一種典型零件數(shù)控銑仿真在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用研究

胡曉軍　袁夏松　汪萌生

摘 要：本文以一種典型零件為例，介紹數(shù)控仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用。采用UG10.0進(jìn)行零件模型建立、NC代碼生成，然后將NC代碼加載到斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件，模擬通過(guò)后，可將數(shù)控代碼通過(guò)電腦傳送到數(shù)控機(jī)床，進(jìn)行實(shí)際加工。該方式運(yùn)用在CAM軟件應(yīng)用和數(shù)控技術(shù)等實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可以有效解決實(shí)驗(yàn)過(guò)程中人均設(shè)備不足的問(wèn)題，同時(shí)也避免缺乏加工經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生在實(shí)際操作過(guò)程因編程錯(cuò)失誤而引起機(jī)床和工件的損壞。

關(guān)鍵詞：數(shù)控銑 UG10.0 仿真 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）02（c）-0197-02

近年來(lái)我國(guó)制造業(yè)不斷發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)高水平應(yīng)用型技術(shù)人才的需求在逐年增長(zhǎng)，為滿足實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)教學(xué)要求，高校勢(shì)必需要投入大量資金購(gòu)置設(shè)備，而且本科類學(xué)生實(shí)踐能力較弱，若直接在真實(shí)機(jī)床上進(jìn)行操作，極容易其引起撞刀事故[1]。將數(shù)控仿真技術(shù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可使學(xué)生通過(guò)仿真掌握數(shù)控加工的整個(gè)工藝流程后再進(jìn)行實(shí)踐操作，可以取得較好的教學(xué)效果。本文針對(duì)一種典型零件的加工為例，介紹數(shù)控銑仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)際應(yīng)用。

1 典型零件結(jié)構(gòu)分析

本文選用銑削零件如圖1所示。從圖中可知：該零件毛坯為直徑為100mm、厚度為30mm的圓形鋁棒。需要加工的表面為橢圓凸臺(tái)及凸臺(tái)圓角、H形凹槽、三個(gè)深孔和一個(gè)腰型槽。

由于工件毛坯為圓形棒料，使用平口鉗裝夾，在加工過(guò)程中工件容易錯(cuò)位，若是大批量生產(chǎn)也不易實(shí)現(xiàn)零件的重復(fù)定位。因此，需要選用三爪卡盤(pán)進(jìn)行裝夾。

對(duì)于橢圓凸臺(tái)和凸臺(tái)倒角，且凸臺(tái)厚度為15mm；H形凹槽厚度為5mm，若采用手工編程的形式進(jìn)行加工，不僅要計(jì)算關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)，還需要用到宏程序?qū)E圓軌跡、凸臺(tái)軌跡和厚度增量進(jìn)行編程，缺乏實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)者或初學(xué)者難以掌握。若運(yùn)用軟件建立零件三維模型，并對(duì)三維模型自動(dòng)編程，生成NC代碼直接傳送到數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工，則省去人工用宏程序編程和坐標(biāo)點(diǎn)計(jì)算的難題，學(xué)生也容易掌握。

2 零件建模及刀路仿真

2.1 零件三維建模

機(jī)械專業(yè)常用三維造型軟件有UG、PROE、SolidWorks，每種軟件都有各自的特點(diǎn)，但UG軟件的綜合功能是最強(qiáng)大的[2，3]，本次選用的UG10.0進(jìn)行操作。

上述零件僅有凸臺(tái)、凹槽和孔，因此在UG10.0草圖中，按照對(duì)應(yīng)尺寸建立主視圖的草圖模型，然后對(duì)各特征進(jìn)行拉伸求差或求和建立三維模型。

2.2 零件加工策略及刀具路徑生成

（1）通過(guò)對(duì)上述零件結(jié)構(gòu)及尺寸分析可知，內(nèi)輪廓最小圓角尺寸為R6，孔直徑為Φ8。所以需要選用直徑為10mm的平底銑刀對(duì)內(nèi)外輪廓開(kāi)粗，和對(duì)外輪廓精加工；選用直徑為5mm的平底銑刀對(duì)內(nèi)輪廓進(jìn)行精加工；選用直徑為8mm的鉆頭進(jìn)行鉆孔。因此，創(chuàng)建刀具，并將工件坐標(biāo)系設(shè)置在頂部中心位置。

（2）銑削策略選用“使用邊界面銑削”，創(chuàng)建工序名稱為“外形開(kāi)粗”，設(shè)置刀具為10mm銑刀，幾何體為WORKPIECE，指定面邊界為凸臺(tái)底面外圓端面，切削模式為“跟隨部件”，毛坯距離設(shè)置為15mm，每刀切削深度為2mm，最終底面余量為0.5mm。切削參數(shù)中：余量選項(xiàng)卡的部件余量設(shè)置為0.5mm，拐角的“凸角”選項(xiàng)設(shè)置為“延伸”，連接的“開(kāi)放刀路”設(shè)置為“變換切削方向”。轉(zhuǎn)速設(shè)置為“3000r/min”，進(jìn)給設(shè)置為“800mm/min”，生成刀路如圖2所示。

（3）仍然使用邊界面銑削策略，創(chuàng)建橢圓凸臺(tái)精加工程序，在精加工中遵循“先光底再光側(cè)，光底要留側(cè)，光側(cè)要留底”的原則，需要先做底面精加工程序，在參數(shù)設(shè)置中，需要將每刀切削深度修改為“0”，最終底面余量修改為“0”，部件余量設(shè)置為“0.5mm”，并生成刀具路徑；然后再創(chuàng)建橢圓凸臺(tái)側(cè)面精加工程序，參數(shù)設(shè)置中需要將每刀切削深度修改為“0”，最終底面余量修改為“0.5mm”，部件余量設(shè)置為“0”。

（4）運(yùn)用同樣的加工策略，創(chuàng)建H形凹槽及腰型槽的粗、精加工刀具路徑。

（5）使用型腔銑的策略創(chuàng)建凸臺(tái)圓角的加工刀具路徑。

（6）使用鉆孔策略創(chuàng)建三個(gè)Φ8孔的加工路徑。

2.3 刀具路徑仿真及NC代碼生成

通過(guò)2.2的策略設(shè)置可生成該零件所有輪廓刀具路徑，選中所有加工策略，點(diǎn)擊“確認(rèn)刀軌”，選擇“3D動(dòng)態(tài)仿真”將動(dòng)畫(huà)速度調(diào)慢，可以觀察到刀具路徑仿真過(guò)程及加工完成后的零件狀態(tài)。

若刀具路徑仿真沒(méi)有出現(xiàn)報(bào)警，則可進(jìn)行NC代碼的生成。選中所有刀具路徑策略，右擊“后處理”，設(shè)置對(duì)應(yīng)的機(jī)床系統(tǒng)即可生成如圖3所示的零件NC代碼。

3 斯沃?jǐn)?shù)控軟件中的仿真加工

NC代碼生成以后，為了驗(yàn)證程序的正確性和檢查加工過(guò)程中有無(wú)碰撞和過(guò)切，我們可以將其加載到斯沃仿真軟件中進(jìn)行三維實(shí)體仿真[4]。首先創(chuàng)建毛坯，由于軟件中沒(méi)有設(shè)置三抓卡盤(pán)作為夾具，模擬過(guò)程中用臺(tái)虎鉗裝夾，然后將生成的NC代碼加載到斯沃軟件中，設(shè)置對(duì)刀參數(shù)，按下循環(huán)啟動(dòng)進(jìn)行模擬加工。模擬加工若無(wú)問(wèn)題，則可將NC代碼直接傳送至數(shù)控機(jī)床進(jìn)行實(shí)際加工。

4 結(jié)語(yǔ)

在CAM軟件應(yīng)用和數(shù)控技術(shù)等實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過(guò)先虛擬仿真再實(shí)際操作的方式，可以有效的緩解高校數(shù)控設(shè)備經(jīng)費(fèi)投入短缺的問(wèn)題。同時(shí)，學(xué)生既能掌握典型零件數(shù)控銑的加工基本原理和工藝流程，又能掌握真實(shí)數(shù)控銑床或加工中心的操作技能，有利于高水平應(yīng)用型技術(shù)人才的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 北京兆迪科技有限公司.UG NX 10.0數(shù)控加工教程[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2017.

[2] 修珙理，隋秀凜，王亞萍，等.基于UG的虛擬數(shù)控仿真系統(tǒng)的研究[J].數(shù)控技術(shù)與裝備，2008（1）：38-39.

[3] 王亞輝，趙冬晗.一種典型零件的數(shù)控銑削仿真加工[J].機(jī)床與液壓，2009，37（8）：235-237.

[4] 劉宇，別海楠，戴麗.基于斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件加工的虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)實(shí)踐與思考[J].學(xué)科探索，2015（2）：29-30.