曾 強，田懷文

（1.四川文理學院，達州 635000；2.達州市智能制造產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，達州 635000；3.西南交通大學，成都 610031）

基于UG和VERICUT兩工序合并翻面數(shù)控編程及仿真加工研究

曾 強1,2，田懷文3

（1.四川文理學院，達州 635000；2.達州市智能制造產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，達州 635000；3.西南交通大學，成都 610031）

在加工兩工序合并翻面的零件過程中，編程和仿真中兩工序間模型參數(shù)的傳遞是一個關(guān)鍵技術(shù)，本文以UG為平臺，提出了一種工序間模型參數(shù)傳遞方法，通過各工序的自動編程與參數(shù)設置得到了加工指令，然后在Vericut環(huán)境下，采用兩道工序合并翻面的模擬仿真加工技術(shù)，對編程程序進行了驗證，這種UG和Vericut的有效結(jié)合，能減少零件的試制周期，節(jié)約經(jīng)費，有效的防止碰撞和干涉現(xiàn)象，提高零件的加工精度，為多工序合并翻面數(shù)控編程及仿真提供了設計思路和方法。

UG；VERICUT；仿真；數(shù)控編程；工序合并

0 引言

盒體和箱體類零件一般加工比較復雜，加工內(nèi)容多，各種孔、型腔和凸臺較多，一次裝夾不能完成所有加工，經(jīng)常會用到兩道或更多工序合并翻面加工。加工程序的編制手動難以實現(xiàn)，須采用自動編程。為了保證零件加工中的安全性與合理性，在零件的實際加工前需進行加工仿真，以充分檢查加工程序是否正確、是否會發(fā)生碰撞等，以優(yōu)化程序和工藝。

UG是優(yōu)秀的面向制造行業(yè)的CAD/CAM高端軟件，具有強大的實體造型、數(shù)控加等工功能。其CAM 模塊提供了眾多的加工方式，如車削、固定軸銑削、可變軸銑削等，具有刀具軌跡生成和仿真功能，其后處理程序支持多種類型的數(shù)控機床，生成相應的NC程序[1]。

VERICUT 是一款專為制造業(yè)設計的數(shù)控機床加工仿真和優(yōu)化軟件，可仿真數(shù)控車床、銑床、加工中心和多軸機床等多種加工設備的數(shù)控加工過程，能檢查過切、欠切，防止機床碰撞、超行程等錯誤，機床加工仿真效果逼真，能幫助用戶清除編程錯誤和改進切削效率[2]。

目前，利用UG軟件編程和VERICUT 軟件仿真的文獻較多，兩者結(jié)合應用的也不少，但應用在多工序合并翻面數(shù)控編程及仿真相關(guān)文獻較少。杜麗等[3]研究了S形檢測試件在UG中的三維建模、工藝規(guī)劃、數(shù)控編程和在VERICUT中加工仿真驗證；孫芹等[4～10]研究了復雜曲面多軸加工的UG編程和在VERICUT中仿真；陳貞奇等[11,12]介紹了在VERICUT中數(shù)控加工多道工序合并翻面模擬仿真方法。整體而言，研究的范圍主要集中在零件一次裝夾的UG編程和VERICUT 軟件仿真上，對多次裝夾翻面零件的UG編程及工藝研究，目前相關(guān)的文獻較少。因此，本文詳細介紹兩次裝夾翻面零件的UG編程過程，再在VERICUT中進行加工仿真驗證，為此類零件的編程及仿真提供了參考。

1 數(shù)控加工編程

1.1 加工零件分析

圖1為加工零件模型圖，材料是2A50鋁合金，毛坯的長×寬×高＝150mm×60mm×51mm，要從毛坯加工成零件，六個面都需要進行加工，要進行A面到B面一次翻面裝夾，其中最關(guān)鍵的技術(shù)是在編程中工序之間模型參數(shù)的傳遞及參數(shù)的設定。

圖1 零件模型圖

1.2 加工工藝分析

由加工零件模型可知，加工可采用三軸編程方法進行。在UG的加工環(huán)境中，采用平面銑削及鉆孔編程加工方法，生成加工刀路軌跡前置指令。并構(gòu)造對應加工機床后置處理器，進行后處理后得到數(shù)控加工G代碼 。

依據(jù)零件材料及結(jié)構(gòu)特性，制定數(shù)控加工工藝過程卡，如表1所示。

表1 數(shù)控加工工藝過程卡

續(xù)（表1）

1.3 加工流程

零件的加工可分成2大工序，每道工序有較多的工步，每道工序先創(chuàng)建父節(jié)點組，包括幾何體組、刀具組、方法組和程序組，再創(chuàng)建操作，最后生成刀軌。

1）工序1加工，A面豎直向上裝夾到臺鉗上，加工坐標系建立在A面中心上，進行必要的參數(shù)設定，先利用平面銑或面銑完成頂面、側(cè)面和階臺面的粗精加工，再完成鉆孔和擴孔等操作，其加工基本流程如圖2所示。

圖2 工序1的加工流程

2）工序間實體模型參數(shù)的轉(zhuǎn)換

工序2要翻面裝夾，重新建立加工坐標系，但在工序2中要創(chuàng)建毛坯幾何體，不能采用工序1的毛坯實體，只能是工序1加工后形成的實體，但是經(jīng)過工序1刀軌仿真生成的不是實體，不能用作毛坯幾何體。本文提出兩種方法創(chuàng)建工序2的毛坯幾何體。

方法1：UG的三維建模功能非常強，可以根據(jù)工序1加工后的形狀，計算出尺寸，創(chuàng)建一個實體作為毛坯幾何體，但這種方法創(chuàng)建的實體都是理想加工得到的尺寸，而沒有考慮實際加工中的各種誤差，所以創(chuàng)建的毛坯幾何體與實際的有誤差，編制出來的程序也有誤差。

方法2：將工序1中所有工步編制好后，在最后一個工步中，點擊工具欄中“確認刀軌”，進入刀軌可視化仿真對話框，如圖3所示。

圖3 刀軌可視化仿真對話框

按照圖中步驟進行操作，就可形成一個IPW小平面化實體，如圖4所示，該實體即為工序2的毛坯幾何體，這樣創(chuàng)建的毛坯是實際加工仿真得來，完全滿足要求。

圖4 IPW小平面實體

3）工序2加工，翻面裝夾即B面豎直向上裝夾到臺鉗上，重新建立加工坐標系，然后進行必要的參數(shù)設定，利用平面銑或面銑完成頂面、階臺面的粗精加工，最后加工出零件。其加工基本流程如圖5所示。

1.4 后處理

刀位軌跡文件是數(shù)控系統(tǒng)無法識別的，不能直接傳輸?shù)綌?shù)控機床進行加工。機床的結(jié)構(gòu)和數(shù)控系統(tǒng)，都會因機床不同而不同。因此，必須將通用前置處理得到的刀位軌跡文件數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成某一特定機床能識別的程序代碼，這一過程稱為后置處理[3]。打開 UG 自帶的加工后處理器UG/Post Builer，選擇3軸銑加工，單位為mm。選擇數(shù)控系統(tǒng)，修改機床行程限制，進給率，程序開始結(jié)束符號，G代碼，M代碼及其它設置，構(gòu)造出特定機床后處理器。將刀位軌跡文件導入后處理器，輸出NC程序，工序1和工序2各創(chuàng)建一個數(shù)控程序。

圖5 工序2的加工流程

2 虛擬加工仿真

多工序合并翻面模擬在一般程序模擬軟件中是很難實現(xiàn)的，需要將第1道工序加工模擬后的三維模型文件單獨保存，并在下一道模擬時通過毛坯定義調(diào)用提取出來，第2道工序編程零點設置也比較麻煩。而VERICUT軟件能很好的解決以上問題，來實現(xiàn)多工序合并翻面模擬加工仿真。

2.1 工位1

1）仿真平臺搭建

根據(jù)實際機床各軸間的相互運動關(guān)系及相關(guān)參數(shù)，在VERICUT 環(huán)境中建立機床組件拓撲結(jié)構(gòu)。在UG中構(gòu)建機床CAD三維模型，以X/Y/Y軸、床身、主軸等組件為單位逐個導出模型，根據(jù)拓撲結(jié)構(gòu)關(guān)系再導入VERICUT 環(huán)境中，調(diào)整各組件位置參數(shù)，裝配成數(shù)控機床模型。機床建成后，進行機床干涉檢查、機床初始化位置、機床行程等初始化設置。最后加載機床控制系統(tǒng)，本文選用法拉克（FANUC）數(shù)控系統(tǒng)。

2） 參數(shù)設置

首先在“項目樹”對話框中選擇“工位：1”，添加毛坯模型，單擊“Stock（0，0，0）”，新建毛坯矩形塊；選擇“加工刀具”，進入“刀具管理器”對話框，新建表1所示的5把刀具；雙擊“數(shù)控程序”，加載1.4節(jié)工序1的NC數(shù)控程序“A.nc”；配置Program_Zero坐標系與工件上的程序坐標系重合，選擇刀具半徑補償；單擊“G-代碼偏置”，定義加工坐標系，選擇偏置名為“工作偏置”，在配置工作偏置對話框中，在“從組件名字” 下拉對話框選擇Tool，在“到坐標原點”下拉對話框，從中選擇Program_Zero坐標系。設置完成后的機床模型如圖6所示。

圖6 數(shù)控機床模型

2.2 工位2[11，12]

工位2與工位1在同一機床上進行加工仿真，只需將毛坯翻面裝夾，進行必要的參數(shù)設置即可。具體操作如下：

1）先將“工位1”拷貝粘貼，自動生成“工位2”。在工位2中，再單擊“Stock”，刪除毛坯模型；單擊“Design”，添加零件三維模型，以便進行加工理論誤差對比分析。

2）先點擊“重置模型”，鼠標再置于“仿真到末端”，右鍵彈出選擇對話框，勾選 “各個工位的結(jié)束”；左鍵點擊“仿真到末端”，進行工位1的仿真加工。仿真加工完畢后，左鍵點擊單步，跳轉(zhuǎn)到 “工位2”。

3）在工位2中，單擊“Stock”，在其下自動生成一個加工模型，實際上這是系統(tǒng)將工位1模擬完成后的零件自動拷貝至工位2中作為加工毛坯。將加工毛坯通過旋轉(zhuǎn)、移動等操作，完成工位2零件的翻轉(zhuǎn)、定位。

4）在項目樹中，點擊“坐標系統(tǒng)”，刪除已有的工位1的坐標系，新建立工件坐標系；

打開“G-代碼設置”后，在“工作偏置”對話框，點擊“子系統(tǒng)”，把“寄存器”中的值由“54”改為“55”，對應工序2加工程序中的G55指令。

5）點擊“數(shù)控程序”，刪除工位1的加工程序，點擊“添加數(shù)控程序文件”，調(diào)入工序2的加工程序“B.nc”。

2.3 加工仿真

在完成以上所有設置后，保存該項目，然后點擊“重置模型”按鈕，再點擊“仿真”按鈕，零件的兩工序合并翻面仿真將一氣呵成，如圖7所示。

圖7 兩工序合并翻面仿真

2.4 加工理論誤差對比分析

在整個加工仿真過程中，機床刀具與工件、夾具均無碰撞、干涉情況的發(fā)生，利用軟件自動比較（AUTODIFF）功能對比切削毛坯和設計模型，檢查過切與欠切，設置過切和欠切公差為0.010mm，生成比較報告，如圖8所示，從報告中可知，此加工無欠切和過切現(xiàn)象。

圖8 自動比較報告

3 結(jié)束語

根據(jù)零件的模型尺寸及加工要求，采用兩工序合并翻面的加工技術(shù)，進行了加工工藝規(guī)劃，制定了工藝卡片。在 UG加工環(huán)境下，編制出了各工序的數(shù)控加工程序，解決了工序間模型的傳遞問題?；赩ERICUT軟件搭建了數(shù)控程序虛擬加工仿真通用平臺，實現(xiàn)了兩工序合并翻面的連續(xù)加工仿真。最后通過加工仿真及加工理論誤差對比分析。驗證了兩工序合并翻面數(shù)控編程方法、數(shù)控程序及虛擬仿真的正確性與準確性。

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Research on the CNC programming and processing simulation with two steps process based on UG and VERICUT

ZENG Qiang1,2, TIAN Huai-wen3

TH16

：A

：1009-0134(2017)08-0099-04

2017-04-04

四川省教育廳基金資助項目（14ZB0317）

曾強（1975 -），男，四川達州人，講師，碩士，研究方向為數(shù)字化設計與制造、多軸數(shù)控加工及仿真。