基于UG的整体叶轮加工编程和Vericut的五轴加工仿真.docx
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基于UG的整体叶轮加工编程和Vericut的五轴加工仿真
整体叶轮UG数控编程和Vericut加工仿真
1前言
2UG五轴后处理创建
2.1A-C双转台五轴联动数控机床运动学变换
针对实验室自主开发的AC双转台五轴数控机床进行运动学分析,建立坐标系以描述机床的运动,如图1所示。
其中A轴和C轴为两个回转轴,C轴随A轴运动;Csys_W为与工件固联的工件坐标系(且与C轴固联);Csys_T为与刀具固联的刀具坐标系,其原点设在刀位点上,其坐标轴方向与机床坐标系一致;Csys_A为与定轴A固联的坐标系,其原点
为两回转轴的交点,其坐标轴方向与机床坐标系一致。
则其运动关系即是刀具坐标系Csys_T相对于工件坐标系Csys_W的变换关系,它可进一步分解为Csys_T相对于Csys_A的平动和Csys_A相对于Csys_W的转动。
初始状态下,转动轴C的轴线平行于刀具坐标系的Z轴;此时,工作台与Z轴垂直,工件坐标系的方向与机床坐标系一致,刀具坐标系原点
与工件坐标系原点
重合,记交点
的位置向量记为
。
在刀具坐标系中,刀具的位置和刀轴向量分别为
和
。
记机床平动轴相对于初始状态的位置为
,回转轴A和轴C相对于初始状态的角度为A和C,此时,工件坐标系中刀轴方向和刀位向量分别为
和
。
图1A-C双转台坐标系
通过机床坐标系变换,可得:
(1.1)
(2.2)
(2.3)
(2.4)
(2.5)
(2.6)
将式(2.3)到(2.6)分别代人式(2.1)、(2.2)得:
(2.7)
(2.8)
由(2.7)和(2.8)得:
(2.9)
(2.10)
(2.11)
(2.12)
(2.13)
2.2UGPost/Builder创建五轴后处理
使用UGNX模块生成刀轨后,其中会包含GOTO点和其它机床控制的指令信息。
由于不同的数控机床控制系统对NC程序格式有着不同的要求(数控机床的控制器不同,所使用的NC程序格式也就不一样),数控机床的结构形式也有所差异,故刀轨源文件不能直接被数控机床使用。
因此,NXCAM中的刀轨必须经过处理转换成特定机床控制器能够接受的NC代码格式,这一处理过程称为“后处理”[17]。
首先分析实验室的五轴联动数控机床结构和数控系统,测量机床的主要结构参数(如行程、精度等),从而用NXPostBuilder创建符合机床控制系统的NC处理程序。
后处理流程如图8所示。
图2UG后处理流程
创建五轴后处理的流程如下:
(1)新建后处理文件
运行UGNX/PostBuilder,新建五轴后处理程序,命名为HPDM_5axis.pui,机床类型选择Mill,结构型式选择5-AxiswithDualRotaryTables,点击“OK”进入后处理设置接口,如图3所示。
图3新建五轴后处理程序
(2)第4轴参数设置
在“5-AxisMill”下选择“FourthAxis”选项,设置“MachineZeroTo4thAxisCenter”,“AxisLimits”设为0~90°,如图4所示。
点击“Configure”按键弹出“RotaryAxisConfigure”对话框,第4轴选择YZ平面,“WordLeader”设为“A”;第5轴选择XY平面,“WordLeader”设为“C”,点击“OK”保存设置(图5)。
图4第4轴参数设置对话框
图5回转轴结构设置对话框
(3)第5轴参数设置
在“5-AxisMill”下选择“FifthAxis”选项,设置“4thAxisCenterTo5thAxisCenter”,“AxisLimits”设为-99999.999~99999.999°,如图6所示。
图6第5轴参数设置对话框
(4)RapidMove(快速运动)格式设置
点开Program&ToolPath选项卡,在左侧树形结构窗口中选择ToolPath下的Motion,如图7所示。
图7打开Motion项目框
点击右侧窗口的RapidMove节点,弹出Event:
RapidMove对话框,如图8所示。
图8打开RapidMove设置框
在RapidMove对话框中,将WorkPlaneChange选框改成未选中,修改后的结果如图9所示。
图9修改RapidMove格式
修改前后的输出的部分G代码如下所示。
刀轨CLF文件:
GOTO/-20.0243,57.2574,-59.7373
GOTO/-20.1996,57.5340,-59.5972
GOTO/-20.2262,57.7796,-59.3407
PAINT/COLOR,211
RAPID
GOTO/-10.4622,94.6649,-6.7182,0.0000000,0.0000000,1.0000000
PAINT/COLOR,186
GOHOME/0.0000,0.0000,10.0000
PAINT/SPEED,10
PAINT/TOOL,NOMORE
END-OF-PATH
修改RapidMove前的G代码:
N6150G00Z-61.651
N6160X34.01Y56.126
N6170Z-61.407
N6180X34.25Y56.028
N6190Z-61.064
N6200X34.339Y55.992
N6210Z-6.718A0.0
N6220Y-88.836
N6230Z10.
N6240X0.0Y0.0
N6250M05M02
修改RapidMove后的G代码:
N6150X34.01Y56.126Z-61.651
N6160X34.25Y56.028Z-61.407
N6170X34.339Y55.992Z-61.064
N6180G00Y-88.836Z-6.718A0.0
N6190X0.0Y0.0Z10.
N6200M05M02
3整体叶轮加工总体方案
3.1叶轮毛坯设计
为了减小五轴铣削的加工量,在数控车床上将毛坯车削加工出叶轮回转体的基本形状。
整体叶轮的毛坯形状如图10所示。
图10整体叶轮毛坯
3.2叶轮加工工艺路线
拟定工艺路线的出发点是使零件的几何形状、尺寸精度以及位置精度等技术要求能得到保证。
工艺路线的拟定一般需要做两个方面的工作:
一是根据生产纲领确定加工工序和工艺容,依据工序的集中和分散程度来划分工艺:
二是选择工艺基准,即主要选择定位基准和检验基准。
在生产纲领已确定为批量生产的条件下,尽量采用工序集中的原则,通过减少工件安装的次数来提高生产率。
除此之外,还应尽量考虑经济精度以便使生产成本尽量下降。
根据以上原则,拟定的工艺路线如下:
开槽
去尖角
粗铣叶片
粗铣流道
粗铣圆台
半精铣叶片
精铣叶片
半精铣流道
半精铣圆台
精铣流道
精铣圆台
清根
钳工去毛刺
3.3主要切削用量的选择
切削用量的选择如表所示。
工序
参数
粗铣
半精铣
精铣
主轴转速(r/min)
1700
2100
2100
铣削深度(mm)
2
0.2
0.1
最终余量(mm)
0.3
0.1
0
进给速度(mm/min)
300
600
600
4整体叶轮加工路径编程
4.1开槽
采用带锥倒角的平头铣刀(
6mm)。
采用可变轴曲面轮廓铣(VariableContour),刀轴控制方式采用相对于驱动(NormaltoDrive)。
程序的参数设置如下:
a)驱动方法采用曲面区域(SurfaceArea);
b)驱动几何选用流道曲面,如图11所示;
c)刀轴控制方式采用相对于驱动,前置角为0°,侧倾角为15°;
d)切削区域中曲面%(Surface%)的初始步长和终止步长分别设为15、90,最初的终点和最后的终点都设为95;
e)步数设为20,公差设为0.1;
f)设置Stock余量30mm,每层切深2mm,最终余量0.3mm;
g)非切削运动分离选择间隙,安全平面为工件上表面向上偏移10mm,退刀方式为手工圆弧相切离开,进刀方式为圆弧相切逼近。
图11开槽刀轨
4.2粗精铣叶片
采用带锥倒角的平头铣刀(
6mm),曲面驱动方式,刀轴控制方式采用侧刃驱动,侧倾角设为30°。
工艺参数如下:
进给速度f=300mm/min,主轴转速n=1700r/min,切削深度t=2mm,余量为0.5mm。
所需加工时间
min。
曲面驱动方式,刀轴控制方式采用相对于,前置角设为0°,侧倾角设为-60°。
采用硬质合金球头铣刀(
6mm),工艺参数如下:
进给速度f=600mm/min,主轴转速n=2100r/min,半精铣余量为0.1mm,精铣余量为0mm。
a)驱动方法采用曲面区域(SurfaceArea);
b)驱动几何依次选取压力面、圆角面和吸力面;
c)刀轴控制方式采用侧刃驱动,侧倾角为30°;
d)切削区域中曲面%(Surface%)的初始步长和终止步长分别设为-1、101;
e)半精铣步数设为150、公差为0.05,精铣步数为300、公差为0.05;
f)半精铣最终余量0.1mm,精铣余量为0.0mm。
图12半精铣叶片刀轨
4.3粗精铣流道
采用硬质合金球头铣刀(
6mm),进给速度f=600mm/min,主轴转速n=2100r/min,半精铣余量为0.1mm,精铣余量为0mm。
a)驱动方法采用曲面区域(SurfaceArea);
b)驱动几何依次选取流道曲面;
c)刀轴控制方式采用相对于驱动,前置角为2°,侧倾角为15°;
d)切削区域中曲面%(Surface%)的初始步长为5;
e)半精铣步数设为150、公差为0.05,精铣步数为300、公差为0.05;
f)半精铣最终余量0.1mm,精铣余量为0.0mm。
图13半精铣流道刀轨
4.4圆台加工
粗铣圆台采用硬质合金球头铣刀(
6mm),固定轴曲面轮廓铣。
进给速度f=300mm/min,主轴转速n=1700r/min,余量0.1mm。
叶轮加工结果如图14所示。
图14叶轮加工结果
5基于Vericut的五轴加工仿真
数控机床加工仿真主要解决以下问题[1]:
(1)验证数控程序的正确性,减少零件首件调试风险,增加程序的可信度;
(2)模拟数控机床的实际运动,检查潜在的碰撞错误,降低机床碰撞的风险;
(3)优化程序,提高加工效率,延长刀具寿命。
VERICUT是一款专为制造业设计的CNC数控机床加工仿真软件和优化软件。
VERICUT取代了传统的切削实验部件方式,通过模拟整个机床加工过程和校验加工程序的准确性,来帮助用户清楚编程错误和改进切削效率。
VERICUT软件由NC程序验证模块、机床运动仿真模块、优化路径模块、多轴模块、高级机床特征模块、实体比较模块和CAD/CAM接口等模块组成。
能进行NC程序优化、缩短加工时间,可检查过切、欠切,防止机床碰撞、超行程等错误。
具有真实的三维实体显示效果,切削模型可测量尺寸,并能保存模型供检验、后续工序切削加工。
VERICUT软件已广泛应用于航空、模具制造等行业,其最大特点是可仿真各种CNC系统,既能仿真刀位文件,又能仿真CAD/CAM后置处理的NC程序。
5.1构建五轴联动数控铣床仿真平台
(1)定义机床部件结构树
a)定义部件:
Base>X>Y>A>C>Ataack>Fixture>Stock>Design。
按顺序添加组件及其模型,并装配定位。
b)定义部件:
Base>Z>Spindle>Tool。
按顺序添加组件及其模型,并装配。
图15机床结构树
图16五轴机床模型
(2)机床参数设置
设置机床的初始位置、机床零点、换刀位置等参数。
配置机床控制系统,选择“generic.tcl”为机床五轴机床的控制文件。
(3)建立机床刀具库
打开刀具管理器,添加刀柄holder1、1号刀具和2号刀具。
1号刀具由刀柄、
6球头铣刀和对刀点1组成,2号刀具由刀柄、
4球头铣刀和对刀点2组成。
刀具库如图17所示。
图17机床刀具库
5.2整体叶轮加工仿真校验
按照加工工艺流程添加数控NC程序,设置仿真速度和干涉检查项,运行加工过程仿真,仿真结果如图18所示。
仿真加工过程中,可以检查刀具与工件、刀具与机床等部件是否碰撞。
图18仿真加工结果
5.3加工代码优化
选择加工程序“banjingxiliudao_A1.txt”,到刀具管理器中设置刀具的优化参数,打开优化控制选项,设置优化输出文件为“banjingxiliudao_A1_youhua.txt”,启动优化仿真。
6结论
7参考文献
[1]胜群.VERICUT7.0中文版数控加工仿真技术.:
清华大学,2010
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- 关 键 词:
- 基于 UG 整体 叶轮 加工 编程 Vericut 仿真