一、 引　言

　　近兩年UGⅡ軟件的引進(jìn)，為筆者單位開(kāi)辟了一種新的設(shè)計(jì)、加工途徑，并使我所的機(jī)械制造能力上了一個(gè)新的臺(tái)階。以往對(duì)于一般零件加工時(shí)，采用手工編程即可完成，但對(duì)于較為復(fù)雜的型腔或曲面，由于計(jì)算繁瑣，易產(chǎn)生錯(cuò)誤從而影響加工質(zhì)量，給機(jī)械加工帶來(lái)一定的困難。針對(duì)一典型零件的特點(diǎn)，我們運(yùn)用UG軟件的加工模塊，完成了加工過(guò)程的設(shè)計(jì)(包括加工類(lèi)型，加工幾何，加工刀具選擇，加工余量及切削參數(shù)等其它加工參數(shù))，并通過(guò)加工仿真軟件對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)不恰當(dāng)?shù)募庸?shù)進(jìn)行適當(dāng)修正，針對(duì)MF Twin 65數(shù)控機(jī)床完成了后置處理制作，生成了可加工的數(shù)控程序，經(jīng)過(guò)對(duì)零件樣品的實(shí)際加工，達(dá)到了設(shè)計(jì)圖紙的要求，采用這種方法不僅減少了編程人員的計(jì)算量，還在一定程度上提高了產(chǎn)品的制造質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

　　二、機(jī)床簡(jiǎn)介

　　加工所選用的數(shù)控機(jī)床是我所于1997年從德國(guó)德馬吉(Deckel　Maho　Gildemeister)公司引進(jìn)的MF　Twin　65機(jī)床，這是一臺(tái)具有雙主軸雙刀架的車(chē)削中心，它最主要的特點(diǎn)是具有兩個(gè)中心對(duì)心的主軸，稱(chēng)為主主軸和副主軸，這兩個(gè)主軸可同步實(shí)現(xiàn)工件在兩主軸間的自動(dòng)傳遞，同時(shí)它還具有上下兩個(gè)刀盤(pán)，均配有12個(gè)刀位，既可與兩主軸分開(kāi)、交叉使用，也能實(shí)現(xiàn)與兩主軸的聯(lián)合使用。其中上刀盤(pán)帶有y軸，可實(shí)現(xiàn)y方向運(yùn)動(dòng)，完成銑削，因此可加工復(fù)雜零件。

　　針對(duì)這臺(tái)數(shù)控機(jī)床雙主軸雙刀架的加工特點(diǎn)，我們確定選用一典型零件進(jìn)行加工，在加工過(guò)程中我們使用了兩個(gè)主軸和兩個(gè)刀架，并完成兩主軸間的工件自動(dòng)傳遞，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了上刀盤(pán)的y軸銑削功能。為了達(dá)到對(duì)此臺(tái)設(shè)備使用功能的最大利用，我們?cè)诩庸み@個(gè)零件過(guò)程中選用了大多數(shù)在這臺(tái)機(jī)床上能夠使用的加工功能，

　　三、CAM設(shè)計(jì)

　　運(yùn)用UG軟件完成CAM設(shè)計(jì)的主要步驟分為以下幾步：

　　(1) 根據(jù)零件圖實(shí)施三維造型;

　　(2) 根據(jù)零件的幾何形狀及尺寸精度要求確定加工工藝;

　　(3) 編制刀軌文件;(定義加工幾何、加工刀具和其它加工參數(shù)后，經(jīng)過(guò)計(jì)算生成加工刀軌);

　　(4) 運(yùn)用Vericut軟件對(duì)有關(guān)的刀軌文件進(jìn)行模擬加工，根據(jù)模擬結(jié)果，及時(shí)調(diào)整加工參數(shù)，并最終確定刀軌源文件;

　　(5) 將刀軌源文件進(jìn)行后處理，生成標(biāo)準(zhǔn)PTP文件;

　　(6) 對(duì)PTP文件進(jìn)行適當(dāng)?shù)木庉?

　　(7) 程序輸入機(jī)床加工。

　　圖1　 典型零件模型

　　我們首先根據(jù)典型零件的設(shè)計(jì)圖紙，運(yùn)用UG的實(shí)體建模部分建立零件的三維實(shí)體模型，然后針對(duì)該零件的具體形狀和尺寸進(jìn)行工藝分析，由于零件一次加工的內(nèi)孔較深，無(wú)法實(shí)現(xiàn)上刀架與主主軸的組合，且零件右部在完成加工后較易于夾持，于是我們確定了兩主軸與兩刀架交叉使用并先加工零件右部后加工零件左部的總工藝路線(xiàn)，然后對(duì)數(shù)控加工工序進(jìn)行了具體安排。

　　(1)　鏜零件內(nèi)孔，其中包括螺紋底孔，采用精車(chē)方式(lathe　finish)。

　　(2)　加工退刀槽及內(nèi)環(huán)形槽，采用車(chē)槽方式(lathe　groove)。

　　(3)　挑內(nèi)螺紋M52×1-6H，采用車(chē)螺紋方式(lathe　thread)。

　　(4)　粗加工外圓部分，留精加工余量0.2mm，采用粗車(chē)方式(lathe　rough)。

　　(5)　精車(chē)外圓部分，由于是45號(hào)鋼材料，所以0.2mm的余量分兩次走刀完成，采用精車(chē)方式(lathe　finish)。

　　(6)　加工外圓環(huán)形槽，采用車(chē)槽方式(lathe　groove)。

　　(完成此工序后，將零件由主主軸傳遞至副主軸)

　　(7)　加工端面環(huán)形槽，在槽的兩側(cè)留0.05mm的精加工余量，采用車(chē)槽方式(lathe　groove)。

　　(8)　粗車(chē)零件左端帶錐度外圓，留0.2mm的精加工余量，采用粗車(chē)方式(lathe　rough)。

　　(9)　精車(chē)零件左端帶錐度外圓，采用精車(chē)方式(lathe　finish)。

　　(10)加工外圓環(huán)形槽，采用車(chē)槽方式(lathe　groove)。

　　(11)銑兩個(gè)缺口，采用固定軸銑方式(fixed　contour)。

　　根據(jù)以上工序安排，我們應(yīng)用UG的manufacturing模塊逐項(xiàng)定義操作，其中包括加工邊界，安全邊界，刀具控制，進(jìn)給率，進(jìn)刀退刀方式，加工余量，走刀次數(shù)，前后置命令等內(nèi)容，最后生成了包含各項(xiàng)加工數(shù)據(jù)的.cls文件(刀具位置源文件)。

　　四、 加工仿真研究

　　本應(yīng)用研究中使用的vericut(加工仿真)軟件可以交互式地模擬演示材料按數(shù)控刀軌數(shù)據(jù)被去除的過(guò)程，整個(gè)模擬加工過(guò)程在計(jì)算機(jī)上完成，這是在加工前對(duì)所作的刀軌文件進(jìn)行驗(yàn)證的一個(gè)極好工具。使用vericut軟件可以檢驗(yàn)刀具軌跡的準(zhǔn)確性并確定所模擬加工完成的零件與原設(shè)計(jì)模型是否一致，這樣就可以大大減少切削過(guò)程失誤并易于對(duì)刀軌文件進(jìn)行快速正確的調(diào)整。

　　1. 仿真過(guò)程

　　使用vericut進(jìn)行仿真需要具備三個(gè)必要條件，即毛坯模型、刀具軌跡數(shù)據(jù)和切削刀具的描述，我們按以下步驟進(jìn)行準(zhǔn)備。

　　(1) 在UG中按加工零件的毛坯尺寸做一個(gè)毛坯模型，并將其保存為vericut可以直接調(diào)用的.stl文件。

　　(2) 刀具軌跡數(shù)據(jù)就是通過(guò)UG的manufacturing模塊設(shè)計(jì)生成的.cls文件(刀具位置源文件)。

　　(3) 在CAM設(shè)計(jì)部分中有專(zhuān)門(mén)的刀具控制，其中在前述各項(xiàng)加工步驟中我們均設(shè)定了各自的刀具參數(shù)，這些參數(shù)均是包含在.cls文件內(nèi)容中的。

　　這三個(gè)必要條件準(zhǔn)備好之后，我們開(kāi)始使用vericut進(jìn)行仿真加工。首先將定義的毛坯模型裝載到計(jì)算機(jī)屏幕中→選定我們所需的.cls文件，設(shè)定好各項(xiàng)顯示參數(shù)，即可開(kāi)始毛坯模型的三維仿真加工過(guò)程，觀(guān)察刀具軌跡的準(zhǔn)確性→測(cè)量模擬加工完成的零件的各項(xiàng)參數(shù)，與原設(shè)計(jì)模型進(jìn)行比較，數(shù)據(jù)是否一致。

　　2. 仿真過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題

　　無(wú)法完成一個(gè)刀具軌跡文件中的車(chē)銑仿真加工：發(fā)現(xiàn)是因?yàn)檐?chē)削加工和銑削加工的加工坐標(biāo)系不同所致，于是我們對(duì)CAM部分進(jìn)行了改進(jìn)，將車(chē)削和銑削加工的加工坐標(biāo)系一致，于是實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)刀軌文件中的車(chē)、銑仿真。

　　無(wú)法實(shí)現(xiàn)車(chē)槽和車(chē)螺紋的仿真加工：此零件有三個(gè)環(huán)形槽和一個(gè)螺紋加工，但在進(jìn)行加工仿真時(shí)均未仿真出來(lái)，分析是由于刀具控制的問(wèn)題。

　　發(fā)現(xiàn)粗車(chē)外圓中切削深度過(guò)大，有空走刀的現(xiàn)象，在觀(guān)察加工過(guò)程時(shí)發(fā)現(xiàn)粗車(chē)加工時(shí)一次切削1.5mm (半徑方向)的切削深度過(guò)大，出現(xiàn)空走刀的現(xiàn)象，這樣不但容易產(chǎn)生刀具的磨損，而且還影響加工件的表面質(zhì)量，于是及時(shí)將切削深度調(diào)整為1mm(半徑方向)，這樣使切削參數(shù)更為合理并減少了加工的困難。

　　圖2　 典型零件模型

　　圖3　毛坯仿真加工后的模型

　　五、后置處理部分

　　我們?cè)谶\(yùn)用UG軟件完成加工方面遇到的最大困難就是它的制造模塊與數(shù)控機(jī)床之間無(wú)法做到有機(jī)結(jié)合，因?yàn)槊颗_(tái)數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)不同，必須針對(duì)具體機(jī)床作出不同的后置處理才能將UG生成的機(jī)床文件轉(zhuǎn)化為數(shù)控機(jī)床可執(zhí)行的程序文件。而MF Twin　65機(jī)床所采用的數(shù)控系統(tǒng)是西門(mén)子840C。完成機(jī)床后置處理部分共有14項(xiàng)主菜單，其中影響加工的是前五個(gè)選項(xiàng)，我們根據(jù)各類(lèi)菜單逐級(jí)、逐條地定義了機(jī)床類(lèi)型、軸的有效性、預(yù)備代碼和輔助代碼定義以及機(jī)床刀具控制和后置處理命令。

　　1.機(jī)床類(lèi)型

　　我們考慮了兩個(gè)確定機(jī)床類(lèi)型的方案，一個(gè)是對(duì)車(chē)削和銑削獨(dú)立完成后置部分，然后組合使用，這個(gè)方案將車(chē)、銑分開(kāi)，后置部分制作比較方便，但需組合使用，比較繁瑣。第二個(gè)是用加工中心將車(chē)削和銑削方式同時(shí)設(shè)定進(jìn)去。這個(gè)方案是車(chē)、銑功能在一個(gè)文件中完成的，后置部分內(nèi)容較多，制作復(fù)雜，但使用起來(lái)較為方便。經(jīng)過(guò)對(duì)比，我們決定采用第二次方案即將機(jī)床類(lèi)型定義為加工中心。

　　2.軸的有效性

　　在這部分主要確定車(chē)、銑模式是否用M、G代碼方式輸出以及加工中心的銑方式坐標(biāo)系的采用方式以及如何對(duì)車(chē)、銑的加工方式進(jìn)行區(qū)分。

　　3.預(yù)備代碼和輔助代碼定義

　　在這個(gè)部分中設(shè)定M和G代碼格式，每一個(gè)塊中G代碼的數(shù)量，用戶(hù)可定義文字輸入的內(nèi)容，這些選項(xiàng)使生成的程序能夠符合數(shù)控系統(tǒng)識(shí)別的格式。

　　4.刀具控制

　　這個(gè)選項(xiàng)是設(shè)定G代碼來(lái)控制運(yùn)動(dòng)，需要根據(jù)機(jī)床不同的G代碼含義進(jìn)行設(shè)定。

　　5.后置處理命令

　　它允許設(shè)定如何輸出我們?cè)?cls文件中的后置命令，你可以控制命令的有效性，它的格式等，主要將機(jī)床常用的40個(gè)后置命令逐一列出，這些都是根據(jù)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)手冊(cè)一一設(shè)定進(jìn)去，最后生成了該機(jī)床的后置處理文件mf65.mdfa。

　　兩主軸間工件的自動(dòng)傳遞程序是通過(guò)制作一個(gè)CAM模板文件來(lái)解決的：

　　UG軟件有標(biāo)準(zhǔn)的M 代碼和G代碼后處理程序，MF Twin　65機(jī)床由于是可以看作有4個(gè)主軸，2個(gè)刀架，所以它不僅有通用的一個(gè)數(shù)控指令，還有許多該機(jī)床特有的指令代碼，這些指令不是刀軌數(shù)據(jù)文件，而是屬于加工的前置命令，主要控制主軸運(yùn)動(dòng)，冷卻液的開(kāi)關(guān)，刀架的運(yùn)動(dòng)方式等，而這個(gè)接活部分程序通過(guò)實(shí)際加工，基本上形成了一個(gè)固定的格式，只需到時(shí)直接應(yīng)用即可，但在后置處理部分卻無(wú)法把這么一個(gè)約25句的程序添加進(jìn)去，于是我們嘗試使用在CAM設(shè)計(jì)部分制作模板文件的方式。

　　(1) 我們?cè)贑AM設(shè)計(jì)時(shí)，將這個(gè)固定的接活程序用用戶(hù)自定義的方式定義到operation的前置命令中去;

　　(2) 將含有該operation的.prt文件保存到UG的mach子目錄下;

　　(3) 打開(kāi)一個(gè)模板集文件.opt，將保存的.prt文件定義為UG的標(biāo)準(zhǔn)CAM模板文件即可。

　　使用時(shí)只要在operation　manager窗口中，直接選擇設(shè)定好的模板文件，根據(jù)不同的加工零件選擇不同的加工邊界和刀具參數(shù)即可，這種方法不僅可以解決有類(lèi)似固定模塊程序的問(wèn)題，還可以將一些典型零件的典型操作也作成類(lèi)似的模板文件，到時(shí)直接調(diào)用。在這次CAM設(shè)計(jì)，我們將平端面，粗車(chē)外圓，精車(chē)外圓，挑螺紋均做成模板文件，今后對(duì)一批材料接近，形狀相似的同一類(lèi)零件進(jìn)行編程時(shí)，利用這些模塊可以大量地節(jié)約時(shí)間。

　　六、數(shù)控加工過(guò)程

　　我們將應(yīng)用UGⅡ軟件生成的數(shù)控程序傳入機(jī)床進(jìn)行試加工，整個(gè)程序的加工過(guò)程較為順利，沒(méi)有因?yàn)槌绦蛟虬l(fā)生錯(cuò)誤，首件試加工后測(cè)量各加工尺寸，發(fā)現(xiàn)由于對(duì)刀誤差，導(dǎo)致刀具補(bǔ)償數(shù)據(jù)有一些偏差，造成個(gè)別尺寸略微超差，其余尺寸和表面光潔度情況較為理想，在調(diào)整了部分刀具補(bǔ)償數(shù)據(jù)后又進(jìn)行了加工，加工出的零件樣品各項(xiàng)尺寸均達(dá)到了圖紙要求。

　　七、結(jié)論

　　通過(guò)引信上體零件在MF Twin 65車(chē)削中心上運(yùn)用UG軟件完成整個(gè)加工過(guò)程以及對(duì)加工過(guò)程的仿真，我們基本能夠熟練應(yīng)用UGⅡ的manufacturing模塊生成MF Twin 65機(jī)床的數(shù)控程序和vericut軟件進(jìn)行加工仿真。通過(guò)對(duì)典型零件的試加工，驗(yàn)證了應(yīng)用UGⅡ軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床編程自動(dòng)化的可行性，為下階段實(shí)現(xiàn)我所機(jī)械產(chǎn)品的CAD/CAM/CAE集成化打下了一定的技術(shù)基礎(chǔ)。