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基于NX的缸体类零件数控铣编程与仿真
2011-11-24 10:40:24  作者:于辉刚 张旭堂  来源:智造网—助力中国制造业创新—idnovo.com.cn
  •   数控仿真加工技术是机械加工现代化工业发展的重要基础与关键技术。文中从缩短零件的制造周期及提高加工质量角度出发,探索了缸体类零件的数控铣加工自动编程与仿真。利用UG CAM加工模块进行自动数控编程,优化了加工路线、刀具轨迹、切削方式等工艺参数,并通过虚拟加工过程仿真检查刀具过切、刀具与工件之间的碰撞和干涉。

  1 引言

  数控编程一般分为手动编程和自动编程。手工编程常用于几何形状不太复杂、工作量较小、几何计算较简单的数控加工,对于复杂结构的零件则由自动编程完成。目前,在数控加工中普遍采用的是图形交互式自动编程方法,编程时在终端屏幕下显示所要加工的零件图形,确定进给路径和切削用量,计算机便可按预先存储的图形自动编制程序,CNC系统计算刀具轨迹,自动编制出零件的加工程序,并输出程序单。

  本文所提到的缸体主要是指汽轮机的高中压外缸,电站设备中的大型零件。通过对高中压汽缸的待加工特征进行的全面分析,其加工特征分六类:孔特征、面特征、曲面特征、缺口特征、开档特征、管口特征。采用设备主要为数控龙门铣,加下方法包括铣平面、铣开档、钻孔等。

  2 自动数控编程的准备工作

  准备工作主要包括工件坐标系、对刀点与换刀点的确定,工件坐标系零点就是编程零点。在加工编程中,为了使工艺基准与设计基准保持一致。在进行零点设置时,本文把工件坐标系的零件设在高中压下缸的水平中分面与凋端的汽封面的交点,工件坐标系如图1、图2所示。

   图1 工件坐标系设置俯视图

  图1 工件坐标系设置俯视图

   图2 工件坐标系设置前视图

  图2 工件坐标系设置前视图

  工件坐标系确定后,还应确定对刀点及换刀点的位置。对刀点就是在数控机床上加工零件时,刀具相对于工件运动的起点,即程序起点,在机床上容易找正,加工时便于检查,应设置在零件的设计基准或工艺基准上,使刀位点与对刀点重合。本文在高中压下缸加工中把对刀点设置在工件坐标系的零点上;而换刀点则是机床换刀具的位置,应设置在远离零件、不干涉零件之处,本文设置在高中压下缸的中部。

  3 基于UG的高中压下缸数控加工编程

  3.1 UG的CAM模块概述

  利用UG软件的CAM环境,即加工模块,利用它可以针对任何加工任务生成优化和可用的数控加工路径。从CAM的角度来讲,可以说UG是最好、最具代表性的数控软件之一。UG/CAM模块所支持的加工方法包括平面铣削、二轴仿形铣削、多坐标铣削、车削、线切割及薄片加工等,其后处理程序支持多种类型的数控机.功能强大的刀轨生成方法是其主要特点之一。本文主要利用UG/CAM的平面铣、固定轴轮廓铣及点位加工功能完成高中压下缸的数控加工编程。

  3.2 创建刀具

  在编制数控加工程序之前,应创建本文加工所用到的刀具库,首先在UG的创建刀具的对话框里选择刀具的类型,并设置刀具的几何参数、材料、刀具号等,如图3所示。按照工艺文件中的刀具卡将刀具一一创建,形成刀具库,以备调用。

   图3 UG/CAM模块下刀具创建

  图3 UG/CAM模块下刀具创建

  3.3 创建操作

  操作是一个专门的概念。从数据的角度看,它是一个数据集,包含一个单一的刀轨以及生成这个刀轨所需要的所有信息,这些信息称为操作的参数。用UG编程过程中的主要工作就是创建一系列各种各样的工序或工步。

  在创建操作的过程中主要涉及到以下两方面的内容:

  (1)操作类型设置,其中包括操作类型、父几何体、刀具及加工方法等参数的选择。

  (2)切削参数设置,指定与具体加工过程中相关的一些参数值。主要有部件几何体、毛坯几何体切削步长、行距,切削方式、切削速度、进退刀方法、走刀路钱、避让(即安全全面、对刀点、返回点等非切削运动路线)等参数的设置。参数项目的种类随操作类型的不同而有些变化。

  按照工艺卡上的工步内容包括切削参数、毛坯余量等逐步将工步建立出来,形成一系列高中压下缸的加工操作过程。如图4所示。

   图4 部分高中压下缸加工操作

  图4 部分高中压下缸加工操作

  3.4 生成刀轨

  刀具轨迹生成是复杂零件数控加工中最重要的内容。它是通过零件几何模型,根据所选用的加工机床、刀具、走刀方式以及加工余量等工艺方法进行刀位计算并生成加工运动轨迹。刀具轨迹的生成能力直接决定数控编程系统的功能及所生成的加工程序质量。

  在UG中,创建操作的时候选择“生成刀轨”命令,就可以生成相应操作的刀轨,如图5所示。UG的刀轨生成除了可以生成刀具运动路线外。也可以观察刀具是否与零件干涉。UG的不足之处就在于生成刀轨需耗费计算机相当大的内存容量和时间。

   图5 按铣水平中分面的刀轨生成

  图5 按铣水平中分面的刀轨生成

  3.5 刀轨轨迹的优化

  对于刀轨轨迹。尤其是钻孔路线优化也是本文研究内容之一。在平面铣削的过程中。通过缩短刀具的非切削横越运动路线可以减少加工时间。以粗铣法兰盘下表面凹槽为例,刀轨路线为:每切削一层后,传送方式为退刀至安全平面后再由安全平面快速走刀至下一切削层。刀具非切削运动特别长,将传送方式改成毛坯表面后,则这一退刀——走刀路线则大为缩短。而在钻孔的过程中,缩短刀具的快速移动路线则是主要缩短加工时间的手段。

  4 基于UG的加工过程仿真

  在加工过程中,是否发生过切、少切,所选择的刀具、走刀路线、进退刀方式是否合理,零件与刀具、刀具与夹具、刀具与工作台是否干涉和碰撞等,编程人员往往事先很难预料。而在计算机上利用二维图形技术对数控加工过程进行模拟仿真,可以快速、安全和有效地对NC程序的正确性进行较准确的评估.并可根据仿真结果对NC程序迅速地进行修改,可免除反复试切过程,降低材料消耗和生产成本,提高工作效率。

  4.1 刀具中心运动轨迹仿真

  通过读入刀位数据文件检查刀位计算是否正确,检查工艺过程中加工过程的合理安排和刀具路径的优化,以及加工过程中是否发生干涉等。这种仿真可以采用动画显示方法,如图6所示。

   图6 精铣水平中分面时刀具运动轨迹仿真

  图6 精铣水平中分面时刀具运动轨迹仿真

  通过UG刀轨仿真功能,也可以进行刀具过切检查。进人如图7所示的画面,挑选机构运动显示来选择刀轨在仿真动画中的显示方式。接着点击检查选项选择要检查的过切选顶。最后调整合适动画速度条,点击播放。

   图7 可视化刀轨轨迹对话框

  图7 可视化刀轨轨迹对话框

  在UG环境下还可以观察刀具在工件的加工过程仿真。如图8所示,图中三面刃盘铣刀依照刀轨轨迹运动切削。当仿真动画结束后,就会跳出一个过切信息,显示是否过切,并在模型中显示过切的刀轨路径。

   图8 铣电端汽封开档的刀轨仿真

  图8 铣电端汽封开档的刀轨仿真

  4.2 加工过程动态仿真

  UG还可以模拟工件的毛坏材料被切削过程,生成IPW(In Process Workpiece)。IPW是经过被检验操作加工后形成的工序件,为下一道工序提供毛坯,即上一道工序加工后留下的工件。UG的模拟仿真分成3D动态及2D动态,3D动态能为模拟材料切削提供一个更直观的过程;而2D动态则是快速模拟切削,它的运行速度快于3D,特别对于庞大复杂的刀轨更有效率。UG的这一功能的不足之处就在于需要耗费十分多的内存容量。

  5 结语

  本文给出了基于UG CAM加工模块的缸体类零件数控加工编程及加工过程仿真方案,优化了加工路线、刀具轨迹等工艺参数,并说明了在数控加工中编程零点、对刀点及换刀点在汽缸中的设置。



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