6．0軟件和VERICUT7．0對航空薄壁零件進行虛擬加工，為進一步實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效的數(shù)控加工過程提供了有利條件［9］．利用虛擬加工的相關數(shù)據(jù)來評定產(chǎn)品的性能和加工工藝存在的問題，用以調(diào)整設計細節(jié)并縮短設計周期，同時，結(jié)合實際的試切結(jié)果，最大限度地提高加工質(zhì)量和加工效率，降低生產(chǎn)成本［10］．

［1］ J．Endres，O．Burak．Existence and Effects of overlap Factors Greater han Unity and Less than Zero［J］．Journal of Manufacturing Process，2002，4(1):67-76．

［2］ LIN Y Z，SHENY L．Enhanced virtual machining for Sculptured surfaces by integrating machine tool error models into NC machining simulation［J］．International Journal of Machine Tools and Manufacture，2004，44(1):79-86．

［3］ 姜彬，鄭敏利，等．數(shù)控銑削用量多目標優(yōu)化［J］．哈爾濱理工大學學報，2002，24(7):67-68．

［4］ 余振華，曹根基．基于UG NX環(huán)境下使用VERICUT數(shù)控加工仿真探討［J］．機械設計制造及自動化，2006，12(7):56-59．

［5］ 劉衛(wèi)，王亞平，李宏偉，等．VERICUT在數(shù)控加工優(yōu)化中的研究與應用［J］．計算機應用研究，2004，15(2):102-104．

［6］ 阮潤凌，唐承統(tǒng)，呂波，等．基于VERICUT虛擬機床的建模技術(shù)研究與應用［J］．組合機床與自動化加工技術(shù)，2006，24(6):11-14．

［7］ 靖華，甄恒洲，崔艷龍，等．基于知識的軸類零件CAPP系統(tǒng)的實現(xiàn)［J］．組合機床與自動化加工技術(shù)，2003，12(4):58-59．

［8］ 李云龍，曹巖．數(shù)控機床加工仿真系統(tǒng)VERICUT［M］．西安:西安交通大學出版社，2005．

［9］ 周祖德，陳幼平等．虛擬現(xiàn)實與虛擬制造［M］．武漢:湖北科學技術(shù)出版社，2005．

［10］張偉澤(譯)．虛擬制造［M］．北京:清華大學出版社，2004．