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运用CATIA软件完成零部件数控仿真处理及改善调优

发布时间:2020-05-03 09:14文字数:3195字

  摘要:文章在研究中以VERICUT数控仿真加工为核心,利用CATIA软件进行零件实体造型,明确加工工艺与加工程序,并通过VERICUT软件进行零件数控仿真加工,提出VERICUT数控仿真加工的改进与优化,进而保证加工效率和精度,以供参考。

  关键词:VERICUT软件;数控仿真加工;优化;模型

  仿真加工主要是在计算机上进行零件加工过程的模拟和仿真,检查数控加工程序的精准性,已经成为现代制造业加工的有效手段。就当前而言,大多数仿真加工类软件只是显示出刀具切削零件过程,无法根据实际需求构建机床或是刀具模型,被动化选择预设的仿真环境,无法实现数控加工虚拟化。而VERICUT软件的应用彻底打破了这一局面,在实际应用中,可以根据加工需求构建虚拟机床,仿真效果更好,并对加工过程进行完全虚拟制造,模拟走刀路线,防止过切现象和潜在碰撞危险,进而大大提高了数控加工效率和精度。在这样的环境背景下,探究VERICUT的数控仿真加工及改进办法分析具有非常重要的现实意义。

  1CATIA建模

  在数控加工中,CATIA软件是零件设计与加工中数字化造型与验证方式工具,属于交互式CAD/CAM系统类型,可以精准构建复杂实体与造型,并具备CAM功能,而数控加工中也会使用CATIA软件进行加工零件实体造型。首先,利用CATIA软件对加工件各个零部件进行三维立体建模,并导出三维实体零件STL模型;其次,在VERICUT软件中构建各个零部件拓扑关系,将STL模型直接导入到VERICUT软件中;最后,根据机床情况选择与之相配的数控系统,并利用已经构建的拓扑关系进行虚拟机床建模。其中,在CATIA软件进行零件三维建模的过程中,加工人员要掌握数控机床各个零部件的测量尺寸和相关数据信息,严格根据各个零部件间拓扑关系来装配,进而实现数控机床零件实体建模。

  2VERICUT的数控机床仿真加工

  在VERICUT软件中,要利用组件树进行机床运动模型的真实描述,构建机床组件树模型,并通过几何模型进行机床仿真模型的构建,进而明确运动机床加工中的运动链,即为“工件-机架”、“刀具-机架”等两条运动链,而机床旋转轴运动与直线坐标轴运动互不干扰而相互独立。

  2.1机床设置

  机床模型构建后,加工人员要设置机床参数,在软件菜单中找到“控制系统-机床设定”,对碰撞检查系数、机床参考点、行程极限以及换刀位置等相关参数进行一一设定。机床建模工作全部完成后,加工人员要开始运行虚拟机床,并设定一系列参数,让虚拟机床根据设定的数控程序进行运行,避免干涉、过切、超行程或是碰撞等加工问题的出现。

  2.2建立刀具库

  数控机床加工中,刀具是一种有效而必要的加工工具,VERICUT仿真加工前必须构建刀具库文件,主要涉及到刀具切削部分、刀具夹持部分以及刀杆等相关数据信息。刀具参数设置中,选择直径为16mm、10mm、6mm的立铣刀和直径为6.8mm的钻头,正面加工中使用夹具进行装夹,将工件上端面中心设定成工件坐标系原点,按照加工要求来进行刀具的选择。同时,为了提高零件加工质量,加工人员要正确设定切削用量,粗加工中考虑经济性,半精加工与精加工中,兼顾加工质量、加工成本以及切削效率。

  2.3设定数控程序仿真加工

  在VERICUT软件应用中,支持多种数控程序进行零件加工文件仿真,加工人员需要利用CATIA软件设定刀位点,在后置处理完成后形成G代码数控程序,并把G代码数控程序直接导入至VERICUT软件中。同时,加工人员要在VERICUT系统中设定左、右加工仿真视图,左视图选择机床的“切削模型”,对数控机床加工中的坐标轴运行轨迹进行监控,而右视图选择“工件”,对数控机床加工中的毛坯材料去除情况与走刀轨迹进行监控。仿真结果出来后,发现机床仿真中可以根据程序进行加工,但Y轴与Z轴方向发生超行程问题,造成这一现象的原因主要是CATIA软件形成的数控程序与VERICUT软件设定参数不符合,加工人员需要把自动生成程序调整到机床行程范围内,保证数控程序可以正常运行在机床加工中。

  在完成数控加工仿真的改进与优化后,VERICUT系统中的NC程序文件会在工作目录中保存,操作人员可以在主界面菜单中的“比较文件”中,查看改进优化前后的NC程序对比结果。如表1所示,改进优化前后的NC程序对比情况。

  参考数控程序中的刀具选择及运行轨迹,计算加工程序中的切削量,并对比切削参数值,在计算分析后,若余量过大,加工人员要降低进给速度;若余量较小,加工人员要提高进给速度,并修改程序,导入新的进给速度,进而保证数控加工程序的高效性与安全性。在加工切削中改进进给速度后,可以明显优化刀具路径,减少零件加工周期,进而达到提高加工效率的作用。同时,优化改进数控程序后,可以提高数控加工的平稳性,控制加工中刀具颤振问题,防止刀具过度磨损,有效延长刀具寿命,进而保证加工件表面质量。在刀具轨迹优化中,加工人员要在VERICUT软件中导入加工设备与设计零件,并导入数控程序,做好刀具轨迹改进与优化的准备工作,设定优化后的程序,通过交互式界面形成刀具轨迹库,优化刀具记录,进而实现刀具轨迹的优化和改进。

  3.2优化加工仿真过程

  为了防止数控加工中的超行程问题,加工人员可以选择“fanuc0”控制程序,将CATIA软件中构建的虚拟机床模型,导入到该控制程序中,并输入到夹具与加工零件模型,并开展虚拟机床仿真加工,观察过程中是否存在碰撞或是干涉等问题,从菜单界面中找到“自动比较”,对仿真加工件进行残留、过切对比。

  3.3优化控制程序

  在VERICUT软件中,操作人员点击项目树中的“加工刀具”,进入到刀具管理界面中,对刀具进行优化,右击“添加优化”,进入到新的优化指令中,系统会自动弹出“优化名”,操作人员选择1号刀具优化库,并调整对应的零件材料与机床名称。重复这一操作步骤对后续刀具进行优化。同时,点击“进给/转速”项,设定轴向切深、主轴转速以及每分进给等参数,并在“极限”项目中预设最小切削进给率、最大切削进给率,并将本次优化记录添加到刀具库表格中。在刀具轨迹改进完成后,操作人员点击菜单界面中的“优化控制”选项,并选择优化方式,启动优化功能,在优化文件中选择对应的文件保存路径,控制系统会根据文件内容生成文件名,操作人员可以自定更改。在材料选择中,设定零件毛坯材料属性,制定专门的数控加工机床,并“确定”来进行数控机床设定。在菜单界面中,点击“信息”生成图表,并对数控模型进行重置,并输出已经优化改进完成的数控程序文件。

  由此可见,改进优化后缩短了数控加工时间,特别是针对复杂曲面的工件,精铣型腔的改进优化效率已高达69.84%,改进优化后,数控程序段也明显增加,减少刀具步进距离,其切削运动也随之减少,这就大大增加空行程进给速度,并根据切削深度、角度和宽度进行刀具进给速度的调整,而并非是固定的切削速度。

  除此之外,操作人员可以使用NCViewer软件进行NC程序代码的仿真,并对CAD/CAM软件形成的NC程式进行检查和验证,保证其运行中的可靠性。操作人员可以在NCViewer软件中对比检查改进优化前后刀具路径,点击操作进行改进优化前刀具运动轨迹的模拟,同时模拟出改进优化后刀具运动轨迹,前后并无任何变化,加工效率的提高主要是因为加工时间大大缩短,刀具空行程进给速度加快,且切削参数优化,进而大大提高了数控加工效率。

  5结束语

  综上所述,VERICUT软件的仿真机床视觉效果与实际机床加工十分接近,可以有效模拟整个零件数控仿真加工过程,特别是针对复杂加工零件而言,具有仿真加工检验的功能,可以有效预防机床碰撞或是工件过切的情况,进而有效提高零件加工精度与表面质量。但是在实际操作中,操作人员要对数控加工仿真进行优化和改进,优化刀具轨迹、仿真加工过程和控制程序,并对比改进优化结果,缩短加工周期,进而大大提高了数控加工效率。

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