基于立式加工中心UG&VERICUT 數控加工技術的研究

張永濤 黃崇莉 姚曉斐 晁 瑞

（陜西理工大學 機械工程學院，陜西 漢中723200）

現代企業正處于快速發展階段，提高加工產品的合格率、提升企業效益已經成為企業急需解決的重要難題[1]。UG 軟件在數控加工領域有著廣泛的應用，其可以利用已經創建好的三維實體零件模型通過一系列的操作（如加工方法的選擇、加工參數的確定），直接生成用于產品加工的刀位源文件，通過后制處理生成支持指定數控機床的程序，最終應用在數控機床加工仿真或是零件的實際加工過程。VERICUT 是由美國CGTECH 公司研發，集數控加工仿真和系統優化的一款軟件，其中包括有NC 程序驗證模塊、機床運動仿真模塊、優化路徑模塊等[2-3]。

圖1 零件二維圖示

本文選取航空類某零件撐板進行工藝分析，通過零件圖紙分析、加工方案確定，編制工藝規程、數控程序、工藝過程卡片等，針對企業生產工藝需求，通過UG&VERICUT 軟件進行數控程序仿真，解決由于數控程序有誤導致零件報廢等情況發生。

1 概述

1.1 該撐板材料為45#，零件圖紙及軸測圖如圖1、2 所示，該零件需進行熱處理，回火：350～370℃，HRC：33～38，使該零件能夠獲得較高的硬度和耐磨性，進而提高零件使用壽命。

圖2 零件三維圖示

1.2 該零件尺寸較大，空間尺寸達到768×468×168；零件孔位尺寸屬于裝配尺寸，要求較為嚴格；其次行位公差較為嚴格；經過熱處理后，零件硬度較高，零件切削難度較大。通過上述分析，該零件屬于典型的難加工復雜零件。

2 工藝規劃

2.1 工藝路線規劃

（1）根據零件自身特點，加工路線如表1 所示。

表1 工藝路線

（2）針對所制定的加工工藝路線，數控銑占整個加工過程時間的90%以上，基于此類情況，需再次針對數控銑削加工再次進行工步劃分，由于零件較大，制作專用夾具成本較高，因此使用墊板，壓板、千斤頂等裝加固定零件。數控銑詳細工步、刀具、切削參數表如表2（表中未標注切削深度參數，需要測量尺寸加工）所示。

表2 數控銑工步

2.2 基于UG 數控加工程序的編制：

（1）使用UG10.0 軟件根據二維圖紙建立三維模型，所建立模型依圖2 所示。

（2）選擇應用模塊，點擊加工，進入加工模塊，并依據表2 所示刀具，創建使用刀具、刀柄夾持器及刀具參數，依據圖3 所示。

圖3 刀具創建圖示

（3）設置加工坐標系，根據對零件的數控加工分析，該零件需要三個工位加工，因此需要創建三個加工坐標系，才能滿足加工需求，具體方法如下：創建工具幾何體，在工具幾何體子項目創建MCS 坐標系（此方法可直接在軟件生成IPW 過程毛胚、可用于后續精加工的毛胚），指定在零件上加工坐標系MCS 的原點位置、以及X、Y、Z 方向，依據圖4 所示。

圖4 MCS 坐標系

（4）由于該零件屬于復雜類加工零件，公共區域較多，加工過程選擇的驅動方式包括平面銑、型腔銑、固定輪廓銑、剩余銑、孔銑、鉆孔、鏜孔等驅動方式，加工驅動策略依據圖5 所示，本文選擇一個型腔銑進行簡單概述。

圖5 型腔銑圖示

在型腔銑策略中，幾何體選擇之前所創建的“A02 正面”、指定部件選擇零件本身、指定毛胚選擇所創建的包容塊，刀軸選擇“+M軸”、刀具選擇“T01 Φ63R8 轉位銑刀”設定切削參數、非切削移動、進給率和速度，點擊生成刀軌，依據圖6 所示。

圖6 型腔銑刀軌

2.3 程序后制處理

目前，UG/Post Builder 可以定義2 軸、3 軸、4 軸帶轉臺或擺頭機床，5 軸機床，本文選取零件撐板，選擇三軸立式加工中心即可完成數控銑削。

（1）啟動UG/Post Builder，新建后處理器，選擇三軸銑床，單位選擇“毫米”，為依據圖7 所示，進入參數設置界面，主菜單包含機床、程序和刀軌、N/C 數據定義，輸出設置、虛擬N/C 控制器五大模塊，線性軸行程（即X、Y、Z 方向行程）分別設定2000、1500、1500，隨后對其參數一一定義設置，并進行保存，命名為"SIE_3ax"，并保存輸出，得保存后會產生*.pui、*.def 和*.tcl 3個文件。

圖7 構造器啟動界面

圖8 構造器啟參數設置界面

（2）在UG 加工環境中，依據圖9 所示，后處理器選擇上述所創建的后制處理文件“SIE_3ax”，文件擴展名輸入“txt”，單位選擇“公制/部件”，點擊確定，生成NC 加工代碼，生成的部分代碼如圖10 所示。其中圖中方框1 中所闡述NC 程序的模型名稱、程序輸出時間以及程序創建者；方框2 表示換刀命名，并且加入刀具詳細信息，與UG 加工環境中所創建的刀具信息保持一致，可進一步防止實際加工過程中因刀具信息不一致出現零件報廢的概率；方框3 表示零件開始切削，其中“；Cutting”一句，數控機床不運行，提醒操作人員注意觀察零件切削加工狀態。通過對程序的分析，所創建的程序滿足預期加工需要，對圖4 所示所有銑削驅動方式進行后制處理，得到全部NC 加工代碼。

圖9 UG 后處理

圖10 NC 程序代碼

2.4 VERICUT 機床文件建立

VERICUT 仿真軟件主要包括控制系統、機床、零件夾具、毛胚、定義坐標系、程序代碼設置、刀具以及NC 程序等，目前，可將UG 軟件中設置的零件、坐標系、創建的NC 程序通過設置繼承至VERICUT 仿真軟件，而VERICUT 軟件需設置機床參數、控制系統等，具體搭載如圖10 所示，保存輸出為".vcproject"文件。

圖11 VERICUT 建立機床模型

3 基于UG 與VERICUT 軟件繼承仿真分析

3.1 VERICUT 軟件自身與UG 軟件搭載，可從VERICUT 安裝路徑中找到NX10.bat 文件，通過修改計算機環境變量，直接將UG 加工過程繼承至VERICUT，如圖12 所示。

圖12 UG&VERICUT 繼承界面

3.2 在圖12 中，“文件”下“Progect Template”選擇在VERICUT 環境中創建的機床模型；“Operations”中選擇所UG 環境中所創建的工件坐標系，在“model”中選擇工件、毛胚及坐標系方向，“NC PEOGRAM”中添加后置處理過的數控程序，“GCode Tables”項目中，“Table Name”中定義“Work Offsetes”，設寄存號為“54”，“To Csys”選擇“Program Zero”，“選項”中選擇G 代碼，MCS 坐標系，設置完成，雙擊“output and Run”，進入VERICUT 界面，如圖13 所示。

圖13 仿真界面

3.3 在VERICUT 界面中，復查刀具參數、零件以及毛胚與UG 環境中所建立的是否一致，保持一致時，重置模型，運行“仿真到末端”，零件開始模擬銑削過程。

3.4 完成銑削過程后，依次運行“分析”-“自動比較”，設定過切、殘留余糧，并進行自動比較，結果如圖14 所示，在VERICUT 日志器中顯示沒有錯誤記錄報告，證明所加工的零件與設計模型保持一致，加工過程沒有發生過切、殘留和碰撞等問題。

圖14 分析結果

4 結論

以撐板的加工工藝作為研究對象，基于UG 軟件和VERICUT 軟件，為數控加工流程以及NC 代碼的正確性展開研究，提供實際的參考意義。

4.1 通過對該零件的外形結構及加工特點分析，確定加工工藝流程，以及數控加工方案，確定加工工具以及使用的刀具等。

4.2 在UG 軟件中，根據規劃的數控加工流程，創建加工工序，利用專門定制的后處理文件生成NC 加工程序。

4.3 通過相關參數設置，確定UG 和VERICUT 軟件的通道，借鑒VERICUT 虛擬機床運動，檢查程序的正確性。

4.4 通過加工仿真，檢查機床的碰撞，工件過切等現象，從而保證工件的加工精度及表面粗糙度，基于VERICUT 強大的分析功能，及時記錄錯誤程序詳細信息同時保護人員安全生產。進而提高工作效率，從而縮短生產周期，減低產品報廢率，提高企業的經濟效益。