基于UG精密零件的数控加工与仿真设计

./综合课程设计论文题目:基于UG精密零件的数控编程工艺与仿真专业名称：飞行器制造工程姓名：任波指导老师:田卫军毕业时间：二零一五年六月设计设计论文综合课程任务书题目基于UG精密零件的数控编程工艺与仿真指导思想和目的要求本文以UGNX5及VERICUT为工具,完成了调整架的三维造型及仿真加工。容包括:首先,根据调整架的结构特点和技术要求,在对其进行加工工艺分析之后,确定了零件的加工方法。然后,利用UG/CAD模块完成了零件几何体的参数化建模。在此基础上,利用UG/CAM模块进行数控编程,设计了加工路线、刀具轨迹,切削方式等工艺参数,生成了零件的NC程序。通过刀轨检查及时地发现刀具跟零件之间的过切和欠切。并通过虚拟加工过程仿真提前发现机床各运动部件、夹具及刀具之间的干涉和碰撞,确定干涉碰撞发生的位置和相应的NC程序段,并对先前的设计和NC程序进行修改三、主要技术指标1、完成设计说明书；2、完成一篇相关课题的外文翻译；3、完成改造后的图纸,A4大小两左右；四、进度和要求第一阶段明确选题,确立总体设计方案〔2天第二阶段查找、收集相关资料〔2天第三阶段拟订初步设计方案和具体设计方案〔2天第四阶段让指导老师分析方案的优缺点并给出修改意见〔1天第五阶段按照设计方案开始画图、设计〔2天第六阶段让指导老师指出不足并改进〔1天第七阶段总结,按要求撰写课程论文〔2天五、主要参考书及参考资料[1]毛炳秋,田伟军等.中文版UGNX7.0基础教程.2010.[2]王素玉.军,艾兴等.高速切削表面租糙度理论研究综述.机械工程师,2004〔1.[3]蔡兰.机械零件工艺性手册〔第二版.机械工业.2007.[4]安荣.机械制造工艺于夹具[M].：科学技术,2008.[5]宏钧.机械工人切削技术手册[M].：机械工业,2005.[6]成大先.机械设计手册〔第五版.化学工业.2008.[7]王素玉.高速切削加工表面质量的研究.大学博士论文,2006.[8]施平.机械工程专业英语教程.第二版.2008.[9]吴圣庄.金属切削机床概论.：科学,1981.[10]吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册,第3版2006.[11]马兰,机械制图,机械工业.2008.[12]家宁.金属切削原理与刀具.机械工业.2010.学生任波指导教师田卫军系主任摘要数控编程是一种可编程的柔性加工方法,它的普及大大提高了加工效率。但是在加工技术方面,除要求数控机床具有较强的运动控制能力之外,更重要的是如何有效地获得高效优质的数控加工程序,并从加工过程整体上提高生产效率。由于零件复杂性的增加,而且工人技术水平有限,手工编程越来越困难。应用数控编程可大大提高生产率、稳定加工质量、缩短加工周期、增加生产柔性、实现对各种复杂精密零件的自动化加工,易于在工厂或车间实行计算机管理,使车间设备总数减少、节省人力、改善劳动条件,有利于加快产品的开发和更新换代,提高企业对市场的适应能力并提高企业综合经济效益。本文以UGNX5及VERICUT为工具,完成了调整架的三维造型及仿真加工。容包括:首先,根据调整架的结构特点和技术要求,在对其进行加工工艺分析之后,确定了零件的加工方法。然后,利用UG/CAD模块完成了零件几何体的参数化建模。在此基础上,利用UG/CAM模块进行数控编程,设计了加工路线、刀具轨迹,切削方式等工艺参数,生成了零件的NC程序。通过刀轨检查及时地发现刀具跟零件之间的过切和欠切。并通过虚拟加工过程仿真提前发现机床各运动部件、夹具及刀具之间的干涉和碰撞,确定干涉碰撞发生的位置和相应的NC程序段,并对先前的设计和NC程序进行修改。关键词：数控编程,UG,三维造型,仿真加工ABSTRACTCNCmachiningisaprogrammableflexibleprocessingmethods,itspopularitygreatlyimprovetheprocessingefficiency.Butintheprocessingtechnology,inadditiontorequirementsofCNCmachinetoolshasastrongabilitytocontrolmovementand,moreimportantly,howtoefficientlyobtainhigh-qualityCNCmachiningprocess,andfromtheprocessasawholetoimproveproductionefficiency.Aspartoftheincreasedcomplexityandlimitedskillsofworkers,manualprogrammingmoredifficult.CNCmachiningapplicationscangreatlyimproveproductivity,stability,processingquality,shortentheprocessingcycle,increasingtheproductionofflexible,toachieveavarietyofcomplexprecisioncomponentsfortheautomationofprocessing,easytoimplementinafactoryorworkshopcomputermanagement,reducingthetotalnumberofworkshopequipment,savingmanpower,improvelaborconditions,helpspeedupproductdevelopmentandupgrading,andimprovingtheabilityofthemarkettoadaptandimprovetheiroveralleconomicefficiency.Inthispaper,UGNX5asatool,completetheadjustframethree-dimensionalmodelingandsimulationprocess.Include:First,basedontheadjustedframestructuralfeaturesandtechnicalrequirements,initsprocessanalysis,todeterminethepartoftheprocessingmethods.Then,usingUG/CADmoduletocompletethepartgeometryparametricmodeling.Onthisbasis,theuseofUG/CAMmoduleforNCprogramming,designthemachiningline,thetoolpath,cuttingmodeandotherparameters,togenerateapartoftheNCprogram.Bycheckinginatimelymannertoolpathtoolfoundbetweenthepartswithundercutsandundercut.Andthroughthevirtualmachiningprocesssimulationtoolsfoundinadvanceofthemovingparts,jigandtoolinterferenceandcollisionbetweenthedeterminedinterferencecollisionoccurredandthecorrespondingpositionoftheNCblock,andpreviousdesignandNCprogramtobemodified.KEYWORDS:CNCtechnology,UG,three-dimensionalmodeling,simulation,processing,目录TOC\o"1-3"\h\u11652摘要116987ABSTRACT217187第一章绪论 5157601.1CAD计算机辅助设计5266081.2数控编程技术概况5112771.2.1数控编程的概念595831.2.2数控编程的意义5311821.2.3数控编程软件6179331.3CAM计算机辅助制造69319第二章零件的分析和实体造型888402.1建模软件介绍8300252.2分析零件929512.3零件的实体三维造型10316082.4实体建模10146152.5小结1510137第三章零件的数控仿真加工16140513.1零件分析16178573.2零件加工的各参数分析确定16152063.3加工工艺分析17108623.4设置加工环境1724033.5创建面的加工工序18216443.5.1定义新的加工坐标系、安全平面和工件1813927创建刀具205248创建程序正面NC1并创建正面操作121179613.5.4创建程序反面NC2并创建反面操作2232176创建程序侧面NC3并创建侧面操作325189363.6创建孔的加工工序27201设置加工方法27278063.6.2定义加工坐标系和安全平面27129153.6.3定义几何体28221173.6.4创建程序正面连接孔AC12956173.6.5创建刀具29292053.6.6创建操作孔DR130303353.6.7创建程序反面连接孔AC2并创建操作孔DR23290063.6.8创建程序中间孔AC3并创建操作孔DR33387143.6.9创建孔程序AC4并创建孔操作DR434160443.7后处理生成程序35259443.7.1后处理35253553.7.2生成程序367805第四章VERICUT的验证仿真38290434.1VERICUT软件简介38163484.2加工验证过程39146384.2.1实验条件39123564.2.2工件建模39122414.2.3验证刀轨3963804.2.4机床仿真4091604.3小结4430810第五章总结 481059参考文献 4918811致 5028622毕业设计小结 51第一章绪论1.1CAD计算机辅助设计CAD计算机辅助设计<ComputerAidedDesign>指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。在设计常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较,以决定最优方案；各种设计信息,不论是数字的、文字的或图形的,都能存放在计算机的存或外存里,并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计,将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果,可以快速作出图形,使设计人员及时对设计作出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。常用的CAD软件,也就是所谓的三维制图软件,较二维的图纸和二维的绘图软件〔比如AutoCAD而言,三维CAD软件能够更加直观、准确地反映实体和特征。对于专业企业,因为绘制目标不同,还常存在有多种CAD系统并行的局面,那么就需要配置统一的、具备跨平台能力的零部件数据资源库,将标准件库和外购件库的模型数据以中间格式〔比如通用的有IGS、STEP等导出到三维构型系统当中去,如主流的SolidWorks,CATIA,Pro/E,AutoCAD,UGNX,等。目前,航天航空领域使用较多的为Pro/E,飞机和汽车等复杂产品制造领域则使用Catia居多,而在中小企业使用Solidworks较多。1.2数控编程技术概况1.2.1数控编程的概念数控编程就是生成数控机床进行零件加工的数控程序的过程。具体说就是将加工零件的加工顺序、刀具运动轨迹的尺寸数据、工艺参数〔主运动和进给运动速度、切削深度以及辅助操作〔换刀、主轴正反转、冷却液开关、刀具夹紧、松开等加工信息,用规定的文字、数字、符号组成的代码,按一定格式编写成加工程序。1.2.2数控编程的意义高效、高精高可靠的数控加工发展趋势对数控加工工艺和编程提出了更高的要求。例如：核电叶片、汽轮机叶片、航空发动机整体叶轮和叶片、水轮机叶轮、舰船用螺旋桨、船用发动机增压器叶轮等复杂叶片/叶轮类零件是汽轮机、航空发动机、推进器等能源、动力装置的关键部件。1.2.3数控编程软件国外通用的CAM软件已很成熟,领域专用的编程软件充分利用专业生产厂商多年的加工工艺和编程经验如图1-1为常用的数控编程软件。图1-1常用的数控编程软件1.3CAM计算机辅助制造CAM〔Computer-Aided-Manufacturing的狭义概念就是数控编程,即生成数控机床进行零件加工的数控程序的过程。具体说就是将加工零件的加工顺序、刀具运动轨迹的尺寸数据、工艺参数〔主运动和进给运动速度、切削深度以及辅助操作〔换刀、主轴正反转、冷却液开关、刀具夹紧、松开等加工信息,用规定的文字、数字、符号组成的代码,按一定格式编写成加工程序。CAM的广义概念指的是从产品设计到加工制造之间的一切活动,包括产品设计、PDM、CAPP、NC编程、数控加工、仿真分析及制造活动中的监视、控制和管理,如图2-3所示。应用领域及应用对象〔1应用领域：航空航天、船舶、运载、能源、机械、汽车、电子、模具等。〔2应用对象：传统数控机床；并联数控机床；数控系统；激光加工机床；磨削加工机床；机器人等等。图2-3CAM的过程第二章零件的分析和实体造型2.1建模软件介绍UnigraphicsSolutions公司〔简称UGS是全球著名的MCAD供应商,主要为汽车与交通、航空航天、日用消费品、通用机械以及电子工业的领域通过气虚拟产品开发〔VPD的理念提供多极化、集成的、企业级的包括软件产品与服务在的完整的MCAD解决方案。UG是集CAD/CAE/CAM于一体的三位参数化软件,是当今世界最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件,广泛应用与航空、航天、汽车、造船、通用机械和电子等工业领域。UG公司的产品主要有为机械制造企业提供包括从设计、分析道制造应用的Unigraphics软件、基于Windows的设计与制图产品SolidEdge、集团级产品数据管理系统iMAN、产品可视化技术ProductVision以及被业界广泛使用的高精度边界表示的实体建模和兴Parasolid在的全线产品。UnigraphicsCAD/CAM/CAE系统提供了一个基于过程的产品设计环境,使产品开发从设计到加工真正实现了数据的无缝集成,从而优化了企业的产品设计与制造。UG面向过程驱动的技术是虚拟产品开发的关键技术,再面向驱动技术的环境中,用户的全部产品以及精确的数据模型能够在产品开发过程的各个环节保持相关,从而有效的实现了并行工程。UG软件不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和生产工程图等设计功能；而且,在设计过程中可进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟,提高设计的可靠性；同时,可用建立的三维模型直接生成数控代码,用于产品的加工,其后处理程序支持多种类型数控机床。另外它所提供的二次开发语言UG/openGRIP、UG/openAPE,简单易学,实现功能多,便于用户开发专用CAD系统。2.2分析零件图2-1零件的CAD图通过图形分析可知：〔1零件涉及曲面、钻孔等造型方法,最大直径为164mm,最大高度为56.05mm,有直径为30mm的中心孔,凸台,型腔,球面SR96mm等。〔2零件可以通过建立草图、拉伸、修剪体、镜像、扫掠等常用命令进行造型。〔3为了保证加工精度,所以在三轴数控铣床上分六次次装夹完成。〔4该零件包括曲面、孔、型腔等结构,形状比较复杂,但是工序相对容易,表面质量和精度要求不高,所以综合考虑,工序安排比较关键。〔5为了保证加工精度和表面质量,分析采用六次定位装夹加工完成,按照先主后次、先近后远、先里后外、先粗加工后精加工的原则依次划分工序加工。零件特征生成的基本步骤：〔1在建模过程中,根据零件的总体结构特点,零件的总体构造可以分为三部分。顶面和底面的法兰盘,中间的主体部分。〔2零件建模的第一步,生成尺寸为90×90×48.6mm的长方体,对短边进行倒圆角处理。〔3然后在长方体的端面绘制法兰盘的草图,基本尺寸参照CAD图纸,完成后拉伸,拉伸长度为9mm。〔4在长方体的中间定义一个基准平面,以基准平面为镜像,镜像拉伸后的法兰盘特征。至此,零件三维造型的大体特征已生成完毕。〔5在顶面上绘制79×79mm的正方形,利用拉伸和求差功能完成型腔的特征生成。〔6在底面上里有回转绘制半径为96mm的圆,与体求差的方法,完成球面的特征生成。〔7根据CAD图的尺寸完成加强筋,球面环形槽及凸台的特征生成。〔8最后,使用打孔完成零件上各孔的特征生成。2.3零件的实体三维造型使用UG软件绘制的零件的实体三维造型,如图2-2所示。图2-2模具零件实体2.4实体建模〔1打开UGNX5,打开"文件"选项,在弹出对话框中选择"模型",创建文件名为"tiaozhengjia.prt",点击"确定"进入建模界面。〔2在[特征]工具中单击[拉伸]按钮,程序将弹出[拉伸]对话框,如图2-3所示,在[截面]卷展栏中单击[草绘]按钮进入草绘截面,绘制90×90正方形,点击[完成草图]按钮,如图2-4所示,然后在[限制]卷展栏中输入拉伸参数为48.6mm,如图2-5所示,单击[确定]完成拉伸特征创建。图2-3拉伸特征生成界面图2-4长方形草图绘制图2-5长方体图2-6圆倒角〔3在[特征操作]工具条中单击[边导圆]图标,程序将弹出[边倒角]对话框,在对话框中设置Radius为10mm,然后选择实体的边,如图2-6所示,最后点击[确定]完成边倒圆操作。〔4在[特征]工具中单击[拉伸]图标,程序将弹出[拉伸]对话框,在[截面]卷展栏中单击[草绘]按钮进入草绘截面,绘制如下草图如图2-7所示,点击[完成草图]确认草图,选择拉伸方向,输入拉伸距离为9mm,如图2-8所示。图2-7草图绘制及尺寸图2-8拉伸图〔5单击[基准平面]图标,创建基准平面,如图2-9所示。〔6单击[镜像体]图标,镜像〔4中生成的特征,镜像平面选择〔5中所创建的平面,如图2-10所示。图2-9创建基准平面图2-10镜像特征〔7单击[求和]图标,分别选中上述所生成的三部分特征,将其进行求和处理,如图2-11所示。图2-11特征求和〔8单击[草绘]图标,绘制直径为4×6mm的圆,如图2-13所示。单击[拉伸]图标,选中草绘中的圆,进行拉伸处理,并求差,如图2-14所示。同样方法制作底面上,直径为4×9mm的孔。图2-12孔特征生成界面图2-13绘制圆图2-14孔的拉伸图2-15孔的特征生成〔9创建型腔操作,首先利用[拉伸]的求差功能,绘制行尺寸为79×79×28.3mm的长方体,如图2-16所示,进行[求差]处理,然后进行[倒圆角]操作半径为6mm,最后创建直径为84mm,长为28.3mm的圆柱并[求差],在圆柱的底面创建直径为80mm长为3.5mm的圆柱并[求差],如图2-17所示。图2-16长方体求差特征图2-17型腔的特征生成〔10球面的特征生成,在零件中心生成新的[基准面],在新生成的基准面上绘制如图2-18所示直径为192mm的圆,完成草图。在特征中。单击[回转]图标,选着绘制的圆选择[求差],完成球面特征生成,如图2-19所示。图2-18圆的尺寸图2-19回转的操作〔11环形槽的特征生成,使用[拉伸]并[求差]操作,完成直径为74mm的环形槽创建,如图2-20所示。图2-20环形槽的特征生成〔12加强筋及凸台的特征生成及尺寸,使用[拉伸][求和][求差]操作完成,如图2-21、2-22所示。图2-21加强筋的特征生成图2-22凸台的特征生成〔13中心孔的特征生成及尺寸,使用[拉伸][求差]操作完成,如图2-23所示。〔14最后进行各个直角的倒圆角处理,如图2-24所示。图2-23中心孔的特征生成图2-24倒圆角的处理〔15将辅助线、基准平面和草图等其它显示[隐藏],完成零件三维造型的建立。如图2-25所示。图2-25零件的三维造型2.5小结通过对调整架的三维造型,我重新学习了对零件结构分析的认知,加深了对UG软件进行零件三维建模的操作。虽然曾系统学习过该软件,但是并没有实际的完成过完成的零件建模过程。所以在建模过程中,也会遇到各种问题,最后都通过积极的查阅资料,与同学讨论,向老师虚心求教的方法,,保质保量的完成了零件的建模。通过此次三维建模,我也发现了许多自己在UG软件使用方面的不足,例如,在软件操作上的不规,软件操作也还不够熟练。自己也会在今后的学习和工作中继续加强学习,能够更好的完成各项任务。第三章零件的数控仿真加工3.1零件分析如图3-1所示,为一个模具零件实体模型,材料为45#钢,毛坯为135×135×55mm毛坯料。包括法兰盘上下两面相同,顶表面有型腔,底表面有球面,侧面也有腔体构造,并且有加强筋。顶面与底面都有孔,在型腔里有螺纹孔,沉头孔。图3-1模具零件实体模型3.2零件加工的各参数分析确定合理选择切削用量的原则是：粗加工时,一般以提高生产率为主,但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时,应在保证加工质量的前提下,兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册,并结合经验而定。具体要考虑以下几个因素：切削深度ap。在机床、工件和刀具刚度允许的情况下,ap就等于加工余量,这是提高生产率的一个有效措施。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度,一般应留一定的余量进行精加工。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。切削宽度L。一般L与刀具直径d成正比,与切削深度成反比。经济型数控机床的加工过程中,一般L的取值围为：L=<0.6～0.9>d。切削速度V。提高V也是提高生产率的一个措施,但v与刀具耐用度的关系比较密切。随着v的增大,刀具耐用度急剧下降,故v的选择主要取决于刀具耐用度。主轴转速n<r/min>。主轴转速一般根据切削速度v来选定。计算公式为：V=pnd/1000。数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调<倍率>开关,可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。主要根据允许的切削速度Vc<m/min>选取：n=其中Vc-切削速度,D-工件或刀具的直径〔mm根据切削原理可知,切削速度的高低主要取决于被加工零件的精度、材料、刀具的材料和刀具耐用度等因素。综合以上的分析特征来确定零件的加工顺序、道具规格和必要的参数。3.3加工工艺分析〔1整体分析。型腔和球面的加工都相对简单,而且零件较为规整,零件材料为45#钢,以平整立方体为毛坯。〔2加工方法分析：1.加工材料为45钢,较难加工,切削层厚度应该小些,在此次加工中,切削层定位0.3,进给速度也该低些；2.由于主轴转速较高,所以采用硬质合金刀具加工。先进行粗加工,选择型腔铣削进行分层加工,采用直径为16mm的立铣刀,每层加工深度为0．3mm；其次半精加工；最后进行精加工,将曲面和底面分开加工,精加工曲面时采用等高轮廓铣,精加工底面时采用平面铣。此零件为一个规则体类零件。〔1在加工时,先外形轮廓,然后底面的球面部分,顶面的型腔,最后加工侧面的部分。〔2在加工过程中需要六次装夹,故在编程时需要建立六个坐标系。如果将坐标原点分别置于零件的顶面,则会因为毛坯高度尺寸不一致,导致基准台高度尺寸不准确。只要毛坯高度大于零件的高度,多余材料会在加工过程中被自动切除。3.4设置加工环境打开零件图,单击开始图标,选择[加工]选项,如图3-2设置加工环境。图3-2设置加工环境3.5创建面的加工工序3.5.1定义新的加工坐标系、安全平面和工件〔1单击[几何视图]图标,操作导航器显示几何视图。〔2单击[创建几何体]图标,弹出相应的对话框,如图3-3设置,[确定]后弹出"MCS"对话框,如图3-4所示。图3-3创建几何体图3-4MCS设置〔3单击[自动判断]按钮选择基准面,加工坐标系会自动定位到此面中心。〔4设置安全设置选项为[平面],单击按钮,设置偏置值为30,并确定返回。〔5MCS最后生成的如图3-5所示。同样方式设置其他加工坐标系。图3-5MCS侧面与底面加工坐标系的生成图3-5MCS顶面加工坐标系的生成〔6双击[workpiece],弹出工件对话框,如图3-6所示,选择工件为制定部件。单击[制定毛坯]图标,弹出相应对话框,如图3-7设置。图3-6工件对话框图3-7定义毛坯几何体〔7最后的工件和毛坯的显示,如图3-8所示,单击[确定]完成定义。图3-8部件和毛坯的选择创建刀具〔1在[插入]工具条单击[创建刀具]按钮,在[创建类型]对话框中设置子类型为MILL,输入刀具名称后单击[确定]按钮,如图3-9所示。〔2在弹出的[铣刀-5参数]对话框中输入刀具直径,然后单击[确定]按钮,如图3-10所示。图3-9设置刀具类型图3-10设置刀具直径〔3依照上述方法对加工所需要的刀具都进行定义,如图3-11所示。图3-11加工所需要的刀具创建程序正面NC1并创建正面操作1生成顶面和型腔的刀轨及仿真的生成。〔1单击[创建程序]按钮,弹出对话框,如图3-12设置。〔2单击[创建操作]按钮,弹出相应的对话框,如图3-13设置,[确定]后,弹出型腔铣对话框,如图3-14所示。图3-12创建程序操作图3-13创建操作〔3点击确定后,操作导航器下会显示[1]。〔4双击[1]选项,弹出型腔铣对话框,同图3-14设置。图3-14型腔铣设置〔5在型腔铣的界面上,选择几何体为[WOEKPIECE],程序就能自动选择定义好的部件及毛坯,单击[切削层]图标,进入设置切削层,如图3-15所示。图3-15切削层的选择〔6单击切削参数按钮,在[策略]选项下,设置如图3-16所示。余量中将底部余量设置为0.15,[确定]返回。〔7单击非切削移动按钮,如图3-17所示设置。图3-16策略设置图3-17非切削移动设置〔8单击[进给和速度]按钮,设置主轴速度为2200,进给率为500,进刀为500,点击[确定]返回。〔9[生成刀轨],并确认刀轨,[确定]返回,如图3-18所示。〔10孔的加工在每次夹装铣削时,同步完成。因为加工方法相似,所以在后文中统一说明。图3-18刀轨和仿真3.5.4创建程序反面NC2并创建反面操作2底面的外形加工及球面的刀轨和仿真的生成〔1[NC2]的基本参数设置同[NC1]相同,基本步骤参照[NC1]。〔2在选择MCS加工坐标系时,选择如图3-19所示MCS。图3-19[2]的加工坐标系〔3最后,生成刀轨和仿真加工,如图3-20所示。图3-20刀轨及仿真〔4球面的加工采用[曲面加工],基本设置如图3-21所示,在[切削参数]中的[多条刀路]标签中,基本设置如图3-22所示,点击[确定]返回。〔5最后,生成刀轨并仿真,如图3-23所示。图3-21球面加工的界面及基本设置图3-22切削参数的设定图3-23球面加工的刀轨及仿真〔6球面上环形槽的加工,使用[面铣]就可以完成,如图3-24所示。〔7单击[生成刀轨]环形槽刀轨,如图3-25所示。〔8孔的加工,在夹装是同步完成,因为孔的加工步骤基本相同,所以具体的生成刀轨的操作在后文统一说明。图3-24环形槽的设置图3-25环形槽的刀轨创建程序侧面NC3并创建侧面操作3生成侧面的加工刀轨和仿真加工。〔1基本步骤与上述[NC1]和[NC2]相似。〔2同样采用型腔铣的方式,基本设置如图3-26所示。图3-26型腔铣的基本设置〔3在切削层的设定中,选择零件一半为加工层,如图3-27所示。图3-27切削层的选择〔4调整切削参数和非切削参数,进给和速度。〔5生成刀轨及仿真加工,如图3-28所示。〔6最后,调整全局步进为0.6,进行精加工保证各部分的精度。图3-28刀轨及仿真〔7侧面的加工NC3、NC4、NC5、NC6为相同加工步骤,只是加工坐标系的调整,其余所用的步骤都相同,也使用相同的NC加工程序就可以加工完成,所以就不在单独说明。3.6创建孔的加工工序设置加工方法单击[加工方法视图]图标,操作导航器自动显示加工方法视图,如图3-29所示,双击[mill-rough]选项,弹出[铣削方法]对话框,如图3-30所示,设置部件余量为0.35,其他为默认值。图3-29加工方法图3-30铣削方法〔2重复上面的步骤,设置[mill-semi-finish]的部件余量为0.18,设置[mill-finish]的部件余量为0。3.6.2定义加工坐标系和安全平面〔1单击[几何试图]图标,操作导航器显示几何视图。〔2右键单击[mcs-mill]重命名为[mcs-mill-1],同样将[workpiece]改为[workpiece-1]。〔3单击实用工具工作条上的[WCS方向]图标,弹出对话框,类型选择为[自动判断],并选择基准面,如图3-31所示。图3-31设置坐标系〔4双击[mcs-mill]选项,弹出[mill-orient]对话框,设置[安全设置选项]为平面。单击[CSYS]图标,弹出图3-32对话框如图设置。单击[指定平面]图标,弹出图3-33对话框,如图设置,以底面为偏置面。图3-32指定MCS图3-33指定偏置平面3.6.3定义几何体〔1双击[workpiece-1],弹出工件对话框,单击[部件]图标,弹出如图3-34对话框,如图设置。单击[毛坯]图标,弹出如图3-35对话框,如图设置,并确定完成设置。图3-34部件几何体图3-35毛坯几何体3.6.4创建程序正面连接孔AC1〔1单击[机床视图]图标将操作导航器切换至机床视图。再单击[创建程序]图标,弹出[创建程序]对话框,如图3-36所示。〔2如图完成创建程序的操作。图3-36创建程序3.6.5创建刀具〔1单击[创建刀具]图标,弹出相应的对话框,如图3-37设置,[确定]后弹出相应刀具参数设置对话框,如图3-38设置。图3-37创建刀具图3-38刀具参数〔2重复上述步骤,创建D4,D6,D9,D3.5,D8的钻头。3.6.6创建操作孔DR1〔1单击[创建操作]图标,弹出相应对话框,如图3-39设置。〔2设置完成之后点击确定退出设置。双击导航条中的[DR1]选项,弹出对话框,如图3-40所示。图3-39创建操作图3-40设置钻参数〔3单击[设置]图标,弹出[指定参数组]对话框,如图3-41。单击[模型深度]按钮,弹出[深度]对话框,设置深度值为2,点击确定返回。再单击[进给率]按钮,设置进给率值为200,点击[确定]返回。最后点击[Rtrcto-无]按钮,弹出[退刀设置]对话框,选择自动方式,然后点击[确定]返回。图3-41cycle参数单击[指定孔]图标弹出[点到几何图]对话框,如图3-42,点击[选择]按钮,选择底面四个孔的圆弧,如图3-43所示,点击[确定]返回。图3-42点到几何体设置图3-43选择四个圆弧〔5>单击[进给和速度]图标,弹出[进给和速度]对话框,如图3-44设置好参数,点击[确定]返回。〔6单击[生成刀轨]图标生成刀轨,如图3-45,并单击[确认]图标确定刀轨。图3-44设置参数图3-45生成刀轨3.6.7创建程序反面连接孔AC2并创建操作孔DR2〔1单击[创建程序]按钮,如图3-46设置。图3-46创建程序〔2单击创建操作按钮,弹出相应对话框,如图3-47设置,点击[确定]返回,弹出[啄钻]界面如图3-48所示。图3-47创建操作图3-48啄钻〔3设置安全距离值为1,在循环类型中单击[设置],弹出对话框,默认原设置,点击[确定],进如[cycle参数]对话框,如图3-49所示。单击[模型参数]选择穿过底面,确定返回。单击[Rtrcto-无]选择自动,[确定]返回。单击[step]设置step#1为1,[确定]返回。图3-49cycle参数〔4单击[指定底面]按钮选择零件顶面为底面。〔5按照之前的方法,制定钻孔位置,设置主轴转速为1500,进给速度为100,并[生成刀轨]确定完成。3.6.8创建程序中间孔AC3并创建操作孔DR3〔1点击[创建程序]按钮,创建程序为AC3。〔2复制操作DR2,部粘贴AC3程序组下,并重命名为DR3。〔3双击[DR3]弹出[啄钻]对话框,如图3-50设置。图3-50啄钻设置〔4单击[设置]按钮,弹出指定参数组,默认确定,设置step#1为0,[确定]返回。〔5单击[进给和速度]按钮,设置主轴转速为1000,切削速度为30,[确定]返回。〔6生成导轨,并确认刀轨。3.6.9创建孔程序AC4并创建孔操作DR4〔1点击[创建程序]按钮,创建程序为AC4。〔2单击[创建操作]按钮,弹出相应对话框,如图3-51设置,点击[确定]返回,弹出[啄钻]界面,如图3-50所示。图3-51创建操作〔3单击[部件]按钮,选择沉孔的上圆弧。〔4单击[指定平面]按钮,选择沉孔底面作为底面,确定返回。〔5单击[切削层]按钮,最大值设置为0.3。〔6单击[避让]按钮,弹出相应对话框,如图3-52设置。〔7单击[进给和速度]按钮,弹出对话框,如图3-53设置。图3-52切削参数设置图3-53进给和速度设置〔8生成导轨,并且[确认]导轨。〔9生成加工其它孔,如图3-54所示。图3-54刀轨和仿真3.7后处理生成程序3.7.1后处理在[PROGRAM]上右键弹出菜单,选择[后处理]选项,弹出后处理器,在其中选择[后处理文件],如图3-55所示。图3-55后处理这里选择已经编辑设置好的[MILL-3-AXIS系统]后处理文件,指定存放位置,确认输出,生成G代码,至此,加工完成,如图3-56所示。图3-56后处理3.7.2生成程序由于生成的程序太多,在此只截取部分程序,如图3-57所示。图3-57生成的程序.第四章VERICUT的验证仿真4.1VERICUT软件简介CAM软件在生成刀具轨迹的过程中并没有考虑具体的机床结构和工件的装夹方式。因此,通过CAM软件所生成的数控加工程序并不一定适合实际的加工环境。因此,将数控加工仿真软件与CAD／CAM软件综合起来应用,具有广泛的应用价值和现实意义。本课题选用的是运行于Windows或UNIX平台的先进数控加工仿真专用系统软件VERICUT。Vericut是美国CGTECH公司开发的一种数控加工仿真系统,可仿真数控车床、铣床、加工中心、线切割机床等多种加工设备的加工过程,仿真效果逼真。Vericut不仅可以模拟多种软件生成的刀位文件、G代码文件,而且支持手工编辑、修改的程序。此外,Vericut还拥有支持国外各种数控机床的庞大控制系统库。基于VERICUT的虚拟数控加工过程仿真的主要步骤如下：1．构建虚拟数控加工仿真环境：具体包括以下两点：〔1>创建或调用控制文件。控制文件使机床具有解读数控代码、插补运算、仿真显示等基本功能。Vericut提供常用的控制文件库,基本能够满足实际需要,用户可直接调用或根据实际需求修改,vericut亦支持用户自行开发控制文件。〔2虚拟数控机床建模。主要包括机床各个运动轴建模、刀具建模、毛坯建模、夹具建模等。建立刀具模型是为了能清楚的看到刀具与材料的接触及材料的去除过程,同时也为后续进行程序优化时,建立优化参数提供方便。因为,vericut自带的优化模块,其优化参数是集成到刀具中的。对毛坯进行建模主要是为了观察加工过程中的材料移除。对夹具进行建模主要是为了检测夹具与机床的各个运动部件间的干涉、碰撞情况。用户可以利用vericut自带的建模模块,也可以输入由其他软件如UG、PRO／E等绘制的模型。Vefrcut自带的建模模块功能围较窄,只可以设置圆柱体、长方体、圆锥体及他们相互组合而成的实体。所以通常通过第三方软件建模。构建机床应该在机床零位下,即机床各个轴回零的状态,因为只有在这个状态下各个组件之间的相对位置才是唯一确定的。但实际机床一般不可能达到该位置,会超程或发生碰撞,所以机床开机才有"回零",实际上是回到一个参考点。Vericut构建机床就像机床初始设计时一样,必须在这个状态下。2．加工仿真〔1>机床参数设置。对刀具补偿、机床零位和工件的编程原点等参数进行设置,以便能对数控加工程序正确仿真。〔2调入需要的数控加工程序。〔3执行加工过程的仿真。3．仿真结果分析仿真的目的就是为了模拟实际加工过程,检验数控程序的正确性,发现潜在的欠切与过切、干涉、碰撞、超程等问题。因此,仿真结束后,需要对加工后模型进行检查,查看是否存在这些潜在问题。加工后模型的检查主要从两个方面进行：一方面,对仿真后模型的关键尺寸进行测量,与设计模型做比较,检验其是否符合加工要求；另一方面,利用ERICUT的自动比较功能,将仿真加工后的模型与设计模型叠加,自动识别并显示过切与欠切的部位,并显示该程序行,以便于用户修改。4.2加工验证过程4.2.1实验条件这里采用的是DMG-DMU50V型立式铣床进行仿真,机床主要结构参数如下：工作台行程：左右〔X轴1000mm；前后〔Y轴1000mm；上下〔Z轴1000mm主轴转速围：200-5000r/min进给率：快速XYZ4500mm/min,进给XYZ0-400mm/minDMG-DMU50V型数控铣床可以采用FANUV15M数控系统控制各项运动,可进行铣、镗、钻、铰等多种工序加工。4.2.2工件建模因为不同的零件有不同的加工方法,刀轨的编制及生成的刀位源文件都是针对特定被加工零件的,所以首先应进行零件的建模。运用UG的建模〔Modeling模块,根据零件的几何形状和尺寸精度建立三维实体模型。可建立一适当的毛坯模型,然后分别将毛坯和零件模型输出为IGES文件。4.2.3验证刀轨定义毛坯模型Model->ModelDefinition。在ModelDefinition窗口,选择Import栏,点击Browse,选择UG输出的毛坯模型所在的路径和文件,点击OK。引入刀具轨迹Setup->ToolpathType下拉列表框中选择UGCLS,点击按钮Add,选择相应的刀位源文件路径和刀轨文件,再点击Open。刀具的描述刀具的描述已经包含在刀位源文件中,这里可以不必在Vericut中建立刀具库。〔4开始仿真在Vericut主窗口,点击右下角的Reset,再点击PlaytoEnd。4.2.4机床仿真〔1新建用户文件在[文件]中[新项目]选择[毫米],建立新的操作。〔2建立机床的运动学模型建立机床部件树,在[模型]中选择[项目树],选择控制系统为fan15m,数控机床为dmg-dmu50v,如图4-1所示。图4-1项目树建立实体模型,在[项目树]窗口,双击[Base],选择[模型],在[stock]下拉列表框里选择模型的形状,然后输入毛坯尺寸135×135×55mm,如图4-2所示,由于毛坯是按照坐标系生成,与加工坐标系不相符,所示使用[移动]功能,使加工坐标系在毛坯顶面中心,如图4-3所示。图4-2毛坯尺寸设定图4-3移动毛坯然后,调入在UG中转化输出的stl文件模型,再选择Position栏,确定模型位置,点击Add,OK,如图4-4所示。建立机床其他部件实体模型的方法同上。图4-4导入零件模型<3>调入走刀轨迹在[项目树]中,点选[数控程序],添加在后置处理中生成的NC语句表,如图4-5所示。图4-5数控程序的导入<4>建立刀具库文件首先在[项目树]中,右键选择[加工刀具],进入[刀具管理器],如图4-6所示。在[ID]中,右键,选择[添加刀具],[新],[铣刀]进入刀具尺寸设置界面,按照UG中仿真加工所示用的刀具尺寸进行设置,如图4-7所示,单击[添加],确定刀具尺寸设定,单击[关闭]。图4-6刀具管理器图4-7刀具尺寸设置然后,在所创建的刀具上,右击,[添加刀具组件],在[组合类型]中,选择刀夹,选择使用[旋转面轮廓]来完成刀夹定义,如图4-8所示。图4-8刀夹的定义最终生成的一个加工刀具,应该包括[刀具]和[刀夹]两个部分如图4-9所示。最后,依照以上方法,完成所需所有刀具的定义,如图4-10所示。图4-9刀具和刀夹图4-10所有定义的刀具<5>初始化并开始仿真在Vericut主窗口,点击右下角的Reset,再点击PlaytoEnd如图4-11所示。图4-11操作按钮〔6加工过程展示图4-12轮廓铣削图4-13型腔铣削图4-14型腔底面加工图