仿真零件（精选八篇）
仿真零件 篇1
随着制造业的迅速发展, 数控加工技术也广泛应用于制造过程之中。数控设备只是为精确加工零部件提供了基本保障, 但要实现零件预期的加工效果, 必须编制精确的加工程序。对于简单的零件, 手工编制程序还可以实现, 但对于复杂的零件, 手工编制程序存在难度大且效率低, 有时无法实现对零件加工程序的编制, 这种情况利用CAM软件或软件的CAM模块进行自动编程是非常有效的方法[1]。本文将讨论基于UG的凸模零件的数控铣削加工, UG的数控铣削加工包括平面铣、轮廓铣、钻孔、铰孔等, 通过自动编程缩短工作人员的编程时间, 降低生产成本, 提高工作效率。
1 UG软件的CAM模块
UG软件提供了强大的实体建模和造型功能, 其CAM模块可以根据建立的三维模型直接进入加工环境, 解决刀轨的生成、加工仿真和加工验证等问题, 为机床编程提拱了一套完整解决方案[2]。UG CAM系统除了提供生成NC代码程序的工具以及后置任务, 还提供了在这个领域最新改进的加工切削技术, 比如高速铣、样条插补以及数字检验确认。利用UG CAM模块, 可以改善其NC编程和加工过程, 极大地减少浪费, 大幅提高生产力。
2 凸模零件的加工工艺分析
如图1所示为凸模零件的零件图, 工件材料为45钢, 毛坯尺寸为150mm×150mm×20mm的精毛坯。从零件图可以看出, 零件具有凸台、槽、孔等结构, 充分体现了UG数控铣在编程方面的优越性。另外, 零件的尺寸精度和表面粗糙度要求相对较高, 需经精加工完成。其加工工艺表述如下。
工序1:铣外轮廓。
工步1:粗铣外轮廓;工步2:精铣外轮廓。
工序2:铣内槽。
工步1:粗铣内槽;工步2:精铣内槽。
工序3:孔加工。
工步1:点钻;工步2:钻孔;工步3:镗孔。
3 零件的加工仿真
3.1 零件三维模型构建
根据凸模零件的零件图, 在UG的建模模块下构建零件的三维模型, 零件的建模过程可以采用完全利用草图构建或完全利用基本体素构建或者利用基本体素加草图的方式构建。在模型构建的时候要注意工件坐标系的位置, 尽量使工件坐标系和加工坐标系重合, 所以选择工件坐标系在工件上表面的中心。构建的零件三维模型如图2所示。
3.2 加工环境初始化
在UG开始菜单下, 选择加工模块, 进入加工环境, 在“要创建的CAM设置”中选择mill_contour, 单击确定进入加工环境。
3.3 设置零件的加工坐标系
在导航器工具栏上选择几何视图, 切换到几何视图操作导航器, 双击导航器里的MCS_MILL, 设置加工坐标系, 加工坐标系与工件坐标系重合。
3.4 创建毛坯
在导航器里双击WORKPIECE, 弹出铣削几何体对话框, 首先指定加工的部件, 然后指定毛坯为包容零件的自动块。
3.5 创建刀具
在导航器工具栏上选择机床视图, 切换到机床视图操作导航器, 这里主要是创建加工所需要的刀具。根据前面的工艺分析可知, 加工完成这个凸模零件需要用到七把刀具, 包括铣刀和钻。对于铣刀的设置为:创建刀具对话框里选择刀具类型为mill_contour, 刀具子类型为MILL, 单击对话框确定弹出铣刀参数对话框, 在此对话框里设置所需铣刀的具体参数。
3.6 创建操作粗加工外轮廓和内槽
单击创建操作图标, 弹出创建操作对话框, 设置加工类型为轮廓铣, 子类型为型腔铣, 并在对话框选择粗加工刀具和粗铣加工方法, 然后单击确定, 弹出型腔铣的对话框, 在此对话框里设置切削模式、切削深度、进给率和速度、切削参数等, 设置完成后生成粗加工轨迹, 如图3所示, 并且可以动画演示粗加工的过程。
3.7 创建操作精加工外轮廓和内槽
精加工外轮廓和内槽与粗加工的方式方法有很多相似的地方, 但需要注意加工方法选为精铣, 刀具选为精加工刀具, 并且切削用量、切削余量、进给率和速度等需要修改。
3.8 创建操作粗精加工内孔
加工内孔需要三步完成, a.点钻定位中心孔。b.利用Ф20mm的钻钻成通孔。c.利用镗道到扩孔至Ф400+0.039。
3.9 后处理
零件加工仿真是仿真零件加工的过程, 其最终目的是生成数控机床可以识别的代码程序和车间技术文档, 减轻工作人员的工作负担。UG/POST是UG软件自带的一个后处理程序, 可将仿真中生成的加工轨迹转换成指定的机床控制系统所能识别的加工指令, 最后输出加工凸模零件的数控程序[3]。
4 结束语
本文以凸模零件的加工为例仿真零件的加工过程, 通过加工仿真, 一方面可以及时发现加工中存在的问题, 比如加工参数的设置是否合理, 刀路轨迹是否正确;另一方面, UG软件后处理功能比较强大, 可以直接输出数控加工程序和车间技术文档。目前, 数控机床基本上都具有传输功能, 可以将UG输出的加工程序直接或者稍微修改某些指令后传输到机床上, 这在很大程度上减轻了编程人员的工作量, 避免了编程人员的编程错误, 缩短了机床上的调试时间, 提高了生产效率。
参考文献
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[2]杨浩.UG NX5铣制造基础培训教程[M].北京:清华大学出版社, 2008.
航空壳体类零件虚拟加工仿真的研究 篇2
以航空壳体类零件为研究对象,分析该类零件的结构特点,利用UG和VERICUT的功能,形成了一套航空壳体类零件虚拟加工仿真方法.
作 者：唐志锋 曾德堂 TANG Zhi-feng ZENG De-tang 作者单位：唐志锋,TANG Zhi-feng(中国航空工业第一集团公司北京长城计量测试技术研究所,北京,100095)
曾德堂,ZENG De-tang(北京航空航天大学,北京,100083)
仿真零件 篇3
现如今，像以CAM、CAD、CAPP为技术核心基础的PLM平台能够在一定程度上达到对不同系统的校验过程，实现零件机械加工的误差精确无纸化过程，也能对整个加工流程进行动画模拟，可有效针对于各类机械产品设计出图和工业确定过程。但实际上在数控程序生成过程中，任何数控仿真软件都无法替代实际加工的校验性作用，因此本文提出基于数控仿真软件的数控车技术，它能够弥补上述内容中所存在的技术缺憾。
数控仿真机床与CAXA数控车
数控仿真机床。数控仿真机床基于虚拟数控机床技术，可以实现在虚拟环境中对数控机床具体模型的创建。相比于真实机床，数控仿真机床在功能表现方面完全相同，这也体现在结构上，这种模拟可以实现对原数控机床的完全代替，且不用担心结构与信息功能失真问题，为技术人员学习数控机床生产技术带来利好。另外，数控仿真机床还拥有网络功能，能够对应目前比较流行的远程教育体系，它的数据接口标准，图形结构健全，用户在学习时还可以观察其各项运行参数，实现与CAD、CAM、CAPP等软件的技术对接，这也体现出数控仿真软件的独立性。
CAXA数控车。CAXA数控车是北京数码大方科技所创建的基于二维、三维CAD及CAM的综合性PLM技术平台。它所提供的服务能够解决目前最复杂的数控车问题，比如对刀具干涉的检查、对不同材料的加工参数比较确定与文件生成。它完全可以代替传统宏工程来解决数控车零件机械加工问题，而且它的性价比更高，对我国国产数控系统的编程技术应对能力更好，且能够设计出符合国际GB标准的CAD、CAM二维图，解决传统零件机械加工所存在的宏程序编程空刀行程过程及效率过低等问题。新的CAXA數控车技术所采用的是VNUC数控仿真软件，它能够对数控车零件机械加工进行更深一步工艺程序验证，解决数控车零件在设计与加工进程中的全仿真处理问题。
基于CAXA数控车设计的零件机械加工工艺出图分析
基于CAXA数控车设计的零件机械加工工艺出图主要包括机械设计图纸生成和左右内外加工工艺出图。
机械设计图纸的生成过程。由于CAXA数控车图纸生成分析能力较强，所以可以为零件机械加工快速生成二维设计图纸。在这里，CAXA数控车要应用到公式曲线指令来制图，它基于二轴参数方程设计，可以为各项加工轨迹生成对应零件程序，以便于之后用于图层设置。在机械零件与毛坯设计部分，主要依靠镜像层和轨迹层来实现加工轨迹设计，然后利用文件实现零件标注以完成修改。在加工过程中，CAXA坐标系中心点的确定是以图幅调进作为基础的，而数控编程原点则作为加工绘图原点出现，这些确保了设计图纸中每一个零件都能基于原点尺寸实现缩放，便于设计后注释。
左右内外加工工艺出图生成过程。客观讲，零件机械加工工艺图纸数量没有具体规制，它主要通过实际要求来对工艺文件进行精确化，进而生成各个环节的单步图纸。由此所生成的工艺轨迹图由于加工轨迹复杂很容易出现混淆现象，因此要专门为其设计对应轨迹土层，以规范化左右内外加工工艺出图生成过程。在具体工艺操作过程中，要为切削的毛坯部分与保留成型部分共同设置对应土层，采用不同颜色与线性以实现加工抬取目的。考虑到CAXA在图层设计过程中会出现隐藏图层不识别加工问题，因此在工艺图纸绘制时应该考虑增加大径螺纹绘制，并且在加工过程中输入对应螺纹牙深。
CAXA数控车的生成加工轨迹分析
加工轨迹生成分析。一般来说，CAXA数控车都会提供6个车加工工具栏和6个二轴铣加工指令命令，它们同时为零件机械加工过程设置固定循环命令，以生成易于用户理解的数控仿真软件程序。传统零件机械中的钻孔加工常常要用刀架固定钻头，这使得钻孔轨迹程序生成基本无效。而采用VNUC仿真技术就能校正这一加工模式，为CAXA数控车设置内部沟槽及内螺纹加工指令，然后再根据CAXA坐标轴中的x轴镜像来生成数控车所对应的零件机械加工程序。在此过程中，CAXA仿真软件是不会涉及对内部干涉撞刀问题的检查的。在CAXA数控修改轨迹参数过程中，可以利用“参数修改”指令，也可以基于CAXA数控仿真软件来新增刀具轨迹管理命令。
数控代码工艺文件的生成分析。在加工轨迹生成完毕后，就要对其程序与工艺文件进行严格管理，要明确包括切轮廓、螺纹、槽等加工程序的轨迹生成顺序。此时生成顺序的管理参考主要依据抬取轨迹顺序，要明确不同零件机械加工过程中对CAXA数控仿真软件的应用，有针对性的提出工艺文件生成指令，并采用不同轨迹来生成TXT或相关近似工艺文件。
回转体零件的数控加工及仿真 篇4
此次加工的零件是一个典型的回转体零件,表面的形状由直线和圆弧组成,材料为45钢,热处理后达到HRC38-43,毛坯为150mm×36mm,棒料,零件如图1所示[1],选择华中数控系统的CK6032卧式车床来加工此零件。
1 数控加工工艺性分析[2]
按零件的工艺性要求,对零件的数控加工工艺性进行全面地分析,包括零件图样分析、结构工艺性分析和安装方式的选择等。
1.1 零件的图样分析
该零件是一个典型的轴类零件,功用为支承传动零件传递扭矩或运动,承受载荷,并保证装配在其上的零件具有一定的回转精度。
1.1.1 尺寸标注
此零件(图1示)不是以同一标准标注尺寸,需将局部的分散标注改为同一基准标注。修改过的标注零件图如图2所示。
1.1.2 零件图素
图1所示,最右边的半球形与圆柱面相切,紧接着是螺纹、退刀槽、圆弧。其中,圆弧始端与节点相切,末端与圆柱面的素线相切,紧接着又是一个圆弧,相切的要素也很全面准确,最后是一个圆柱面和倒角,此零件图的几何要素完整且正确。
1.1.3 零件的技术要求
零件的技术要求主要是指尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度和热处理等。由图知,尺寸精度、形状精度、位置精度都没给出,而只给出零件的粗糙度技术要求,从右往左,很全面。如图3所示。
1.2 零件的结构工艺性分析[3]
此零件的工艺结构包括为车螺纹而加工的退刀槽,为方便装配而加工的倒角,零件整体由直线和圆弧构成,结构简单合理,利于加工。车削加工是在零件悬伸状态下进行的,采用整体循环的方式,来减小工件的变形。
1.3 零件的安装方式
此次加工的零件是一个典型的回转体零件,毛坯为一棒料,结构小,质量轻,在数控车床上进行加工,因此采用人力直接将毛坯装入三爪卡盘中。
2 数控加工工艺路线设计[4]
工艺路线的拟定包括:选择、加工顺序的安排及与传统工序的衔接等,结合零件的实际情况和现有的生产条件,给出最佳的工艺路线。在此,只对加工方法及工序的划分进行说明。
2.1 加工方法的选择
此回转体零件的表面由诸多基本表面组成,包括同轴线的圆柱面、圆锥面、圆弧面、退刀槽、螺纹。对于没有粗糙度要求的表面,只需要粗车就可以了;对于粗糙度要求为3.2的表面,要经过粗车、半精车;对于表面粗糙度为1.6的表面,需要经过粗车、半精车、精车。退刀槽可以用切槽刀来加工,螺纹可以用螺纹刀来加工。其右边锥弧面部分因圆弧角为R5较小刀具无法从右向左加工,因此选择从左向右由锥面处下刀车出锥弧面。
2.2 工序的划分
按粗精加工和按刀具并用的方法,确定如下加工工序:
工序10车端面;
工序20粗车外轮廓(外轮廓循环);
工序30半精车球面和直径为20mm的圆柱面,精车半球面至R10;
工序40车退刀槽;
工序50半精车R5圆弧及其相邻30圆柱面、精车R5圆弧面;
工序60车锥弧面;
工序70车螺纹;
工序80车倒角,切断;
工序90去毛刺,清理。
3 数控加工工序设计
确定了数控加工工艺路线之后,各道工序的加工内容已基本确定,数控加工工序设计的主要任务是为每一道工序选择夹具、刀具及量具,确定定位夹紧方案、走刀路线与工步顺序、加工余量、切削用量等。下面简单的就刀具和切削用量进行说明。
3.1 刀具的选择与装刀、对刀、换刀[5]
此次加工的是轴类零件,需要车外圆,包括球面、圆柱面、锥面,所以要用到外圆车刀,但是鉴于零件的结构的特殊性,需要用到左偏刀和右偏刀;零件还包括一个退刀槽,所以要用到切槽刀;零件还包括一个外螺纹,所以要用到螺纹车刀。要加工好此零件,总共需要四把车刀,可以在刀库里面选择需要的车刀,表1简单列出了刀具的基本参数[6]。
数控车床在对刀的过程中要注意对刀点与换刀点的确定。对于车削加工,通常将对刀点选择在工件外端面的中心上。本次加工零件的对刀点就设在工件外端面中心上,对刀换刀的位置如图4所示[7]。
3.2 切削用量的确定
切削用量是指切削时各运动参数的数值。包括切削速度、进给量和被吃刀量,称为切削用量三要素。粗加工时应尽快地切除多余的金属,同时还要保证规定的刀具耐用度,对刀具耐用度的影响最大的是切削速度,影响最小的是背吃刀量;精加工时,保证零件的加工精度和表面质量,同时也要考虑到刀具的耐用度和获得较高的生产率。如表2给出了此零件加工的切削参数。
4 编制数控加工工艺规程文件[8]
编写数控加工专用技术文件是数控加工工艺设计的内容之一。这些专用技术文件是数控加工的依据,也是加工程序的具体说明。具体包括数控加工编程任务书、数控机床调整单、数控加工工序卡片、数控加工进给路线图、数控加工刀具卡片、数控加工程序单等等。限于篇幅,这里只给主程序。
主程序
%0001程序名
N1 G90绝对值编程,
G00 X80 Z100回换刀位置;
T0101一号刀,
M03 S500 F150主轴正转,进给量150mm/min
M07切削液开
G00 X38 Z0快进
G01 X0 Z0车端面
G00 X38 Z2快退
5 利用MASTER CAM模拟加工[9,10]
本次模拟加工采用Master CAM 9.0 Lathe模块,零件最终刀具路径见图5。
6 结论
本文以回转体类零件为例,分析其零件特点、设计工艺路线及工序、编制工艺规程文件、数控程序、再进行仿真加工,非常完整的介绍了零件的数控加工工艺过程。为工艺设计人员提供了设计流程,大大提高了设计人员的设计效率,并经仿真加工,提高了零件工艺设计的准确率。
参考文献
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仿真零件 篇5
在玩具制造业中, 经常会加工各种工艺品的模型。这些工艺品一般由形状复杂的曲面构成, 加工难度大、加工精度高, 通常需要使用CAD/CAM软件编写加工刀路。再将刀路文件后置处理成机床能识别的NC代码传输到多轴机床上加工。这里说的多轴机床是指4轴以上的数控机床, 其中具有代表性的是5轴数控机床。将工件一次装夹就可完成多项复杂的加工, 它不但可以加工形状复杂的三维曲面, 而且刀轴的摆角可调, 可以避免加工中刀具的过切、欠切和干涉。5轴机床大大减少了专用工装夹具的使用, 减少了加工准备时间, 提高了加工精度和生产效率, 缩短新产品研发周期。目前, 市场上的5轴机床种类很多, 但在定义机床的旋转轴时, 通常定义A轴为绕X轴旋转的轴;B轴为绕Y轴旋转的轴;C轴为绕Z轴旋转的轴, 同时按笛卡尔原则规定逆时针方向旋转为旋转正方向, 常见5轴机床的类型坐标轴如图1所示。
1 Powermill软件简介
在多轴加工中, 常用的CAM编程软件有UG NX、Powermill、Hypermill、CAXA制造工程师、Mastercam X等。其中英国Delcam公司推出的Powermill软件是具有代表性的软件, 目前, 最新的版本是Power MILL 2015。该软件广泛应用于航空航天、汽车、船舶和模具制造、制鞋等行业。
2“大力神杯”零件数控加工工艺分析
2.1 毛坯及装夹方案
如图2所示的大力神杯零件, 整个外形成倒扣状, 外表面为不规则曲面。是较为典型的多轴加工零件。由模型分析可知:模型总高度为180 mm, 底座最大处直径为84 mm;零件表面多为回转倒扣曲面, 曲面陡峭;模型表面刻有两个形象的大力士托起一个浮雕图案的地球;零件构成的图素相当精致和逼真, 尺寸精度和表面粗糙度要求较高。为保证加工余量及装夹, 设定毛坯尺寸为Φ85 mm×200 mm, 材料为6061铝合金实心圆棒料, 直接用五轴机床粗加工时去除余量较大, 加工时间较长。为减少在5轴联动数控机床的开粗加工时间, 可以先把毛坯料用车床切削去除尽可能多的余料, 如图3所示。装夹方案采用三爪自定心卡盘装夹, 如图4所示。
2.2 加工最小刀具的选择
在数控铣床/加工中心上使用的刀具主要有立 (端) 铣刀、面铣刀、球头刀、鼓形刀和锥形刀等。选择刀具时, 首先根据加工内容和零件轮廓外形确定刀具类型, 再根据加工部分圆角或拐角大小选择刀具大小。对于形状复杂的零件, 通过Powermill软件的模型显示选项功能分析可知, 刀具半径为1 mm时, 基本能加工到所有局部特征, 如图5所示。因此, 在选择刀具时, 最小的精加工刀具应选择R1的球头铣刀。
2.3 零件加工工艺方案
大力神杯零件的加工采用Powermill 2015软件进行数控加工刀具路径设计, 软件后置处理后的NC代码使用法国HURON_K2X8_FIVE多轴数控机床进行加工。由于零件要求的表面质量高, 遵循先粗后精加工原则, 该零件采取粗加工、半精加工、精加工的工艺流程。粗加工采用“3+2”轴定向加工, 精加工采用5轴联动加工;同时在加工过程中为避免机床主轴头与工作台和夹具的干涉, 开粗时把加工坐标系倾斜30°, 其加工流程见表1。
3 Powermill加工编程过程
3.1 零件粗加工策略设置
零件粗加工的目的是要尽快地去掉多余的材料, 经过车削后的毛坯还有较大的余料需要去除, 如果采用5轴联动开粗, 机床旋转轴的摆动幅度大, 机床稳定性差、振动大, 会加剧刀具磨损, 缩短刀具使用寿命。所以, 大力神杯的粗加工采用“3+2”定轴开粗, 选用“偏置区域清除模型”策略, 分别对毛坯的上下两部分进行粗加工, 分两次去掉余料。因此, 在设置刀轨过程中需新建两个加工坐标系, 新坐标系绕X轴旋转30°, 分别是“坐标系1-30”和“坐标系2-30”。生成的粗加工刀轨如图6、图7、图8所示。
3.2 半精加工和精加工策略设置
从上面开粗刀轨的仿真效果可以看出, 零件的外形轮廓已经基本形成, 余量很少了, 但是由于开粗时选择刀具较大, 造成轮廓余量不均匀, 局部地方的余量还很大。因此, 需要对零件进行半精加工, 去掉不均匀的余料, 给精加工留下均匀合理的余量。
对于具有多种刀轴定位部位特征的加工, 使用投影加工策略可以获得更加精确的精加工效果, Powermill提供了五种投影精加工策略:点投影精加工、直线投影精加工、平面投影精加工、投影曲线精加工以及曲面投影精加工。大力神杯零件属于回转零件, 可以使用直线投影, 也可以用曲面投影精加工。为了更好地控制曲面上加工刀路, 这里采用曲面投影精加工策略, 此策略沿单个参考曲面法向投影参考曲面到主部件 (多曲面) 上而形成刀具路径, 而刀轴方向由用户指定。刀具路径可跨越或沿着参考曲面方向 (U或V) , 而行距则由单位距离或曲面曲线间的参数段来确定。产生参考曲面可以用UG NX或Power SHAPE等曲面造型软件。如图9的参考曲面是用UG NX8.5产生的, 生成的半精加工和精加工刀轨如图10、图11、图12所示。
3.3 斜面加工策略设置
底座的四个斜面 (如图13所示) 采用“偏置区域清除模型”和“平行线精加工”加工策略进行粗、精加工, 生成的刀轨如图14、图15所示。
完成斜面的粗、精加工刀轨后, 通过刀轨的变换得到其他几个斜面的刀轨。
4 程序后置处理、Vericut仿真加工验证及机床实体加工
5轴联动加工中心是一种科技含量高、精密度高专门用于加工复杂曲面的加工中心, 其运动关系复杂, 加工中出现任何微小的失误都可能会对机床造成重创。为了保证实际加工的安全, 需要对刀轨在后置处理后得到的程序进行仿真切削。仿真切削可以校验刀轨的正确性, 检查加工中是否存在漏切、过切现象, 可以初步检验NC代码是否满足加工要求。还可以进行干涉检查和程序优化, 在编程软件中进行刀路仿真时, 有些安全隐患是看不出的, 如刀具对夹具产生的干涉等。所以在完成零件加工刀路编写、程序后置处理后, 需要用Vericut仿真软件对程序进行仿真切削验证和程序优化, 确认无误后将优化后的程序传入机床进行实体加工。加工过程中应密切注意刀具的干涉情况和进给速度变化, 以保证零件顺利加工完成。
“大力神杯”零件Vericut加工仿真操作步骤如下:
1) 打开Vericut软件, 新建一个项目, 调用已构建好的HURON_K2X8_FIVE 5轴加工中心模型, 根据机床实际运动关系设置机床运动链树形图和机床模型如图16、图17所示。
2) 调用CNC控制文件 (SIN 840D) 。
3) 根据NC代码中所指定的刀具规格和编号定义刀具列表并和刀具库文件中的刀具号建立映射关系。
4) 创建毛坯, 可以采用软件的绘图功能绘制毛坯, 也可以将事先做好的毛坯STL模型文件调入部件树。
5) 设置工件坐标系, 根据编程坐标系可知, 工件坐标系的原点设置在毛坯顶面的中心。
6) 调入Powermill后置处理好的NC程序。
7) 开始加工仿真。仿真过程中, 机床的运动状态与实际加工中机床运动状态相同, 可以随时变换角度观察仿真情况, 对机床、刀具以及夹具之间的干涉情况进行校验。大力神杯零件的加工仿真如图18所示。
8) 仿真结果分析了零件有无干涉情况, 有无过切、欠切等情况。若切削模型不理想, 需要调整和更换NC程序, 再次仿真加工, 直至切削模型与设计原型一致, 然后对程序进行优化。
9) 将仿真优化后的程序传输到数控机床, 进行实际切削加工, 加工后的零件如图19所示。
5 结语
本文以大力神杯零件为例, 介绍了零件的工艺工装、Powermill软件编程的过程和Vericut软件仿真加工过程。提出了“3+2”定轴方式“偏置区域清除模型”加工策略进行开粗, 提高了加工效率, 选用曲面投影精加工方式对零件进行半精加工和精加工, 保证零件加工精度。经Vericut仿真加工和实际切削验证, 加工刀路是合理可行的, 在零件的刀具路径设置过程中, 通过将工作台倾斜使主轴与工件成一夹角, 解决了在加工中主轴与夹具或工作台的干涉问题, 同时还可以缩短刀具伸出长度, 以提高刀具的刚性、提高加工精度及效率。
参考文献
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仿真零件 篇6
叶轮是风机的主要结构部件之一, 风机的性能不同, 对叶轮的要求也不尽相同。如涡轮式发动机中的叶轮, 发动机的性能在很大程度上取决于叶轮的加工质量, 因此对其要求较高。而生活中电风扇中的叶轮, 其加工精度显然就不如发动机中的要求高, 采用的加工方法也不一样, 所以说整体叶轮的加工是根据零件的要求来选择加工方式的。随着科学技术的发展, 对叶轮的加工精度要求越来越高, 叶轮加工的复杂性主要取决于叶片的曲面造型的复杂程度。所以本文提出了使用数控加工中心制造铸造轴式叶轮压铸模具的动模部分, 相比直接对叶轮进行四、五轴联动数控加工, 既能减少设备需求, 节约加工时间, 提高生产效率, 又能保证制造出的叶轮精度满足要求。
2 叶轮动模的三维建模
2.1 建模软件平台
本文采用的是CAXA2011制造工程师软件对叶轮动模零件进行三维建模, CAXA制造工程师是在Windows系统上运行的一款同时具有CAD三维实体建模和CAM数控加工编程功能, 并集成了数据接口、几何造型、轨迹生成、加工仿真、代码生成、工艺单生成功能的软件。该软件功能强大, 简单易学, 是目前在数控加工中应用非常广泛的一种自动编程软件。
2.2 零件的三维建模[1]
在工作平面XOY平面上画两个直线, 使用三点圆弧方式绘制圆弧, 沿旋转轴旋转即可生成叶轮曲面。采用“草图-拉伸-增料 (除料) ”, 然后过渡棱边, 即可生成叶轮主体, 如图1所示。文件存盘为*.X_T格式。同理, 可作出动模板的实体造型如图2所示。最后进行布尔运算, 合并文件, 得出叶轮动模的初模型, 如图3所示。
在叶轮动模初形的基础上, 根据相同的创建原理, 创建导柱孔、大过孔和穿顶杆孔, 完成工艺倒角, 完成叶轮动模的实体造型, 如图4所示。
3 零件的工艺性分析
3.1 零件材料
零件材料选为3Cr2W8V, 它是热作模具钢, 具有较高的强度、硬度和较好的淬透性, 同时还具有良好的耐冷热激变的疲劳性, 主要适用于制作在较高温度和较高应力下工作、不受冲击负荷的凹模和凸模。
3.2 加工顺序
加工顺序的拟定按照基面先行、先粗后精、先面后孔这三个基本原则确定。因此, 先加工毛坯的各个表面, 然后再依次对叶轮动模零件进行外轮廓粗加工、外轮廓精加工, 使用中心钻打定位孔、钻孔、铣削导柱孔等。
3.3 刀具的选择
(1) 加工上下表面是采用φ125mm的硬质合金面铣刀, 齿数为8; (2) 粗加工时采用φ16mm和φ10mm的硬质合金铣刀, 切除大部分的加工余量, 减少走刀次数; (3) 精加工轮廓时, 选取准6mm硬质合金球头铣刀; (4) φ4mm的中心钻; (5) φ10mm的钻头。
3.4 切削速度及主轴转速的选择
根据式 (1) 来计算各个数控加工方法的主轴转速N:
Vc-切削速度, m/min;D-铣刀直径, mm。
刀具材料为硬质合金钢, 主轴转速的计算结果经查表选取如表1所示。
4 刀具路线的生成及G代码的输出
在弹出的加工参数对话框中设置毛坯、刀具参数、加工参数和切削用量参数, 设置完成后, 按提示拾取加工对象后按确定, 计算机便开始分析加工模型、计算刀具轨迹, 最终生成加工刀具轨迹。图5为等高线粗加工刀具轨迹。
点击“加工”、“后置处理”、“生成G代码”, 然后输入文件名并保存文件, 拾取生成的加工刀具轨迹, 按右键确认, 立即弹出加工G代码文件, 保存即可[4]。图6为生成的G代码。
5 数控仿真加工
CAXA制造工程师软件的轨迹仿真器可以实现CAXA的实体仿真, 其仿真过程可以显示毛坯、刀具、刀柄和夹具, 并进行动态的仿真加工过程, 具有很强烈的真实感。一方面可以根据事先设定的零件的加工参数, 展现刀具在工件实际加工中的切削轨迹, 另一方面可以根据CAXA实体仿真, 检查刀具、刀柄和夹具及机床之间是否存在相互干涉, 判断刀具轨迹路径是否符合要求, 进而校验数控加工过程中的程序的正确性, 从而编辑和优化各个刀具的轨迹路径, 以满足加工程序正确性的要求和零件的加工精度及总体质量的要求[3]。
打开加工管理栏中点击刀具轨迹, 选取所有刀具轨迹并按右键, 在弹出的菜单中选择实体仿真, 弹出仿真界面, 设置加工参数, 点击开始, 即可完成实体仿真加工, 最后的仿真结果如图7所示。
6 编制数控加工工序卡
根据前面所选用的工艺顺序和刀具, 可以编制叶轮动模的数控加工工序卡, 将工序卡送去车间可以直接用于指导叶轮动模的数控加工。表2为叶轮动模的数控加工工序卡。
7 结语
本论文以CAXA软件为平台对叶轮动模零件进行了三维建模, 利用CAXA制造工程师强大的CAM功能, 自动编程并生成刀具轨迹路径, 优化切削参数, 运用实体仿真功能检验在加工过程中是否存在问题, 并预测切削过程的正确性, 以减少工件的试切, 提高生产效率。
参考文献
[1]陈明, 刘钢.CAXA制造工程师-数控加工[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2006.
[2]王亚辉, 任保臣, 王全贵.典型零件数控铣床/加工中心编程方法解析[M].北京:机械工业出版社, 2011.
[3]郭满荣.CAXA制造工程师进行平面轮廓加工的技巧[J].机械工人, 2003 (2) :11-12.
仿真零件 篇7
随着计算机技术的飞速发展,信息技术在教学中已经成为不可缺少的元素,多媒体、网络技术被广泛的应用在教育教学中[1]。与传统的教学模式对比中,虚拟仿真系统能够增强教学的直观性与生动性,不但使学生更容易掌握其中的原理与方法。还能吸引学生的兴趣,带动学生的积极性和互动性。虚拟仿真(Virtual Reality)就是利用计算机及相关软件模拟出一个虚拟的三维世界,给使用者提供一个真实实验的模拟环境。
学生进入虚拟仿真系统后可以先通过相关视频及学习资料来了解发动机典型零件加工工艺。再利用不同种类的机床和刀具对发动机典型零件各个工序进行虚拟加工。通过该过程演示和虚拟操作,增强学生对典型零件加工工艺的认识,了解和掌握不同机床和刀具的加工对象,并能够对简单零件进行基本工艺的制定。
文章采用Solid Works制图软件对发动机典型零件进行三维建模,利用UG进行数控仿真加工,实现零件加工工艺过程的三维情景化仿真模拟。并与Unity3D软件进行交互,并依靠Unity3D软件来制作加工工艺过程环境,以及网页动态效果。系统是基于B/S结构进行系统开发,并采用Java Scrip脚本语言进行部分设计,以及选用SQL Server数据库等技术来构建虚拟仿真系统。系统模块主要分为:发动机基础理论模块、发动机拆装过程模块、典型零件加工工艺模块、学校效果测验模块等。管理员在B/S系统结构下,对每位学生设置可以使用的用户名账号密码,学生在进入虚拟实训系统学习的时候只要输入自己的账户信息便可以登录到系统中,学生通过系统便可以进行学习与互动。如图1所示为本系统总体框架图。
2 发动机典型零件的建模与加工工艺
构建虚拟仿真系统首先要进行三维建模,三维建模是虚拟仿真最基本的交互操作对象。由于上述采用的软件Unity3D虽然技术功能强大而又简单操作,但也有不足之处就是它们并不具备三维建模功能,不能单独使用来构建虚拟仿真系统,必须配合一款三维建模软件来共同完成系统的构建。本系统采用Solid Works三维软件来绘制发动机典型零件的建模。
Solid Works三维建模软件为达索系统下的子公司,专门负责研发的机械设计软件。该软件不但满足发动机典型零部件建模尺寸的准确性和外观逼真性,而且与Unity3D等软件有很好的交互性。可用于读取或转换现有发动机零部件三维模型,是制作各种动画和交互对象的基础。
以奥迪V6发动机的典型零件缸体为例,缸体作为汽车发动机五大核心部件之一,其制造工艺一直是发动机生产中的重点和难点[2]。各个安装零部件和附件安装时位置是否正确,则需要由缸体来保证。缸体的加工质量好坏,将直接影响发动机的工作性能。如图2所示为用Solidworks建模后的奥迪v6发动机的缸体。
发动机缸体的加工工艺将采用先面后孔、粗精分开原则。先加工平面,再利用此面定位来加工其他表面。由于缸体的刚性较差,所以应考虑在加工缸体各表面时将粗、精加工分开进行。如表1所示为缸体主要加工工序。
文章采用UG数控加工编程模块来对零件进行编程。在Solidworks与UG间图纸转化时,需要将Solidworks图纸以另存为的形式保存,文件类型为.step。否则UG无法进行读取。
对缸体的表面进行加工仿真。单击工具栏中的插入按钮,点击菜单中的创建几何体选项,弹出“创建几何体对话框”,在类型中选择mill_contour,通过创建几何体的对话框可以设置机床坐标系、部件几何体、毛坯几何体以及切削区域。
单机工具栏中插入按钮,选择菜单中刀具选项,弹出创建刀具对话框,在刀具子类型中选择Mill图标,点击应用。弹出铣刀-5参数设置对话框。其中,主要的设置参数为直径18,下半径为0,长度30,刀刃长度15。在刀柄一栏中,对刀柄进行如下设置:直径50,长度60,拔模角0,角半径为20。
接下来创建工序,类型选择,FIXED_CONTOUR即固定轴面轮廓铣,通过刀具刀轴可以任意选用所创建的刀具及设置要加工的轴向。在刀轨设置中可以设置加工参数。设置好之后单击生成按钮,便可获取走刀轨迹。如图3所示为缸体上表面粗加工刀轨。
3 Unity3D在虚拟仿真系统中的应用
Unity 3D软件是由Unity Technologies开发的用来制作如三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容的多平台的综合型游戏开发工具,是一个全面整合的专业游戏引擎,同时也是一个场景编辑器,也可以用它创造3D场景,并能使用脚本语言。Unity3D是一款类似于Vortools的开发环境软件,其编译器运行在Windows和Mac OSX下,可发布游戏至Windows、Mac,Wii或iPhone平台,也可以利用Unity web player插件发布网页游戏,支持Mac和Windows的网页浏览[3]。
发动机典型零件仿真加工系统需要借助Unity3D的游戏引擎开发,通过Marker识别、利用Unity3D强大的功能来实现虚拟环境与现实结合以及虚拟仿真加工实验的交互。虚拟加工的环境可以先利用纹理、贴图、反射、高光和凹凸来进行材质属性的设置,然后在场景中添加灯光效果及背景。再将一些机床、刀具及UG制作出的发动机典型零件以动画的形式导入Unity3D中作为贴图,这样的场景可以达到虚拟加工环境的效果。再编写相应的程序来完成发动机典型零件加工过程的效果。
在使用者与虚拟仿真系统交互时,通过菜单来选择不同的机床、刀具。所以实验模块包括机床、刀具选择菜单。本系统的机床、刀具菜单可以用Unity3D中的GUI对象来实现,导入不同种类的机床、刀具图片作为贴图。使用者在进入系统后选择发动机典型零件加工模块,系统自动加载资源中的场景模型。使用者通过鼠标即可完成交互。
4 虚拟仿真系统的构建
设计的虚拟仿真系统需要依靠性能好的软硬件设备来实施,即可用于互联网,又能适用于局域网,在客户端方面:操作系统可用于Windows Xp/win7/win8/win10.网络协议:TCP/IP浏览器:Internet Explorer8.0版本。数据库:Microsoft SQL2005以上版本均可用。服务器方面操作系统、网络协议以及数据库与客户端相同,WEB服务器则选用tomcat6.0以上均可。硬件环境中,服务器和客户机最低要求配置内存均在1G以上。
通常情况下,B/S结构形式包括以下三个部分,他们分别是数据库结构层、服务器应用层和用户浏览器表示[4]。采用这种三层式的B/S结构,将会使得系统的每一个功能单元独立完整运行[5]。三层B/S结构组成如图4所示。[4]
在开发客户端时文章采用HTML、Java Script进行开发。HTML用来制作网页标记语言,描述网页的格式设计以及在互联网上与其他网页的连接信息。通过浏览器执行即可,然而HTML并不具备互动性,若想让学生对于发动机典型零件工艺更好的学习和互动,还需Java Script技术的支持,将Java Script脚本嵌入在HTML的源码中,用来给HTML网页增加动态功能。达到让学生与其交互的效果。Web数据传递可以采用XML。HTML的文件利用XML进行提取,利用XML可以对HTML网页进行技术支持与完善。
通过Microsoft SQL2005创建命名为“QCFDJSXXT”数据库,在“QCFDJSXXT”数据库下建立以下表:管理员信息表、教师用户表、学生用户表、管理员可以通过后台对数据库进行增加和删减。服务器端可以使用JSP进行开发。目前JSP支持的脚本只有Java,根据前文的介绍对于数据库的连接需要使用JDBC来实现,而利用JSP使用JDBC便可实现对数据库的访问,通过JDBC和JSP便可以实现SQL语句的执行。用户通过浏览器发出指令时,服务器会分析相应的Java语言程序。然后经过处理的信息以HTML的格式传送到客户端的WEB上,而JSP技术包含了Java程序段和HTML形式的文件。在虚拟实训系统开发中通过JSP以及Java技术来进行设计,相比较其他开发语言更具备优势。
服务器开发完成后,利用Unity3D的引擎,开发一个接口,让典型零件加工工艺模块与Unity3D制作出来的三维模拟加工仿真场景框架进行对接,当使用者进入该模块时,会获取相对应的场景模型文件路径,并将其传达给Unity3D三维模拟加工仿真场景框架。这样模拟加工仿真场景框架会加载模型文件,并与使用者完成交互。通过上述结构,学生若要完成学习与交互,绝大部分内容在服务器上完成,通过浏览器,学生可以随时完成学习与操作,并不需要安装相应程序。
5 结束语
文章介绍了关于虚拟仿真加工系统的开发与在汽车发动机典型零件加工实训中的应用。在与传统的授课中,利用虚拟仿真系统教学能起到形象直观得教学效果,学生潜在的工程能力也会得到挖掘、对零部件的工艺、加工原理等更容易掌握。丰富教师的教学手段也不再受设备的限制,既降低实训的成本又开阔学生的视野。
参考文献
[1]周云成.汽车发动机构造虚拟仿真实训系统开发研究[D].吉林:交通学院,2012.
[2]房长兴,罗和平,高志永,等.发动机缸体加工工艺研究[J].机械设计与制造,2013(3):262-264.
[3]朱柱.基于Unity3D的虚拟实验系统设计与应用研究[D].华中师范大学,2014.
[4]李敏.基于BS模式的网络阅卷系统的设计与实现[D].吉林:吉林大学,2014.
仿真零件 篇8
钣金零件是一种被广泛应用于机电、轻工、航空、航天、汽车等行业的零件,材料种类繁多、结构复杂,工艺成形困难。目前国内钣金企业基本上还停留在小作坊的生产模式,存在工艺路线不合理、在制品大量积压、工时等待时间长等一系列问题。这就迫切需要企业不断改进制造资源的配置,以提高生产效率和工作质量,来进一步满足生产的需要。以前,没有有效手段对生产线进行评估,只能通过实际生产来验证生产线设计或对改进方案的合理性与可行性进行评估,成本高、周期长、效率低且风险较大。近年来,计算机仿真技术以良好的可控制性、无破坏性、可复现性和经济性的特点,将研制过程、运行过程和实施过程放在实验室中进行,在各个领域得到了广泛的应用,生产线的设计与评估也逐渐采用该技术。
目前生产线建模仿真软件种类很多,例如:Aline2.0、Flexible Line Balance、Delmia/Quest、e MPower TM、Flexsim、e M-Plant等,国内生产线建模仿真软件大多是基于理论计算的平面显示系统,仅可以进行一些简单的数据统计分析,比较抽象。仿真技术在国内生产制造领域的应用还不广泛,存在一定的局限性。相比之下国外对生产线仿真规划的研究工作比较成熟,可贯穿生产线的设计规划到仿真实现以至系统维护。Delmia/Quest(Queuing Event Simulation Tool)是法国达索公司(Dassault Systèmes)“数字化制造”平台子系统,它是基于离散事件的理论框架,提供以物料的输送、处理和存储为线索的仿真环境,包含机床、缓冲区、处理工艺、故障率、维修、操作者、路径和物料出口等快速建模的素材元素。可以辅助工程人员在全3D数字工厂环境下进行工艺过程流的设计、仿真和分析。
现以某钣金厂蒙皮拉伸成形生产线为例,利用Delmia/Quest仿真软件对现有钣金零件生产线进行仿真分析并对其改进方案进行验证。
2 生产线工艺流程与仿真建模
采用Delmia/Quest进行生产线的仿真,首先要在预知工艺的基础上建立几何模型,然后确定几何模型之间的关联关系和其对应的仿真参数、仿真的逻辑,即可进行生产线的仿真。
2.1 现有生产线工艺流程
坯料从库房进入零件加工车间后的加工流程图如图1所示:切割下料(也称落料),通过剪板机从大块板材上剪切得到合适尺寸的零件材料。下料完成后,一次拉伸成形(简称蒙拉),为了保证零件的成形性能,淬火处理之后再对零件进行拉伸,即二次成形,此外还要靠工人依次进行修整、钻孔和外形切割,最后对零件进行时效处理(分为人工时效和自然时效)完成零件的加工。
2.2 生产线仿真几何建模
为了实现可视化,在Quest仿真建模环境下,建立生产过程相关实体的几何模型,利用几何模型再现生产线的运作及物流情况,就可以直观、实时地观察物流特性和设备运转状态。根据现有生产线系统的工艺流程及资源配置情况,建立钣金零件生产线的几何模型如图2所示。
2.3 生产线几何模型关联性确定
几何模型建立完成后,为实现图1的工艺流程,需要使用Quest用于关联各几何模型的元素——连接(connection),先后选择零件的流入几何模型和流出几何模型,这样就建立起零件从一个几何模型移动到另一个几何模型的可视化连接线。仿真运行时,Quest将显示零件的几何模型沿连接线运动的动画。
2.4 生产线仿真单元参数的确定
为将生产系统运行以及加工行为等精确地映射到几何模型上,保证仿真结果的真实性、准确度,要赋予几何模型一些与生产线相关的信息和参数。Quest提供了包含生产系统参数变量(例如:设备的运动参数,设备的故障率、工作时间等)的交互式界面,在对应界面上输入与几何模型的参数信息即可完成单元参数的确定。以钣金生产线为例,其主要零件加工工艺参数如表1所示,要将表1所有工艺参数输入到Quest交互式界面中。
2.5 生产线仿真逻辑建模
在Quest中,将实际生产系统中各制造资源发生的决策活动称作逻辑(Logic),控制并完成对几何生产模型的选择和调度等。大部分情况下,Quest提供的标准逻辑或这些逻辑的组合已经可以满足需要了,但在某些特定情况下,标准逻辑无法定义我们所需要的过程,就可以使用Quest所提供的类似结构化编程语(SCL)编写所需的功能,以表1时效工位为例编写程序如下:
3 生产线仿真分析
生产线的目的是评估系统的生产能力,进行瓶颈分析,然后针对仿真分析的问题提出改进方案并验证其可行性。
3.1 现有生产线及改进生产线仿真分析
完成生产线的几何建模和逻辑建模后,即可仿效实际系统各元素的运作,通过计算机形象的演示出来,得出各个元素随时间变化的规律,从而研究系统的性能,以此来估计和推断实际系统的性能,生产中各工位主要仿真数据如表2方案1所示数据。
可见,采用现行资源配置,剪板机的利用率为72.596%,蒙拉机利用率为44.835%,淬火炉利用率为20.294%,时效炉利用率为98.512%,这是由于蒙拉设备老化,经常需要大修且模具调整时间较长;淬火处理能力不足使得设备利用率较低;而修整、钻孔和外形切割的人员不足且技术手段落后;时效处理耗时太长,出现工时等待等引起的。
3.2 改进后生产线系统建模与分析
根据上述仿真结果,针对瓶颈问题,对现有生产线的工艺流程进行调整,即在图1所示的一次成形和钻孔工位上分别增加一台新型蒙拉机和淬火炉,要在现有仿真方案的基础上对几何模型、逻辑模型以及工艺参数稍作修改再次进行仿真分析,主要仿真结果如表2中方案2的数据。
改进后蒙拉机1利用率为70.369%,蒙拉机2利用率为81.725%,淬火炉1利用率为55.126%,淬火炉2利用率为65.324%,时效炉利用率为87.632%。对比两方案可知,蒙拉机和淬火炉的利用率有一定提高,时效炉利用率有所降低,但是由于对零件的修整、钻孔和切割外形仍然依靠工人手工操作,需进一步提高人员技术、装备水平。
4 结论
在Delmia/Quest平台下对生产过程仿真,可以直观和形象地仿效生产线的运作,有效避免了资金、人力和时间的浪费,使生产线的评估定性分析转为定量分析,为生产系统的分析和再造提供方便、快捷、有效的解决途径,具有良好的可操作性,是一种有效的工具。随着我国制造业信息化进程的不断深入,将会得到越来越广泛的研究与应用。
参考文献
[1]王长伟.生产线快速建模与仿真关系关键技术研究[D].南京:南京航空航天大学,2007.
[2]吴旭光,王新民.计算机仿真技术与应用[M].西安:西北工业大学出版社,1998.
[3]陈宗海.过程系统建模与仿真[M].合肥:中国科学技术大学出版社,1997.
[4]熊光楞,王听.仿真技术在制造业中的应用与发展[J].系统仿真学报,1999(5):18-22.