基于UG的復(fù)雜殼體零件數(shù)控加工編程與仿真

顧智平 黃 鹿 孔祥茹 李申頓 華 峰

（航空工業(yè)金城南京機(jī)電液壓工程研究中心 制造一部，南京 211106）

近年來，航空產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件呈現(xiàn)出復(fù)雜程度高、加工制造難度加大、生產(chǎn)周期短等特點(diǎn)，對(duì)數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)及制造能力有了新的要求。目前，迫切需要提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品合格率，以縮短航空產(chǎn)品的研發(fā)制造周期[1-4]。本文以航空環(huán)控系統(tǒng)某型號(hào)渦輪冷卻器中的殼體結(jié)構(gòu)件為例，利用UG/CAM功能，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜殼體零件的三維建模和數(shù)控加工編程與仿真，檢驗(yàn)刀路軌跡的正行性和操作的正確性，并自動(dòng)生成機(jī)床NC程序，以此提高生產(chǎn)效率、降低加工成本。

1 零件的加工工藝分析

該中間殼體是鑄造型零件，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。該型殼體結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，包括多個(gè)結(jié)構(gòu)形式各異、深淺不一、內(nèi)外圓角大小不同的型腔和孔特征，零件的部分尺寸、精度和形位公差如圖2所示。

由于殼體鑄件A側(cè)面的圓形管口鼓包處距離下側(cè)腰型腔輪廓的最短距離為12.063mm，且管口內(nèi)外壁厚余量較大，在加工下側(cè)腰型腔輪廓及8-M4螺紋孔時(shí)容易發(fā)生干涉。加工如圖2所示的φ9mm孔中心線與腰型型腔輪廓距離為11.5mm，同樣易產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。通過分析殼體的幾何特征，制定合理的加工工藝方案，確定合適的工藝參數(shù)（如機(jī)床型號(hào)、刀具、工裝夾具和加工方法等），然后根據(jù)確定的相關(guān)參數(shù)，利用UG/CAM模塊對(duì)其進(jìn)行數(shù)控加工編程，從而解決殼體在數(shù)控加工過程中存在的干涉、過切和欠切等問題。

圖1 殼體零件的幾何結(jié)構(gòu)

圖2 零件部分尺寸

2 零件的數(shù)控加工編程

2.1 設(shè)置加工環(huán)境

根據(jù)前面的工藝分析結(jié)果，首先進(jìn)入加工模塊，對(duì)其CAM加工環(huán)境進(jìn)行設(shè)定。文中主要利用的是UG/CAM中的平面銑和點(diǎn)位加工等功能完成零件的數(shù)控加工編程，因此在【加工環(huán)境】對(duì)話框中選擇相對(duì)應(yīng)的配置【cam general】和設(shè)置【mill planer】。

2.2 創(chuàng)建父節(jié)點(diǎn)組

創(chuàng)建父節(jié)點(diǎn)組是數(shù)控加工編程過程中非常重要的環(huán)節(jié)，它由程序、刀具、方法和幾何體等幾部分組成。在編程之前，需要設(shè)定工件坐標(biāo)系、加工坐標(biāo)系、安全平面和對(duì)刀點(diǎn)等的設(shè)置。選擇【幾何視圖】進(jìn)入【MCS】界面，依次設(shè)定加工坐標(biāo)系、安全平面等[5-7]。

2.3 創(chuàng)建操作

在利用UG編程時(shí)的操作主要是創(chuàng)建一系列的多種工步或工序，包含零件加工過程中的所有刀具軌跡中的信息（如幾何體、刀具、加工方法和切削參數(shù)等），這些操作主要大致分為兩類：一是操作類型設(shè)置，如加工類型、幾何體、刀具（根據(jù)工藝分析創(chuàng)建的刀具類型如圖3所示）、加工方法等參數(shù)的設(shè)置；二是切削參數(shù)設(shè)置，主要包含有檢查幾何體、切削步長、行距、切削方式和進(jìn)退刀方法等參數(shù)。參數(shù)項(xiàng)目的種類隨操作類型的不同而有所不同[7]。

圖3 定義的刀具信息

2.4 刀軌生成與仿真驗(yàn)證

在UG中，根據(jù)創(chuàng)建的操作生成相應(yīng)的刀軌路徑，如圖4所示。為了驗(yàn)證NC操作生成的數(shù)控加工程序，需要檢驗(yàn)刀路軌跡的準(zhǔn)確性和可靠性，加工過程中是否存在明顯過切或欠切情況，刀具是否可能會(huì)與工裝夾具發(fā)生碰撞，加工過程安排是否合理等。通常利用UG刀軌仿真功能，直接查看檢查刀軌以及實(shí)體仿真驗(yàn)證切削過程是否存在過切或欠切，模擬零件毛坯材料切削過程。通過加工仿真，對(duì)可能發(fā)生的干涉或碰撞進(jìn)行修改，從而得到正確的數(shù)控加工程序。

圖4 零件的部分刀路軌跡

2.5 后處理及車間文檔

利用UG中的Post Builder模塊創(chuàng)建后置處理，進(jìn)行機(jī)床、程序和刀路軌跡參數(shù)、NC數(shù)據(jù)的定義、輸出程序結(jié)構(gòu)設(shè)置以及虛擬NC控制器等參數(shù)的設(shè)置[7-8]。在UG后處理構(gòu)造器的工作環(huán)境中，設(shè)置與車間相對(duì)應(yīng)機(jī)床系統(tǒng)的后處理器文件，使UG生成的程序轉(zhuǎn)換為機(jī)床能識(shí)別可控的NC程序代碼，F(xiàn)ANUC 0i系統(tǒng)部分后處理NC程序如圖5所示。

圖5 后處理后的部分NC程序

2.6 實(shí)例驗(yàn)證

經(jīng)過加工仿真驗(yàn)證，筆者初步驗(yàn)證了中間殼體NC程序的正確性。為了保證殼體專用后置處理器所生成的NC程序在實(shí)際加工中的正確性和可靠性，將殼體零件在HFM400四軸臥式加工中心上進(jìn)行實(shí)際加工，比較復(fù)雜殼體的加工過程和結(jié)果，驗(yàn)證程序的正確性。

3 結(jié)論

本文利用UG軟件中的CAM模塊，對(duì)復(fù)雜鑄件殼體進(jìn)行數(shù)控加工編程與仿真，分析零件結(jié)構(gòu)特征及加工工藝方案，合理選擇相應(yīng)的機(jī)床和刀具，自動(dòng)生成了滿足車間加工的數(shù)控加工程序和車間文檔。通過刀路軌跡和實(shí)體模擬仿真，檢查刀具與零件之間可能發(fā)生干涉碰撞、過切欠切，及時(shí)修改優(yōu)化加工程序，確保了實(shí)際加工過程中數(shù)控程序的正確性和可靠性。同時(shí)，生成的車間作業(yè)指導(dǎo)書也可以方便快捷地讓編程人員和操作者發(fā)現(xiàn)、解決實(shí)際加工過程中的問題，從而大大提高加工效率，縮短研發(fā)制造周期。