基于UG_CAM模塊的構(gòu)架加工系統(tǒng)化離線編程研究

莊 鵬

(中車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)有限公司，湖南 株洲 412000)

0 引言

隨著柔性化、智能化理論技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)今制造業(yè)向數(shù)字化、智能化發(fā)展越來(lái)越深入。UG作為一款產(chǎn)品全生命周期管理的CAD/CAM/CAE集成化軟件，為制造業(yè)智能化發(fā)展提供有力支撐。UG_CAM模塊具有強(qiáng)大的數(shù)控加工離線編程能力[1]，支持車(chē)、銑、鉆等多種形式的加工離線編程，可充分滿足構(gòu)架加工需要。

構(gòu)架是轉(zhuǎn)向架的重要部件，它上承車(chē)體下連輪對(duì)，既是承載和傳力的主體，又是裝配轉(zhuǎn)向架各零部件的骨架，需要加工保證足夠的尺寸精度，以滿足設(shè)計(jì)傳力和裝配要求。

構(gòu)架為異形框架類結(jié)構(gòu)，加工位置多、余量大、結(jié)構(gòu)剛性較弱、刀具多樣，加工工藝十分復(fù)雜。UG_CAM模塊可為構(gòu)架加工提供一套系統(tǒng)的離線編程解決方案，既可以提高編程效率，又可以保證加工質(zhì)量，簡(jiǎn)化加工工藝。其系統(tǒng)化的離線編程流程如圖1所示。

圖1 離線編程流程

1 編程前準(zhǔn)備

編程前需要對(duì)構(gòu)架工藝進(jìn)行分析，以確定加工刀具和順序[2]，建立加工坐標(biāo)系的原點(diǎn)和方向。創(chuàng)建構(gòu)架加工專用的刀具庫(kù)和加工方法庫(kù)，以供所有項(xiàng)目編程調(diào)用。

1.1 分析構(gòu)架結(jié)構(gòu)

將構(gòu)架3D模型導(dǎo)入U(xiǎn)G_CAM模塊后，根據(jù)加工圖紙分析需要加工的結(jié)構(gòu)，將加工特征分為平面、圓柱面、孔等，規(guī)劃工步順序和粗、精加工刀路，選用合適的刀具進(jìn)行編程，在保證加工效率和質(zhì)量的同時(shí)，要避免刀具與構(gòu)架結(jié)構(gòu)相互干涉。可使用UG自帶編輯顯示命令，用特定顏色標(biāo)識(shí)加工表面，而且相同類型結(jié)構(gòu)的加工表面用同一種顏色標(biāo)識(shí)，這樣既可以保證不遺漏需要的加工位置，又可以用相同切削參數(shù)和刀具一次性將同類型結(jié)構(gòu)的加工表面加工完成。

1.2 建立坐標(biāo)系

對(duì)于需要離線編程的構(gòu)架，首先都應(yīng)建立3d模型的工件坐標(biāo)系(WCS)和加工坐標(biāo)系(MCS)。WCS是在UG建模和加工模塊十分常用的坐標(biāo)系，可以在3d模型中實(shí)現(xiàn)方便精確的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)。MCS是加工的基準(zhǔn)，是構(gòu)架加工所有刀路點(diǎn)位的定位基準(zhǔn)，因此精確建立MCS至關(guān)重要。MCS的位置選擇須遵循設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、加工基準(zhǔn)、測(cè)量基準(zhǔn)相統(tǒng)一的原則。首先建立3d模型的WCS，然后設(shè)置MCS參考坐標(biāo)系為WCS，就可以建立一個(gè)精確的MCS。接著在MCS中設(shè)置安全平面，以構(gòu)架3d模型Z向最高面為參考，沿Z正方向偏移一定距離，一般設(shè)為100 mm，以指定安全抬刀的位置，避免撞刀。最后在MCS下的workpiece中指定毛坯，選取整個(gè)構(gòu)架3d模型作為毛坯，便于后期對(duì)加工進(jìn)行仿真。

1.3 建立刀庫(kù)

進(jìn)入U(xiǎn)G_CAM模塊，使用創(chuàng)建刀具命令，根據(jù)所需刀具和夾持器的名稱、尺寸、描述等相關(guān)信息創(chuàng)建刀具，并存入指定刀具庫(kù)中。根據(jù)車(chē)間目前的生產(chǎn)情況，所有構(gòu)架加工刀具共超過(guò)40種，將這40余種刀具存入U(xiǎn)G_CAM刀具庫(kù)中，以后進(jìn)行任何項(xiàng)目構(gòu)架的離線編程都可直接調(diào)用刀具，無(wú)需臨時(shí)創(chuàng)建刀具。

1.4 創(chuàng)建方法

創(chuàng)建方法就是設(shè)置刀具的進(jìn)給和轉(zhuǎn)速。構(gòu)架采用模塊化設(shè)計(jì)，且為同一種材料，因此所采用刀具的進(jìn)給和速度較為固定，可以根據(jù)多種項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)提前設(shè)置一系列實(shí)際加工時(shí)所用的刀具進(jìn)給和速度，構(gòu)架進(jìn)行離線編程時(shí)，在創(chuàng)建工序的方法命令欄里直接選取預(yù)先設(shè)置的刀具進(jìn)給和速度。

2 構(gòu)架離線編程

根據(jù)構(gòu)架加工特征，在UG_CAM創(chuàng)建工序命令下選擇合適的工序子類型命令。一般用于構(gòu)架加工的命令有平面銑、輪廓銑、銑孔、鉆孔等，每編制一個(gè)程序可生成刀軌并仿真檢查刀路是否能無(wú)過(guò)切完成加工。

2.1 銑平面

平面加工是構(gòu)架加工最常見(jiàn)的一種加工形式，而UG_CAM模塊提供了豐富的平面加工命令。平面銑(mill_planar)工序是UG_CAM模塊中專為平面銑削加工設(shè)置的一個(gè)工序命令集，其中，帶邊界面銑功能可基本滿足構(gòu)架平面銑編程的需求。使用UG_CAM模塊的創(chuàng)建工序命令，在平面銑命令集中選帶邊界面銑功能，依次選中所屬程序集、刀具、加工幾何體、進(jìn)給方法，確定后即完成一次平面銑加工工序創(chuàng)建。在帶邊界面銑的詳細(xì)命令設(shè)置對(duì)話框中，部件邊界優(yōu)先選用被加工面的邊，中線或自定義邊界線，然后指定已加工表面為底面，以避免過(guò)切，最后完成刀軌設(shè)置，以定義進(jìn)退刀方式、每次進(jìn)刀切削深度、刀具在切削區(qū)域間轉(zhuǎn)移方式、步距等重要的刀軌參數(shù)。

輪廓銑(mill_contour)工序是UG_CAM模塊中專為曲面或復(fù)雜型腔加工設(shè)置的一個(gè)工序命令集，其中，輪廓3d功能雖然主要用于復(fù)雜曲面加工編程，但因該功能的基本原理是沿部件邊界走刀，因此可以拓展到構(gòu)架平面銑編程中，同時(shí)編程效率較高。使用UG_CAM模塊的創(chuàng)建工序命令，在輪廓銑命令集中選輪廓3d功能，采用和平面銑相同的設(shè)置，便可完成一次加工工序創(chuàng)建。相較于平面銑，輪廓銑無(wú)需進(jìn)行底平面設(shè)置，可以采用混合銑的方式實(shí)現(xiàn)往復(fù)走刀。圖2為采用輪廓銑命令生成的刀軌路徑，平面銑和輪廓銑刀軌路徑較為相似，故可實(shí)現(xiàn)相同功能。

圖2 輪廓銑刀軌

2.2 銑圓柱面

部分構(gòu)架存在直徑270～320 mm的圓柱面結(jié)構(gòu)，因?yàn)橹睆奖纫话憧状螅揖纫蟛桓撸圆徊捎勉@孔或鏜孔的方式加工。UG_CAM模塊有銑孔(hole milling)命令可實(shí)現(xiàn)用螺旋銑方式對(duì)這種圓柱面結(jié)構(gòu)的加工，在平面銑(mill_planar)命令集中進(jìn)入銑孔命令，在命令參數(shù)設(shè)置界面，選待銑圓柱面為幾何體，選擇螺旋切削模式，并設(shè)置螺距和切削參數(shù)、非切削移動(dòng)，即可確認(rèn)生成刀軌。圖3為采用銑孔命令生成的刀軌路徑。

圖3 銑圓柱面刀軌

2.3 鉆孔

構(gòu)架是轉(zhuǎn)向架各零部件裝配的骨架，因此上面有多種裝配用光孔和螺紋孔需要加工。孔加工(hole making)工序是UG_CAM模塊中，專為各種孔加工設(shè)置的一個(gè)工序命令集，里面包含鉆孔、鏜孔、螺紋銑等功能，選擇程序所屬程序集、刀具、加工幾何體、進(jìn)給方法，并對(duì)所建工序命名，確定后即完成一次鉆孔加工工序創(chuàng)建。在鉆孔的詳細(xì)命令設(shè)置對(duì)話框中，需要注意運(yùn)動(dòng)輸出選機(jī)床加工周期，非切削移動(dòng)中的逼近、離開(kāi)類型中選擇切削平面，可實(shí)現(xiàn)G18、G19平面鉆孔。圖4為采用鉆孔命令生成的刀軌路徑。

圖4 鉆孔刀軌

3 后處理

UG_CAM生成的刀位程序(CLSF文件)包含了所有的刀具幾何、運(yùn)動(dòng)及機(jī)床動(dòng)作等信息[3]，但這種程序不能被機(jī)床直接運(yùn)行，需要將其轉(zhuǎn)化成機(jī)床可識(shí)別的NC代碼，這個(gè)轉(zhuǎn)化的過(guò)程就是后處理。

使用UG通用后處理構(gòu)造器可編制用于多軸數(shù)控機(jī)床的后處理程序，構(gòu)架在車(chē)間里是用配有Siemens數(shù)控系統(tǒng)的三軸龍門(mén)銑機(jī)床加工，因此基于Sinumerik_828D_3axis后處理模板，修改為適合實(shí)際生產(chǎn)的后處理程序。在UG_CAM模塊中，用工具欄后處理命令對(duì)工序進(jìn)行后處理，就可生成NC代碼用于構(gòu)架加工。

4 結(jié)語(yǔ)

基于UG_CAM模塊，從構(gòu)架加工離線編程前工藝分析、程序編制到后處理得到NC代碼，進(jìn)行系統(tǒng)化研究，為用UG_CAM對(duì)構(gòu)架加工離線編程制定一套系統(tǒng)化的方案，對(duì)提高構(gòu)架加工編程效率、保證加工質(zhì)量、簡(jiǎn)化加工工藝有較大幫助。