基于UG／CAM和VERICUT的复杂零件数控加工仿真

· 模 具 CAD／CAM · [1】国 口 膜具 CH lNA 加 ，^r，M oI．JLD 基 于 U G／CAM 和 V E R I C UT 的 复 杂 零 件 数 控 加 工 仿 真 哈 尔滨 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 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~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 VEI CUT 【Abstract】By the strong function of UG modeling and manufacture，the complex mold 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【】】。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。 《模具制造))2006年第 11期 ·9 - 维普资讯 http://www.cqvip.com B囊URI 由国越1目r模具 肌由国趁1目r幌具 CH|NA ．~UA _I NI MoUL。 ·模 具 CAD／CAM · 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,Tmm。 (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”(In Process Workpiece)，然后换 ~bl0mm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 ~b20mm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 序 加工部位 方法 加工方式 刀 具 刀具类 主轴转速 进给速度 号 序号 型／ram 转／min mnVnUn 粗加 4,30R6 1 锻模整体 型腔铣 1 1200 700 工 环形刀 粗加 型腔铣 击1O 2 残留部分 2 l600 700 工 (残料加工) 立铣刀 跑料槽及 半精 固定轴曲 西8球 3 3 2400 600 锻模型腔 加工 面轮廓铣 头刀 锻模左右 半精 固定轴曲 4,8球 4 3 2400 600 两凸台面 加工 面轮廓铣 头刀 跑料槽及 精加 固定轴曲 4,6球 5 4 3200 400 锻模型腔 T 面轮廓铣 头刀 锻模左右 精加 固定轴曲 4,6球 6 4 3200 400 两凸台面 T 面轮廓铣 头刀 锻模分型 精加 4,20 7 面铣 5 3200 400 平面 T 球头刀 3．2锻模零件的加工操作的创建网 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 导人新开的文件中，使用拉伸操作生成毛坯。并设定 加工坐标系( ，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 · lO· 《模具制造)2006年第 11期 维普资讯 http://www.cqvip.com · 模 具 CAD／CAM · 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EM30一R6，选用5参数法定 刀具直径为 ~b30mm，下半径尺 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(Follow Periphery)，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。 ‰自动 刀／谴刀 囵 _ I她 ●瞻 h 0 ●■啦 墨- 90．00 ●泔■幅射毛重 ．直径 t r oooo 自动娜 鳓 l —■拳经 5．0000 酾 区佩 3．0000 置暇 1 0 0000 蝴 E 1．2500 圆 田 圆 图4 进刀／退刀参数 B URI It,ll巾国超 口模具 [1】国趁 口梗具 CH INA $UR ’ #N#M OULD 精加工和精加工的刀具轨迹的创建和粗加工的类似， 不同的地方主要是需要改变一些参数设置。生成的刀 具清单如图7所示 ，加工顺序单如图 8所示。 设置切削参数时，选择层优先刀具切削完每一层 所有的材料才进入下一层，可以避免不必要的退刀动 作。顺铣时的平均切削厚度大，切削变形较小，与逆铣 相比较功率消耗要少些，因此选择顺铣切削。按工艺 方案表设置进给速度和主轴转速后，生成粗加工刀具 轨迹，如图5所示，粗加工动态仿真生成 IPW过程毛 坯，过程毛坯如图 6所示。 (2)残料加工、型腔半精加工和精加工操作的创 建。 4 残料加工、跑料槽及型腔和建左右两凸台面的半 图 5 粗加工刀具轨迹 图 6 IPW(过程毛坯 ) IINTQI~ TOO1．I．IST IN ORI)ER OF lIsF 一 ool 。e pn 。n LT 。 ool 仆 C Rad orn Iu8 er RcE ~d jus t 墨妻 ilLL 32．0000 75．0000 6 ． 0000 0 E iILL 堕 IILL nns IILL 10，0000 75，0000 8．0000 75．0000 6．0000 75，0000 必 iILL 20 ． 0000 T5．00D0 0．0000 0 4．0000 0 3．0000 0 0f之et TooI T"。 o，0000 o，0000 o．oooo ‘ o，0000 o，0000 图 7 刀具清单 COTTIN6 sEQ伲llcE WITH TOOL 铡 l^IcE Tool Chva~ v Oper Nd- Oper Type Cut Peed Pttrt St0ck K|32-R6 Cavity _IllinE 0000 0 Ei10 业 c6vity IillinR l⋯ ． 0000 0，6000 B18 Gl ，iIcd¨㈣i smf e Conto~inE l392．0000 0．0000 B』盥 Fi-cd_aIi8 s f^cc Contourin￡ l392 ． 0000 。．0000 816 坦 PiIcd_aIis sⅡfacc ContourinR l 99 ．0O00 0 0000 JJG2 PiIcd_aIls s r^ cc Contouri J l 99，0000 0，O000 1120 哟 Face Iillinc 图 8 加工顺序清单 西门子后处理器的开发和 NC程序的生成 上面生成的刀轨数据经过转换，形成机床控制器 《模具制造)2006年第 11期 维普资讯 http://www.cqvip.com B URI ttll[1】国越 1目r檩具 [1】国趁 1目r檩具 CHINA ．~UR ’I t,ll 。 ·模 具 CAD／CAM · 能够接受的特定格式的NC代码程序的过程 ，称为后 处理。由于机床控制器不同，这需要一个后处理程序 将刀轨数据“翻译”成以适应每种机床及其控制系统 特定要求的数控代码。UG系统提供了一般性的后处 理器程序——UG，Post，它使用 UG内部刀轨数据作为 输人，经后处理后输出机床能够识别的NC代码。UG／ Post有很强的用户化能力 ，它能适应从非常简单到任 意复杂的机床及其控制系统的后处理【 。 4．1 西门子 81OD后处理器的开发 UG／Post的开发，其核心是 TCL的运用。虽然本质 上都是使用 TCL语言，但具体实现上却有两种途径： PostBuilder和手工编程。PostBuilder是 UG系统为用 户提供的后处理器开发工具。使用它用户只需要根据 自己机床的特点，在 GUI环境下进行一系列的设置即 可完成后处理器的开发。手工开发后处理器 ，就是直 接用 TCL语言编写事件处理器文件( ．tc1)和定义文 件( ．def)。这要求用户具有TCL语言的基本知识，同 时，还要了解 UG对 TCL语言的扩展部分。 本文主要用 PostBuilder来进行后处理器的开发， 西门子的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 控制器有特定的程序头[53。如定一个 NC 代码的文件名是 CJG，那么程序的最开始必须有一行 代码如下： ％ 一 N — CJG_MPF ；$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 ： global mom _ output file basename MOM — output—literal ”％ 一 N 一 $mom—output file— basename＼ — MPF” set b ”；＼$PATH=／N — MPF _ DIR。’ MOM — output_literal 。。Sb。’ 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。将其调人 PostBuilder中 ，然后 进 人 Program子 页 中 ，点选 Program Start Sequence，在 Add Block下拉条中选择 pb _ cmd _ siemens — header _ info项，将其加人到程序行 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&Tool Path 中的Custom Command子页中调人 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人了这两项。编写 的 两 个 子 程 序 PB—CMD—Tool—info和 PB—CMD— machine — time。代码如下： global non — — tool — — n am e global non — — tool — — diameter global non — — tool — — cornerl — — radius MOM — output—literal ”( tool—name：Smom—tool— name)” MOM — output—literal ” (tool—dia．： $mom _ tool — diameter)” M0M — output—literal ”(tool—R—radii：Smom—tool— cornerl — radius)” global non — — machine — — time MOM — output_literal ”(time ：『 format ”％ ．2f'’ Smom—machine_time])” 将PB—CMD_Tool—info加人至U ．。：：：：：：：：：：．．】后， 使得每次在换刀以后，就能马上显示出该刀的名称、 直径和尺角半径。这样可以避免换刀错误，以免产生 不 必要 的后果 。将 PB—CMD—machine—time加人到 粤 ：：： ：：： ： J的最下面，加工完以后可以看到总的 加工时间。 4．2 NC程序的生成 利用开发好的西门子 810D后处理器和各工序生 成的刀轨数据，可生成相应的粗精加工 NC程序代码。 生成粗加工NC程序如下： ％ 一 N rough — MPF ；$PATH=／N — — MPF _ DIR N0010 G40 G17 G90 G71 G54 N0020 TO1 M06 N6400 X31．917 N6410 G02 X33．152 Y一12．969 J2．712 · 12· 《模具制~)2006年第 11期 维普资讯 http://www.cqvip.com ·模 具 CAD／CAM · N6440 M02 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【 。 5．1 G代码仿真 在 VERICUT系统 中 ，通过 单 击 “Setup”—— “Toolpath”命令 ，将“Toolpath Type”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。 一 8a％ f0．0．0， Block Block Block Block Block ：StOt~‘O．O．∞ Block Q cI=IIsⅫ 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 NI[1】国趋 口檩具 蜩， [1】国趁 口檩具 可 CH INA ．．．~UR I NI M OULD 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 program zero”参数设置，也可以用“Work offset”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 “XO YO ZO”，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 ll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 (Origina1)、工 件体积 (Current)及切 除材料体 积 (Removed)，如图 l2所示。 Pick the stock in a workpiece view Current：5507620 5308 Original=9984000 Removed：347537g 4692 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 l3所示，符合加工精度要求。 《模具帝】造)}2006年第 11期 ·13· 维普资讯 http://www.cqvip.com @ 【l】国超 1ir模具 CHlNA S■冤， MOULD ·：~-JN-CAD／CAM · 基 于 网络 的 CAD／CA E／CAM／E R P 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 The Application on Extruding Die Design and M anufacture Based on Network CAD／CAE／CAM／ERP 【Abstract】By the integrated information platform of network technology，intelligentized Local Area Network(LAN)system of ERP and paralleled engineering CAD／CAE／CAM，as well as the application of CAD／CAE／CAM／ERP on extruding die design and manufacture are analyzed． Key words：extruding die；network technology ；design and manufacture 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 ' ' ' ' ' ' ' ' ' ， ， ' PickaioeaJiontome~suredOsoelS10cl~Dosign OIstance 回 b'loCkDisplay T ranslucent I 回Des崦n0唧 Solid _‘] ⋯ ～ F roFt3StocktoDesign Vl PickLocabon 2]6801-6 21 4，64 55 34 vectOrDire~tlOn 0 2245 0 6I 78 r0 7535 Desi~1nLOcabon= 23 5987 -61629 —64 56 Dl~tanco=0 0827 o(0 0186 Y 0 0 511 Z一0 0623) 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．UG CAM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．Sinumefik 840D／840D~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) q · l4- 《模具制造))2006年第11期 维普资讯 http://www.cqvip.com