随着计算机技术、 网络信息技术的飞速发展, 虚拟制造已经成为当今先进制造技术领域的核心, 而数控加工过程仿真则是虚拟制造的关键技术之一。数控加工仿真软件利用计算机虚拟动画技术来模拟实际的加工过程, 在虚拟数控机床的加工环境中, 用户可以输入数控加工程序、 工艺模型(汽车出风口塑料模具的产品特点)和刀具模型, 通过验证数控加工程序的正确性, 得到关于工件特性、 刀具状况和加工效率等信息, 并能检查加工过程中可能出现的碰撞、 干涉, 方便分析零件的可加工性和工序的合理性, 从而减少工件的试切, 提高生产效率。

由北京斐克科技有限责任公司与北京联高软件开发有限公司联合研发的VNUC 数控加工仿真软件, 是目前国内主要应用的仿真软件之一。该软件提供了基本涵盖当今我国数控加工中常见的数控机床( 卧式车床、 三轴立式铣床和三轴立式加工中心) 和主流数控系统, 如 HNC、 FANUC、 SIEMENS 等系统; 能全面的仿真数控加工的过程, 包括机床设定、 毛坯定义、 刀具准备、 基准测量、 G 代码处理和面板操作等;可以借助于该软件手动或自动编程加工, 通过操作控制面板, 刀具或工件会在在虚拟的数控系统里移动和进行机床动作, 并实时显示程序路径和三维工件图形; 而且数控机床在开动和切削过程中, 其音响、 动画等功能的操作接近真实效果, 实现了数控机床操作仿真、 数控系统仿真、 数控加工仿真等多种功能。

实际生产中, 仿真软件通常与 CAD/CAM 软件紧密结合, 对数控加工代码和加工过程预先进行严格的检查和模拟, 以防止生产错误甚至是事故。本文结合典型零件加工, 以华中世纪星型数控铣床系统为例, 详细说明了 VNUC 仿真软件在虚拟数控机床加工中的具体应用。

1 典型零件结构和 CAXA软件生成刀具轨迹

对于典型零件的加工, 可借助计算机辅助自动编程软件来生成数控加工程序, 本文应用 CAXA 制造工程师软件生成 NC 代码程序。首先在该软件中进行三维实体造型设计, 加工实例零件如图1 所示。零件材料为 45# 钢, 小批量生产, 结构简单, 叶轮内外轮廓由直线和圆弧构成, 几何元素间描述清晰完整, 叶轮没有表面粗糙度及公差的要求。

毛坯是用来选择刀具、 确定切削用量和计算粗加工刀具轨迹的重要依据。在完成零件造型设计之后, 选择加工定义毛坯命令, 弹出定义毛坯对话框。在毛坯定义中选择参照模型方式, 则毛坯尺寸调整为 160mm×160mm×30mm。然后选择等高线加工的加工方式, 设置软件要求的一些参数, 诸如加工边界、 刀具参数、 走刀方式、 切削用量参数等, 在屏幕上拾取要加工的实体边界。CAM 模块也可以实现零件的三维仿真加工, 但是这种程序校验方法, 缺少真实感, 刀具与工件的干涉与过切很难发现。刀具加工轨迹再经后置处理, 生成 NC 程序代码 ye- lun. cut, NC 程序代码存为文本格式, 这样在 VNUC仿真软件中可以调用。

2 VNUC软件中的虚拟数控仿真加工

VNUC数控加工仿真软件是利用计算机虚拟动画技术来模拟实际机床的加工过程, 用它可验证数控加工程序的可靠性, 预测切削过程的正确性, 减少工件的试切, 提高生产效率。应用该软件可将虚拟的机床运动与实际的数控操作融为一体。

2. 1 机床选择

在零件加工之前, 首先进行机床选择。单击软件主菜单中选项, 再单击选择机床和系统, 根据需要选择机床类型为3 轴立式铣床, 确定机床参数,选择数控系统的类型为华中世纪星型, 确定后弹出华中世纪星型数控系统的用户界面。

2. 2 毛坯、 刀具的选择与安装

根据零件结构的特点, 可以用底面、 外轮廓定位,采用虎钳机构夹紧。单击主菜单工艺流程, 在下拉菜单中单击毛坯, 弹出毛坯零件列表?对话框。下方的各个按键用于建立新毛坯, 建立的新毛坯都会自动添加到毛坯列表里。毛坯列表里的毛坯可以被安装到机床上, 也可以修改某些属性或删除。在退出当前使用的数控系统后, 毛坯列表会自动清空。加工实例毛坯为160 ×160 ×30 方料, 材料为45#钢。在夹具下拉单里选择夹具, 目前有工艺板、 压板、 虎钳三种夹具。根据加工工艺要求选择其中一种。按# 确定?后毛坯安装到机床工作台上。

根据零件的结构特点、 铣削叶轮的间距限制, 可以选择10 的立铣刀。单击主菜单【工艺流程】, 在下拉菜单中单击【铣床刀具库】, 弹出【刀具库】对话框,可以对刀具的名称、 刀型进行设定。按“确认”键, 刀具库窗口自动关闭, 同时主界面中的机床主轴已被安装上刀具。

2. 3 建立工件坐标系

在 CAXA 软件中生成刀具轨迹是以零件底面中心为原点的, 为了和程序原点一致, 本例中应将工件坐标系原点建立在零件底面中心处。工件坐标系的建立方法有多种, 本文采用试切法对刀。单击主菜单【工具】下的【辅助视图】, 弹出【辅助视图】窗口, 可与基准工具配合使用实现对刀, 以建立工件坐标系。

先对 X 轴向的工件零点。首先选择以连续点动或增量方式调节刀具和工件的相对位置, 使对刀仪移动至刀工件左侧, 同时选择塞尺厚度为 0. 1。也可以把鼠标放到视图中, 点击鼠标右键, 选择# 显示手轮?, 通过手轮进行调节。当主窗口提示栏最后出现# 塞尺检查结果: "合适"

同样方法可得工件坐标系原点 Y 轴坐标为-273. 200, 试切工件上表面得 Z1 轴坐标为- 261. 763。因为要求以底面中心为原点, 所以工件 Z 轴坐标为-291. 863。

2. 4 自动加工

在软件操作界面主菜单下, 按#自动加工F1键, 进入加工功能子菜单, 按#程序选择F1键, 将弹出# 程序选择菜单, 选择#磁盘程序, 系统弹出打开对话框, 选择 CAXA 软件生成的NC代码程序yelun.cut, 程序则在主窗口打开。在加工之前可进行程序校验和程序编辑。程序调用检查好后, 按下机床操作面板上的自动按钮, 切换至自动方式; 再按下#循环启动? 按钮, 虚拟机床模拟执行加工程序的自动加工。加工过程有切屑分溅, 配以实际机床的加工声响, 加工效果更接近于实际加工。仿真加工程序结束, 加工停止。单击软件主菜单文件下的保存项目选项, 可以对零件加工设置进行保存, 选择退出选项, 正常退出仿真软件。

3 结语

VNUC 数控加工仿真软件是利用计算机虚拟动画技术来模拟实际机床的加工过程, 这种仿真模式弥补了 CAD? CAM 软件仿真模块的不足, 可使用户既能掌握数控机床加工的基本原理, 又能掌握数控机床操作的基本技能。将该软件应用于教学培训和实际生产中, 可以减少培训成本, 保证生产质量。