張洲碩

（遼寧豐田金杯技師學院，遼寧 沈陽 110015）

1 CAM編程與數(shù)控仿真概況分析及應(yīng)用流程

1.1 數(shù)控編程的分類與特點

在數(shù)控加工過程中除工藝和機床設(shè)備外，程序的編輯和處理尤為重要。程序處理分為手工處理和計算機輔助處理2 種形式[1]。手工處理是數(shù)控編程的基礎(chǔ)，在沒出現(xiàn)CAM輔助軟件之前，這是最重要的編程加工手段之一。即便是今天，在生產(chǎn)中對于簡單的二維平面類零件或是需要使用機床內(nèi)部宏程序來完成加工的零件，通常還是會采用這種方式來處理。但對于大型模具和大型零件類產(chǎn)品，手工處理難以滿足加工需求。這是因為這類零件通常在粗加工時毛坯去除體積較大，并且精加工時要完成的結(jié)構(gòu)形狀非常復(fù)雜，手工無法處理，即使勉強處理也會影響產(chǎn)品精度和生產(chǎn)效率。為此我們往往需要借助計算機CAM 輔助軟件進行點位的處理，并自動生成走刀路線。市面上這類軟件很多，其中NX10.0 在各大企業(yè)中應(yīng)用最為廣泛。

1.2 數(shù)控程序的后置處理

雖然CAM 輔助軟件可以自動生成加工走刀路線，但這些路線僅是軟件中的刀軌點位數(shù)據(jù)，這樣的數(shù)據(jù)文件是無法直接輸入數(shù)控機床中進行加工的，因為數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)只能識別對應(yīng)的ISO 代碼，例如我們常說的G 代碼指令，所以我們還要對軟件生成的這些刀軌點位數(shù)據(jù)進行后置處理，真正地把這些刀軌點位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)控機床系統(tǒng)可以識別的G 代碼指令并進行加工。

1.3 數(shù)控程序安全性分析的方法與意義

在實際加工之前一定要檢查數(shù)控程序的正確性和安全性，防止在加工中出現(xiàn)零件的質(zhì)量問題和機床碰撞事故。傳統(tǒng)的程序檢查和碰撞分析都是憑借編程人員的工作經(jīng)驗和軟毛坯試切來完成的，這樣既不可靠又影響生產(chǎn)效率，一旦在進口設(shè)備上出現(xiàn)碰撞問題，將會產(chǎn)生極大的經(jīng)濟損失。

目前碰撞分析最有效的方法就是在計算機中使用數(shù)控仿真軟件來建立一個虛擬的加工環(huán)境，在實際加工之前先在該環(huán)境中模擬加工，模擬結(jié)果會在計算機中直接顯示出來，其中程序語法錯誤、碰撞情況、過切檢查、殘料分布還可以通過報告的形式體現(xiàn)出來。這樣就可以直觀、高效、可靠地完成數(shù)控代碼的驗證。市面上數(shù)控仿真類的軟件也比較多，VERICUT 軟件作為專業(yè)的工業(yè)級別仿真軟件其功能完整，模擬準確率極高，除驗證程序功能外還有合理高效的數(shù)控程序優(yōu)化解決方案。該文就以VERICUT 數(shù)控仿真軟件為例來分析程序代碼的可靠性。

1.4 自動編程與數(shù)控仿真在加工中應(yīng)用流程

下面以NX10.0 和VERICUT 這2 款軟件為例研究其在數(shù)控加工中的具體應(yīng)用流程。加工對象如圖1 所示是一個三維曲面的模具凸模仁。按圖1 所示流程進行CAM 軟件編程的前期處理，并生成加工刀軌文件，再通過NX10.0 的Post-build 后置文件將刀軌文件轉(zhuǎn)換為數(shù)控機床系統(tǒng)的指令代碼[2]。最后在VERICUT 軟件中1 ∶1 的建立與實際加工環(huán)境相同的數(shù)控仿真環(huán)境，將后置處理得到的程序代碼和所有參與加工的模型信息載入VERICUT 仿真環(huán)境中進行最終仿真驗證。

圖1 編程與仿真應(yīng)用流程

2 案例零件工藝分析及NC程序處理

2.1 分析零件的結(jié)構(gòu)特點選擇合理的加工策略

該零件為塑膠模具凸模，零件的曲面較多，陡峭區(qū)域和平坦區(qū)域界限比較明顯，因此在選擇走刀策略時，要根據(jù)區(qū)域的不同選擇不同的切削策略。模型面部和耳部曲面為平坦區(qū)域，適合使用固定軸輪廓銑的走刀策略，模型側(cè)壁和鼻子為陡峭區(qū)域，編程時適合使用等高加工策略來完成[3]。

2.2 劃分加工工序并確定刀具類型

編程準備工作使用NX10.0 的NC 助理功能分析零件圓角輪廓，確定最小的刀具直徑，由于曲面加工刀具多使用球頭銑刀，立銑刀用于粗加工輪廓和精加工底平面。

加工的工序如下。1） 使用D16R1.6 的立銑刀對毛坯進行整體開粗加工。2）使用D6R1 的立銑刀對上道工序進行二次開粗。3）使用D6R1 的立銑刀精加工底平面。4）使用B3 球刀對面部交界處進行第一次清根處理。5）使用B3 球刀對底部和輪廓側(cè)壁進行第一次清根處理。6）使用B6 球刀精加工鼻頭曲面。7）使用B6 球刀精加工鼻頭下部的陡峭面。8）使用B6 球刀以45°夾角精加工整個面部曲面。9）使用B6 球刀精加工陡峭側(cè)壁。10）使用B3 球刀對面部交界處進行第二次清根處理。11） 使用B3 球刀對底部和輪廓側(cè)壁進行第二次清根處理。12） 使用B2 球刀對面部交界處進行最后一次清根處理。13） 使用B2 球刀對底部和輪廓側(cè)壁進行最后一次清根處理。14） 使用B3 球刀對眼睛進行粗加工。15）用B2 球刀精加工眼睛，完成整個零件加工。

2.3 確定走刀方案自動生成走刀路線

由于加工過程復(fù)雜、刀路眾多，這里僅以第4 道工序清根為例來處理數(shù)控程序。在NX10.0 中創(chuàng)建固定軸輪廓的操作模式作為清根工序，注意走刀方式上分別設(shè)置平坦處使用往復(fù)式走刀，而陡峭處使用由上至下的往復(fù)橫切進行走刀[4]。設(shè)置好對應(yīng)的切削參數(shù)，生成如圖2 所示的清根刀路。

圖2 加工刀路與后處理

2.4 后置處理生成NC代碼

前面提到此時NX10.0 直接生成的刀軌數(shù)據(jù)無法直接傳輸?shù)綌?shù)控機床中進行加工應(yīng)用，如圖2 所示利用Post-build 制作出的NX10.0 后處理文件，將已生成的加工刀路轉(zhuǎn)換成符合加工機床要求的數(shù)控程序代碼。

3 創(chuàng)建VERICUT數(shù)控仿真環(huán)境驗證NC程序

在VERICUT 數(shù)控仿真軟件中按1 ∶1 的同步要求創(chuàng)建與實際加工一樣的仿真環(huán)境。將該仿真環(huán)境作為工作模版，通過NX10.0 與VERICUT 的無縫連接模塊NXV 將設(shè)計數(shù)據(jù)、毛坯數(shù)據(jù)、裝夾定位數(shù)據(jù)、坐標系數(shù)據(jù)、刀具信息數(shù)據(jù)、NC 程序數(shù)據(jù)、坐標偏置類型等直接加載到剛剛創(chuàng)建的虛假加工環(huán)境模板中進行仿真驗證。

如果不使用NXV 模塊也可將各模型數(shù)據(jù)在NX10.0 中轉(zhuǎn)換為STL 模型，然后手動將這些STL 模型添加到所創(chuàng)建的仿真環(huán)境的對應(yīng)節(jié)點中，此時打開VERICUT 的碰撞檢查和超程報警功能并進行仿真分析。如圖3 所示，仿真結(jié)束后可以進行切削模型和設(shè)計模型的自動比對，從而直觀地判斷殘料的切除情況，如果在加工中出現(xiàn)碰撞情況，信息欄也會準確地指出發(fā)生碰撞的程序段位置[5]。仿真后如果程序沒有問題就可以保存程序代碼或直接聯(lián)機傳輸給機床，待實際加工時使用。

4 結(jié)語

通過將NX10.0 與VERICUT 數(shù)控仿真軟件相結(jié)合，我們在工業(yè)生產(chǎn)中大大提高了加工編程的效率和安全性。有效避免了在實際加工中出現(xiàn)突發(fā)情況，提高了加工的安全性，提升了企業(yè)的經(jīng)濟效益。這兩者的結(jié)合在如今的工業(yè)生產(chǎn)中具有非常重大的意義。

圖3 仿真加工結(jié)果