NX10.0 CAM編程模塊與VERICUT仿真技術(shù)的加工應(yīng)用

張洲碩

（遼寧豐田金杯技師學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110015）

1 CAM編程與數(shù)控仿真概況分析及應(yīng)用流程

1.1 數(shù)控編程的分類(lèi)與特點(diǎn)

在數(shù)控加工過(guò)程中除工藝和機(jī)床設(shè)備外，程序的編輯和處理尤為重要。程序處理分為手工處理和計(jì)算機(jī)輔助處理2 種形式[1]。手工處理是數(shù)控編程的基礎(chǔ)，在沒(méi)出現(xiàn)CAM輔助軟件之前，這是最重要的編程加工手段之一。即便是今天，在生產(chǎn)中對(duì)于簡(jiǎn)單的二維平面類(lèi)零件或是需要使用機(jī)床內(nèi)部宏程序來(lái)完成加工的零件，通常還是會(huì)采用這種方式來(lái)處理。但對(duì)于大型模具和大型零件類(lèi)產(chǎn)品，手工處理難以滿(mǎn)足加工需求。這是因?yàn)檫@類(lèi)零件通常在粗加工時(shí)毛坯去除體積較大，并且精加工時(shí)要完成的結(jié)構(gòu)形狀非常復(fù)雜，手工無(wú)法處理，即使勉強(qiáng)處理也會(huì)影響產(chǎn)品精度和生產(chǎn)效率。為此我們往往需要借助計(jì)算機(jī)CAM 輔助軟件進(jìn)行點(diǎn)位的處理，并自動(dòng)生成走刀路線(xiàn)。市面上這類(lèi)軟件很多，其中NX10.0 在各大企業(yè)中應(yīng)用最為廣泛。

1.2 數(shù)控程序的后置處理

雖然CAM 輔助軟件可以自動(dòng)生成加工走刀路線(xiàn)，但這些路線(xiàn)僅是軟件中的刀軌點(diǎn)位數(shù)據(jù)，這樣的數(shù)據(jù)文件是無(wú)法直接輸入數(shù)控機(jī)床中進(jìn)行加工的，因?yàn)閿?shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)只能識(shí)別對(duì)應(yīng)的ISO 代碼，例如我們常說(shuō)的G 代碼指令，所以我們還要對(duì)軟件生成的這些刀軌點(diǎn)位數(shù)據(jù)進(jìn)行后置處理，真正地把這些刀軌點(diǎn)位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)可以識(shí)別的G 代碼指令并進(jìn)行加工。

1.3 數(shù)控程序安全性分析的方法與意義

在實(shí)際加工之前一定要檢查數(shù)控程序的正確性和安全性，防止在加工中出現(xiàn)零件的質(zhì)量問(wèn)題和機(jī)床碰撞事故。傳統(tǒng)的程序檢查和碰撞分析都是憑借編程人員的工作經(jīng)驗(yàn)和軟毛坯試切來(lái)完成的，這樣既不可靠又影響生產(chǎn)效率，一旦在進(jìn)口設(shè)備上出現(xiàn)碰撞問(wèn)題，將會(huì)產(chǎn)生極大的經(jīng)濟(jì)損失。

目前碰撞分析最有效的方法就是在計(jì)算機(jī)中使用數(shù)控仿真軟件來(lái)建立一個(gè)虛擬的加工環(huán)境，在實(shí)際加工之前先在該環(huán)境中模擬加工，模擬結(jié)果會(huì)在計(jì)算機(jī)中直接顯示出來(lái)，其中程序語(yǔ)法錯(cuò)誤、碰撞情況、過(guò)切檢查、殘料分布還可以通過(guò)報(bào)告的形式體現(xiàn)出來(lái)。這樣就可以直觀(guān)、高效、可靠地完成數(shù)控代碼的驗(yàn)證。市面上數(shù)控仿真類(lèi)的軟件也比較多，VERICUT 軟件作為專(zhuān)業(yè)的工業(yè)級(jí)別仿真軟件其功能完整，模擬準(zhǔn)確率極高，除驗(yàn)證程序功能外還有合理高效的數(shù)控程序優(yōu)化解決方案。該文就以VERICUT 數(shù)控仿真軟件為例來(lái)分析程序代碼的可靠性。

1.4 自動(dòng)編程與數(shù)控仿真在加工中應(yīng)用流程

下面以NX10.0 和VERICUT 這2 款軟件為例研究其在數(shù)控加工中的具體應(yīng)用流程。加工對(duì)象如圖1 所示是一個(gè)三維曲面的模具凸模仁。按圖1 所示流程進(jìn)行CAM 軟件編程的前期處理，并生成加工刀軌文件，再通過(guò)NX10.0 的Post-build 后置文件將刀軌文件轉(zhuǎn)換為數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的指令代碼[2]。最后在VERICUT 軟件中1 ∶1 的建立與實(shí)際加工環(huán)境相同的數(shù)控仿真環(huán)境，將后置處理得到的程序代碼和所有參與加工的模型信息載入VERICUT 仿真環(huán)境中進(jìn)行最終仿真驗(yàn)證。

圖1 編程與仿真應(yīng)用流程

2 案例零件工藝分析及NC程序處理

2.1 分析零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇合理的加工策略

該零件為塑膠模具凸模，零件的曲面較多，陡峭區(qū)域和平坦區(qū)域界限比較明顯，因此在選擇走刀策略時(shí)，要根據(jù)區(qū)域的不同選擇不同的切削策略。模型面部和耳部曲面為平坦區(qū)域，適合使用固定軸輪廓銑的走刀策略，模型側(cè)壁和鼻子為陡峭區(qū)域，編程時(shí)適合使用等高加工策略來(lái)完成[3]。

2.2 劃分加工工序并確定刀具類(lèi)型

編程準(zhǔn)備工作使用NX10.0 的NC 助理功能分析零件圓角輪廓，確定最小的刀具直徑，由于曲面加工刀具多使用球頭銑刀，立銑刀用于粗加工輪廓和精加工底平面。

加工的工序如下。1） 使用D16R1.6 的立銑刀對(duì)毛坯進(jìn)行整體開(kāi)粗加工。2）使用D6R1 的立銑刀對(duì)上道工序進(jìn)行二次開(kāi)粗。3）使用D6R1 的立銑刀精加工底平面。4）使用B3 球刀對(duì)面部交界處進(jìn)行第一次清根處理。5）使用B3 球刀對(duì)底部和輪廓側(cè)壁進(jìn)行第一次清根處理。6）使用B6 球刀精加工鼻頭曲面。7）使用B6 球刀精加工鼻頭下部的陡峭面。8）使用B6 球刀以45°夾角精加工整個(gè)面部曲面。9）使用B6 球刀精加工陡峭側(cè)壁。10）使用B3 球刀對(duì)面部交界處進(jìn)行第二次清根處理。11） 使用B3 球刀對(duì)底部和輪廓側(cè)壁進(jìn)行第二次清根處理。12） 使用B2 球刀對(duì)面部交界處進(jìn)行最后一次清根處理。13） 使用B2 球刀對(duì)底部和輪廓側(cè)壁進(jìn)行最后一次清根處理。14） 使用B3 球刀對(duì)眼睛進(jìn)行粗加工。15）用B2 球刀精加工眼睛，完成整個(gè)零件加工。

2.3 確定走刀方案自動(dòng)生成走刀路線(xiàn)

由于加工過(guò)程復(fù)雜、刀路眾多，這里僅以第4 道工序清根為例來(lái)處理數(shù)控程序。在NX10.0 中創(chuàng)建固定軸輪廓的操作模式作為清根工序，注意走刀方式上分別設(shè)置平坦處使用往復(fù)式走刀，而陡峭處使用由上至下的往復(fù)橫切進(jìn)行走刀[4]。設(shè)置好對(duì)應(yīng)的切削參數(shù)，生成如圖2 所示的清根刀路。

圖2 加工刀路與后處理

2.4 后置處理生成NC代碼

前面提到此時(shí)NX10.0 直接生成的刀軌數(shù)據(jù)無(wú)法直接傳輸?shù)綌?shù)控機(jī)床中進(jìn)行加工應(yīng)用，如圖2 所示利用Post-build 制作出的NX10.0 后處理文件，將已生成的加工刀路轉(zhuǎn)換成符合加工機(jī)床要求的數(shù)控程序代碼。

3 創(chuàng)建VERICUT數(shù)控仿真環(huán)境驗(yàn)證NC程序

在VERICUT 數(shù)控仿真軟件中按1 ∶1 的同步要求創(chuàng)建與實(shí)際加工一樣的仿真環(huán)境。將該仿真環(huán)境作為工作模版，通過(guò)NX10.0 與VERICUT 的無(wú)縫連接模塊NXV 將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、毛坯數(shù)據(jù)、裝夾定位數(shù)據(jù)、坐標(biāo)系數(shù)據(jù)、刀具信息數(shù)據(jù)、NC 程序數(shù)據(jù)、坐標(biāo)偏置類(lèi)型等直接加載到剛剛創(chuàng)建的虛假加工環(huán)境模板中進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

如果不使用NXV 模塊也可將各模型數(shù)據(jù)在NX10.0 中轉(zhuǎn)換為STL 模型，然后手動(dòng)將這些STL 模型添加到所創(chuàng)建的仿真環(huán)境的對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)中，此時(shí)打開(kāi)VERICUT 的碰撞檢查和超程報(bào)警功能并進(jìn)行仿真分析。如圖3 所示，仿真結(jié)束后可以進(jìn)行切削模型和設(shè)計(jì)模型的自動(dòng)比對(duì)，從而直觀(guān)地判斷殘料的切除情況，如果在加工中出現(xiàn)碰撞情況，信息欄也會(huì)準(zhǔn)確地指出發(fā)生碰撞的程序段位置[5]。仿真后如果程序沒(méi)有問(wèn)題就可以保存程序代碼或直接聯(lián)機(jī)傳輸給機(jī)床，待實(shí)際加工時(shí)使用。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)將NX10.0 與VERICUT 數(shù)控仿真軟件相結(jié)合，我們?cè)诠I(yè)生產(chǎn)中大大提高了加工編程的效率和安全性。有效避免了在實(shí)際加工中出現(xiàn)突發(fā)情況，提高了加工的安全性，提升了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。這兩者的結(jié)合在如今的工業(yè)生產(chǎn)中具有非常重大的意義。

圖3 仿真加工結(jié)果