基于UG_CAM和VERICUT的复杂零件数控加工仿真

· ·《模具制造》2006年第11期 基 于 UG / CAM 和 VERICUT 的 复 杂 零 件 数 控 加 工 仿 真 哈尔滨工程大学机电工程学院(黑龙江哈尔滨 150001) 郑金兴 程慧群 【摘要】利用UG的建模和制造的强大功能,首先在建模模块中 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 出了较为复杂的模具模型, 设置加工参数实现自动编程。为生成NC程序,本文在Post-builder中开发了siemens后置处理程 序。最后,结合UG中设计好了的模型实例展现了VERICUT环境下数控加工仿真的全过程。 关键词:UG;西门子数控;后处理;仿真;VERICUT NC Manufacture Simulation of Complex Parts Based on UG/CAM and VERICUT 【Abstract】Bythe strongfunction ofUGmodelingand manufacture, the complexmold model is designed on modeling at first, manufacture parameters are set and self-programming is realized. In this paper, Siemens post processing program is developed in Post-builder so as to create NC program. Further, the whole process of NC simulation under VERICUT is shown combining with designed model instance in UG. Key words: UG; Siemens NC; post processing; simulation, VERICUT 1 引言 随着航空工业、汽车工业和轻工消费品生产的高 速增长,复杂形状的零件越来越多,精度要求也越来 越高,传统的加工设备和制造 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 已难于适应这种多 样化、柔性化与复杂形状零件的高效高质量加工要 求。因此,近几十年来,能有效解决复杂、精密、小批多 变零件加工问题的数控(NC)加工技术得到了迅速发 展和广泛应用[1]。由于零件形状复杂,机床刀具轨迹的 生成过程中一般不考虑机床的具体结构和工件的装 夹方式,所以不能确保计算出的数控加工程序能够安 全、正确的执行,尽管目前在工艺规划和刀具轨迹生 成等技术方面已经取得了很大的进展,但是由于这些 零件形状的复杂多变以及加工环境的复杂性,要确保 所生成的加工程序并不存在任何问题仍十分困难。因 此,为确保数控程序的正确性,在实际加工前采取仿 真的方法对加工程序进行检验并修正是十分必要的。 根据在仿真过程中的数据驱动是采用CL(Cutter Location,即刀位)数据还是采用NC代码,数控加工仿 真又可分为两类:一类是基于后置处理前的数据(CL 数据)所进行的仿真;另一类是基于NC程序的数控加 工过程仿真。对于刀位数据仿真,可以利用面向制造 行业的CAD/CAE/CAM高端软件UG NX的相关模块 来实现,而基于 NC代码的加工仿真,则需利用 VERICUT这类仿真软件来完成。VERICUT是切削仿 真及机床仿真软件,主要用于模拟 2~5轴铣、钻、车、 EDM等加工操作,采用人机交互方式模拟、检验和显 示NC加工程序,是一套世界领先的NC校验软件。 本文以一个复杂模具零件为例,利用 UG和 VERICUT实现零件的建模、加工和仿真。 2 锻模零件建模 图1所示为一摩擦楔块锻模零件,零件中间凹, 两边有凸台,而且是一个 2°的斜台,四周有一圈深 6mm的飞边(跑料)槽,中间凹下去的部分是零件的型 腔部分,Z轴方向56mm尺寸最深处的形状是个矩形, 它的四周是4个不同角度的斜面,这是整个锻模零件 最核心的部分。为了避免应力集中,整个锻模曲面的 交接处和四周角落都有R3mm的过渡圆角。 ·模具CAD/CAM· 9 · · 《模具制造》2006年第11期 图1 锻模零件图 图1中确定零件形状的关键截面有4个:主视图 的左端面、右端面和中间的B-B、C-C端面。图1中提 供的最关键的尺寸是 B-B截面尺寸和 2°倾斜角,根 据这些数据可以推算出其余3个截面,最终根据这4 个截面来造型。具体的造型 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 是: (1)做出4个截面。 (2)根据左右两端的截面线做拉伸,得到整个造 型的主体。 (3)根据中间两个截面做拉伸切除,减去造型主 体8.7mm。 (4)根据Z轴方向56mm深处的长方形和四周的 斜度作出延伸到上面的截面并做拉伸切除,得到 56mm的型腔。 (5)做出6mm深槽的凹形,与已经作好的模型进 行布尔运算。 (6)倒出圆角。 由此建模思路,在UG建模模块中建立的锻模零 件如图2所示。 图2 模具三维实体图 3 锻模零件加工仿真 3.1 锻模工艺方案分析 锻模材料为5CrNiMo,毛坯外形已加工成形。本 文采用较大的 !32R6mm的环形刀对锻模零件进行粗 加工 (型腔铣),生成 IPW“过程毛坯”(InProcess Workpiece),然后换 !10mm的立铣刀进行残料加工。 粗加工之后,采用固定轴曲面轮廓铣中区域铣削驱动 方式,用 !8mm的球头刀对跑料槽和型腔进行半精加 工,用同样的驱动方式对锻模左右两边凹凸面进行半 精加工,然后复制上述两个半精加工刀具轨迹,通过 修改切削参数的方式,把半精加工的刀具轨迹修改成 精加工刀具轨迹。最后用 !20mm的立铣刀对锻模的 分型平面进行精加工。工艺方案如 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1所示。 表1 工艺方案表 3.2锻模零件的加工操作的创建[2] 3.2.1 毛坯零件的创建 使用装配模块中添加组件功能将设计好的零件 导入新开的文件中,使用拉伸操作生成毛坯。并设定 加工坐标系(X,Y,Z)的零点分别为矩形毛坯中心顶 面的中心和矩形毛坯顶面,如图3所示。 图3毛坯图 序 号 加工部位 方法 加工方式 刀 具 序号 刀具类 型/mm 主轴转速 转/min 进给速度 mm/min 1 锻模整体 粗加 工 型腔铣 1 !30R6 环形刀 1200 700 2 残留部分 粗加 工 型腔铣 (残料加工) 2 !10 立铣刀 1600 700 3 跑料槽及 锻模型腔 半精 加工 固定轴曲 面轮廓铣 3 !8球 头刀 2400 600 4 锻模左右 两凸台面 半精 加工 固定轴曲 面轮廓铣 3 !8球 头刀 2400 600 5 跑料槽及 锻模型腔 精加 工 固定轴曲 面轮廓铣 4 !6球 头刀 3200 400 6 锻模左右 两凸台面 精加 工 固定轴曲 面轮廓铣 4 !6球 头刀 3200 400 7 锻模分型 平面 精加 工 面铣 5 !20 球头刀 3200 400 ·模具CAD/CAM· 260.0 211.0 152.0 132.0 65.043.5 32 0. 0 6. 0 120° R3.0 37°11° 10 7. 7 22 4. 0 14 6. 2 76 .9 120° R40 .0 B-B C-C B BC C A-A A A 56 R 18 .0 R45.0 2° 10 · ·《模具制造》2006年第11期 3.2.2 创建刀具、加工方法和几何体父节点组 (1)建立加工坐标系及安全平面,安全平面定在 零件上表面,距零件上表面50mm处。 (2)建立毛坯几何体,创建5把刀具。如第一把刀 具命名为EM30-R6,选用5参数法定刀具直径为 !30mm,下半径R1为6mm,其它参数遵循内设置值即 可。刀具长度设为120mm,虽然这里的刀长与NC代码 的生成无关,可是,在UG机床仿真中需要用到刀长。 (3)创建加工方法,分别设定粗加工的加工余量 为0.8mm,半精加工余量为0.3mm,精加工余量为0。 3.2.3 创建操作,生成刀轨 (1)粗加工操作。 选择(CAVITY———MILL型腔铣)图标,在随后的 对话框中设置步进步距为刀具的75%,粗加工考虑的 主要是以最快的速度切除毛坯,在机床功率允许的情 况下,选择较大的步距明显加快工作效率。切削方法 选择仿形外轮廓(FollowPeriphery),仿形外轮廓产生 一系列同心封闭的环行刀轨,这些刀轨的形状是通过 偏移切削区的外轮廓获得的。设置进刀/退刀参数为螺 旋方式,如图4所示。 图4 进刀/退刀参数 设置切削参数时,选择层优先刀具切削完每一层 所有的材料才进入下一层,可以避免不必要的退刀动 作。顺铣时的平均切削厚度大,切削变形较小,与逆铣 相比较功率消耗要少些,因此选择顺铣切削。按工艺 方案表设置进给速度和主轴转速后,生成粗加工刀具 轨迹,如图 5所示,粗加工动态仿真生成IPW过程毛 坯,过程毛坯如图6所示。 (2)残料加工、型腔半精加工和精加工操作的创 建。 残料加工、跑料槽及型腔和建左右两凸台面的半 精加工和精加工的刀具轨迹的创建和粗加工的类似, 不同的地方主要是需要改变一些参数设置。生成的刀 具清单如图7所示,加工顺序单如图8所示。 图5 粗加工刀具轨迹 图6 IPW(过程毛坯) 图7 刀具清单 图8 加工顺序清单 4 西门子后处理器的开发和NC程序的生成 上面生成的刀轨数据经过转换,形成机床控制器 ·模具CAD/CAM· 11 · · 《模具制造》2006年第11期 能够接受的特定格式的NC代码程序的过程,称为后 处理。由于机床控制器不同,这需要一个后处理程序 将刀轨数据“翻译”成以适应每种机床及其控制系统 特定要求的数控代码。UG系统提供了一般性的后处 理器程序———UG/Post,它使用UG内部刀轨数据作为 输入,经后处理后输出机床能够识别的NC代码。UG/ Post有很强的用户化能力,它能适应从非常简单到任 意复杂的机床及其控制系统的后处理[3~4]。 4.1 西门子810D后处理器的开发 UG/Post的开发,其核心是TCL的运用。虽然本质 上都是使用TCL语言,但具体实现上却有两种途径: PostBuilder和手工编程。PostBuilder是UG系统为用 户提供的后处理器开发工具。使用它用户只需要根据 自己机床的特点,在GUI环境下进行一系列的设置即 可完成后处理器的开发。手工开发后处理器,就是直 接用 TCL语言编写事件处理器文件(*.tcl)和定义文 件(*.def)。这要求用户具有TCL语言的基本知识,同 时,还要了解UG对TCL语言的扩展部分。 本文主要用PostBuilder来进行后处理器的开发, 西门子的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 控制器有特定的程序头[5]。如定一个NC 代码的文件名是CJG,那么程序的最开始必须有一行 代码如下: %_N_CJG_MPF ;$PATH=/_N_MPF_DIR 要让后处理器实现这一功能,在PostBuilder中要 作如下设置: 用文本编辑器编写一个用 TCL语言写的子程序 如下: globalmom_output_file_basename MOM_output_literal "% _N_$mom_output_file_ basename\_MPF" setb";\$PATH=/_N_MPF_DIR" MOM_output_literal"$b" 这个子程序命名为 pb_cmd_siemens_header_info, 后缀改为tcl。 新建一个siemens后处理后,在弹出的文档窗口, 选择pb_cmd_siemens_header_info.tcl文件。将其调入 PostBuilder中,然后进入 Program子页中,点选 ProgramStartSequence,在AddBlock下拉条中选择 pb_cmd_siemens_header_info项,将其加入到程序行 MOM_set_seq_off的下面。 在做UG加工时,本文例子设定的进刀方式是螺 旋进刀,在 UG3.0以前的版本,螺旋进刀都是用直线 拟合的方式处理。UG3.0以后,在Program&ToolPath 中的CustomCommand子页中调入PB_CMD_init_helix 子程序,将其加入到程序头中,这样是以螺旋线进刀, 简化了相当多的NC代码。 在实际机床操作中,让工人师傅在NC代码中了 解尽可能多的信息是非常有必要的,我们可以在NC 代码中加入很多有用的咨讯,比如刀具信息,加工时 间等等。本文做的后处理器中就加入了这两项。编写 的 两 个 子 程 序 PB_CMD_Tool_info和 PB_CMD_ machine_time。代码如下: globalmom_tool_name globalmom_tool_diameter globalmom_tool_corner1_radius MOM_output_literal"(tool_name:$mom_tool_ name)" MOM_output_literal "(tool_dia.: $mom_tool_ diameter)" MOM_output_literal"(tool_R_radii:$mom_tool_ corner1_radius)" globalmom_machine_time MOM_output_literal"(time :[format"%.2f" $mom_machine_time])" 将 PB_CMD_Tool_info加入到 后, 使得每次在换刀以后,就能马上显示出该刀的名称、 直径和R角半径。这样可以避免换刀错误,以免产生 不必要的后果。将 PB_CMD_machine_time加入到 的最下面,加工完以后可以看到总的 加工时间。 4.2 NC程序的生成 利用开发好的西门子810D后处理器和各工序生 成的刀轨数据,可生成相应的粗精加工NC程序代码。 生成粗加工NC程序如下: %_N_rough_MPF ;$PATH=/_N_MPF_DIR N0010G40G17G90G71G54 N0020T01M06 ⋯⋯ N6400X31.917 N6410G02X33.152Y-12.969J2.712 ·模具CAD/CAM· 12 · ·《模具制造》2006年第11期 ⋯⋯ N6440M02 5 基于VERICUT仿真 VERICUT具有较强的仿真功能,该软件不但可 以提高零件试切成功率,减少废品,也可以模拟机床 加工零件,避免机床碰撞事故,同时还可以对程序进 行优化,提高生产效率,提高零件表面质量。VERICUT 库中提供了常用的机床模型,另外用户可以根据需要 自定义机床模型。同时VERICUT支持G代码并配有 制造商提供的控制库[6~7]。 5.1 G代码仿真 在 VERICUT系统中,通过单击“Setup”——— “Toolpath”命令,将“ToolpathType”设置为“G-Code” 格式,即可用于仿真G代码刀具轨迹文件。 锻模零件加工是在3轴铣床上进行的加工,必须 构造一个 3轴机床模型。VERICUT即可以构建机床 结构文件,也可以构建机床的具体结构尺寸模型,并 进行控制系统的设置,以便在计算机上仿真机床的加 工过程。首先需要确定各个运动轴的从属关系,根据 从属关系确定模型树如图9所示。 图9 机床模型树 然后定义好各个模块的尺寸,就能构造出一个简 单的3轴用于锻模加工的铣床如下图10所示。 图10 机床三维图 设置机床参数是能否正确加工的关键,实现的方 式也有多种,比如,如果程序可以用刀尖驱动,也可以 用刀具安装基准点驱动,程序原点可以用“Input programzero”参数设置,也可以用“Workoffset”参数 设置,而且可以同时结合两者。但是最后我们验证设 置是否正确的标准只有一个,那就是装上刀后,输入 “X0Y0Z0”,刀尖必须落在加工原点,也就是锻模毛 坯上表面的中心。 加入 VERICUT中附带的已经标准化的 Siemens 810D的控制器,设置好相关的控制参数,比如,G02/ G03中I、J、K是圆心到起点的值,圆弧中心模式是相 对模式。如果没有设置好的话,在仿真圆弧时,系统会 报错显示是无效的圆弧。 调入已经生成好的NC代码后,就可以进行仿真 加工了。仿真效果相当好,粗加工后的过程毛坯如图 11所示。 图11 VERICUT加工后的零件 5.2 加工结果分析 (1)分析体积。 VERICUT将在“Volume”标签页显示毛坯体积 (Original)、工件体积 (Current)及切除材料体积 (Removed),如图12所示。 图12 体积分析 (2)分析加工后的工件未切削厚度。 经过确定多个点以后,发现未切削厚度都在0~ 0.09mm,如图13所示,符合加工精度要求。 ·模具CAD/CAM· 13 · · 《模具制造》2006年第11期 图13 指定点的未切削厚度 6 结束语 本文对锻模零件的建模、加工和仿真,以及 Siemens后处理器进行了初步研究,制作了标准的 Siemens后处理器,生成了相应的锻模加工NC代码, 并进行了仿真实现。 (1)UG三维混合建模方便、快捷,实现方式多种 多样。 (2)锻模的加工属于复杂零件的加工,UG/CAM模 块加工参数设置相当全面,切削参数、进刀/退刀、进给 率等功能模块不仅仅是用来实现零件加工,里面还体 现出了优化加工参数的特点。 (3)后处理是比较难以掌握的技术,必须具有丰 富的机床操作经验,而且熟知刀轨转换成NC代码的 原理,才能熟练的运用Post-builder制作完善的机床 后处理器。 (4)VERICUT软件是很好的验证NC代码工具, 机床加工仿真效果逼真,可以对VERICUT模型中几 何参数、加工信息进行测量或检查以及对设计模型与 VERICUT仿真加工模型数据比较。 7 参考文献 1 周济,周艳红.数控加工技术[M].北京:国防工业出版社,2002. 2 谢国明,曾向阳,王学平.UGCAM实用教程[M].北京:清华大 学出版社,2003. 3 安杰,邹昱章.UG后处理技术[M].北京:清华大学出版社, 2003. 4 赵雪玉.UG/Post后处理综叙[J].现代制造,2002,(7) 5 Siemens.Sinumerik840D/840Di/810D高级编程手册 6 李云龙,曹岩.数控机床加工仿真系统VERICUT[M].西安:西 安交通大学出版社,2005. 7 阮润凌,唐承统,吕波,窦海霞.基于VEIRCUT虚拟机床的建 模技术研究与应用[J].设计与研究,2006,(3) 基于网络的 CAD/CAE/CAM/ERP 在挤出模设计及制造中的应用 淮海工学院(江苏连云港 222005) 王其兵 文西芹 王智明 彭安华 王建胜 【摘要】通过构建基于网络技术的综合信息平台、基于ERP和基于并行工程的CAD/CAE/CAM 系统的智能化局域网络系统,分析CAD/CAE/CAM/ERP在挤出模设计及制造中的应用。 关键词:挤出模;网络技术;设计及制造 TheApplicationonExtrudingDieDesignandManufacture BasedonNetworkCAD/CAE/CAM/ERP 【Abstract】Bytheintegratedinformationplatformofnetworktechnology,intelligentizedLocal AreaNetwork(LAN)systemofERPandparalleledengineeringCAD/CAE/CAM,aswellasthe applicationofCAD/CAE/CAM/ERPonextrudingdiedesignandmanufactureareanalyzed. Keywords:extrudingdie;networktechnology;designandmanufacture 1 引言 塑钢门窗,以聚氯乙烯(PVC)树脂为主要原料,加 入各种助剂经挤出成异型材,然后通过切割、熔接等 方法制成门窗框、扇,配装上橡胶密封条、毛条、五金 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ·模具CAD/CAM· 14