李小明

（四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院智能制造學(xué)院，四川遂寧 629000）

1 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，中國(guó)智能制造的崛起，4軸、5軸機(jī)床越來越普及，但總體來講多軸機(jī)床價(jià)格還是比較昂貴，其加工的零件形狀比較復(fù)雜，涉及工裝夾具繁多，機(jī)內(nèi)加工環(huán)境復(fù)雜[1]。由于其特殊性，一般在多軸上機(jī)前都要求進(jìn)行1∶1的數(shù)控仿真模擬，驗(yàn)證其程序、刀具、夾具的正確性，確保萬(wàn)無(wú)一失。作為數(shù)控加工的輔助工具NX軟件和VERICUT軟件具有強(qiáng)大的數(shù)控編程模塊和仿真功能。下面就以三叉零件為例，介紹使用NX和VERICUT軟件相結(jié)合的編程與仿真的一般方法和步驟，驗(yàn)證其在多軸數(shù)控加工中的實(shí)用性和有效性。

2 NX和VERICUT軟件介紹

2.1 NX軟件簡(jiǎn)介

NX軟件前身是美國(guó)UGS公司的UG軟件，2007年被德國(guó)西門子收購(gòu)后發(fā)布NX6.0，一直更新到NX12.0后，就發(fā)布全新的版本號(hào)NX1847系列，目前最新是NX1980系列，該軟件是一款強(qiáng)大的CAD/CAE/CAM軟件，在汽車、模具設(shè)計(jì)、數(shù)控編程領(lǐng)域使用非常廣泛，具有豐富的編程功能，主要含有Mill Planar，Mill Contour，Mill Multi-Axis，Mill Multi-Blade，Hole Making等模塊，而且最新版本中增加了多軸粗加工工序。

2.2 VERICUT軟件簡(jiǎn)介

VERICUT軟件是美國(guó)CGTech公司為工業(yè)生產(chǎn)研發(fā)的數(shù)控加工仿真軟件，是數(shù)控程序校驗(yàn)、測(cè)量分析、干涉檢查、程序優(yōu)化等精確仿真的專業(yè)軟件[2]，由NC程序驗(yàn)證模塊、機(jī)床運(yùn)動(dòng)仿真模塊、優(yōu)化路徑模塊、多軸模塊、高級(jí)機(jī)床特征模塊、實(shí)體比較模塊和CAD/CAM接口等模塊組成，可仿真數(shù)控車床、銑床、加工中心、線切割機(jī)床和多軸機(jī)床等多種加工設(shè)備的數(shù)控加工過程，在數(shù)控多軸加工領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。目前最新版本是VERICUT9.1。

3 三叉零件的程序編制與仿真

3.1 基于NX的程序編制

三叉零件如圖1所示，采用NX1859版本完成程序編制，使用Mill Contour型腔銑和Mill Planar平面銑采用定軸方式完成三叉軸部分的粗、精加工，Mill Multi-Axis多軸銑完成三叉軸根部曲面、平面的精加工與刻字。其中主要采用“曲面區(qū)域”驅(qū)動(dòng)，“遠(yuǎn)離點(diǎn)”控制刀軸加工三叉零件根部R圓弧；采用“流線驅(qū)動(dòng)”“插補(bǔ)矢量”控制刀軸加工三叉根部平面；采用“曲面區(qū)域”驅(qū)動(dòng)，“垂直于驅(qū)動(dòng)體”控制刀軸加工臺(tái)階圓柱面；采用“曲線/點(diǎn)”驅(qū)動(dòng)，“遠(yuǎn)離直線”控制刀軸完成圓柱面上的刻字加工，刀路如圖2所示。

圖1 三叉零件

圖2 三叉軸零件的數(shù)控加工刀路

3.2 基于VERICUT的數(shù)控仿真

3.2.1 仿真環(huán)境建立

對(duì)于多軸編程加工中，一般都需要仿真模擬真實(shí)場(chǎng)景加工，本案例采用VERICUT9.0版本進(jìn)行仿真。選擇DMG DMU65 monoBlock型號(hào)雙轉(zhuǎn)臺(tái)（A、C軸）5軸聯(lián)動(dòng)加工機(jī)床，選擇海德漢TNC64系統(tǒng)。依次完成導(dǎo)入夾具，工件、毛坯、設(shè)定坐標(biāo)、創(chuàng)建刀具、設(shè)定對(duì)刀方式、導(dǎo)入程序[3]，特別強(qiáng)調(diào)的是所有導(dǎo)入的模型、刀具參數(shù)等都與真實(shí)上機(jī)使用工具為1∶1參數(shù)。仿真環(huán)境如圖3所示。

圖3 模擬環(huán)境創(chuàng)建

3.2.2 仿真模擬

在VERICUT仿真時(shí)，一般有兩種方式，即刀位軌跡模擬和G代碼模式，刀位軌跡模式是模擬點(diǎn)位，對(duì)程序中的工藝性錯(cuò)誤不能體現(xiàn)，也不能體現(xiàn)實(shí)際機(jī)床所用加工代碼，為了模擬出真實(shí)加工狀態(tài)。本例采用G代碼模擬，調(diào)用加工真機(jī)對(duì)應(yīng)型號(hào)機(jī)床和控制系統(tǒng)，如果在模擬時(shí)沒有真實(shí)機(jī)床可調(diào)用則需要自己構(gòu)建機(jī)床，首先分析機(jī)床部件之間的運(yùn)動(dòng)拓?fù)潢P(guān)系，收集機(jī)床部件之間相對(duì)位置參數(shù)、然后分別添加部件的幾何模型、最后對(duì)機(jī)床的初始位置、換刀位置、行程極限、機(jī)床各個(gè)部件干涉檢查等機(jī)床參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，完成虛擬機(jī)床的構(gòu)建。在程序模擬開啟前還需要將碰撞檢查、行程檢查、程序優(yōu)化等功能全部打開，可以模擬出過切、欠切，機(jī)床碰撞、超行程、刀具折斷等錯(cuò)誤和得到優(yōu)化后程序。模擬加工過程如圖4所示。

圖4 模式仿真過程

4 零件數(shù)控加工

零件加工采用DMG DMU65 monoBlock型號(hào)雙轉(zhuǎn)臺(tái)（A、C軸）5軸聯(lián)動(dòng)加工中心，按照模擬加工過程中使用的工裝夾具完成毛坯的裝夾和刀具的安裝，并進(jìn)行對(duì)刀和坐標(biāo)系的設(shè)定，整個(gè)加工過程順利，沒有出現(xiàn)差錯(cuò)，并且使用優(yōu)化后的程序比之前提高效率約20%，經(jīng)對(duì)實(shí)際加工后零件的測(cè)量，達(dá)到尺寸要求和表面質(zhì)量，三叉零件的真實(shí)加工過程如圖5所示。

圖5 零件加工

5 結(jié)論

本文以案例的形式介紹NX和VERICUT軟件在數(shù)控編程和仿真模擬中的使用，并將三叉零件經(jīng)過真實(shí)5軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床加工測(cè)試，經(jīng)過對(duì)比，驗(yàn)證了方案的正確性。為數(shù)控零件的多軸加工中保護(hù)設(shè)備，降低出錯(cuò)率，提高效率提供思路和方法，保證質(zhì)量更加的穩(wěn)定，從而提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。