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多連鑄葉片精鑄模具制造在虛擬仿真的加工環(huán)境構(gòu)建及加工過程(1)
閱讀：164 發(fā)布時間：2020-8-120 引言
多連鑄葉片模具就是在一套模具上一次鑄出多個聯(lián)體的葉片, 相比單個葉片模具, 其結(jié)構(gòu)更復雜, 例如本課題中涉及的六連鑄葉片蠟模( 見圖 1) , 工裝部件多, 結(jié)構(gòu)復雜, 型面曲率大. 從零件多次裝夾、采用不同編程軟件、采用多軸加工工藝等因素考慮, 為了保證刀具軌跡及程序的合理性和正確性, 就必須對零件的刀具軌跡或加工程序進行驗證, 而借助MasterCAM 及U G CAM 軟件自身的仿真功能對上述功能只能進行簡單的刀具模擬.
從六連鑄葉片工裝總圖可以看出, 為了保證葉型的成型, 除了 5 組葉型活塊, 還包含盆、背模各 1件, 其三維模型如圖 2所示. 下面以盆模為例進行虛擬仿真介紹.
盆、背模的特點是: 外形不規(guī)則, 內(nèi)部加工減輕槽后零件變得單薄, 型面兩側(cè)有多處倒摳處, 數(shù)控銑不能清根, 如用電極打則必須做夾具, 或者直接使用五座標設備來完成.
隨著計算機技術及仿真技術的發(fā)展, 基于虛擬現(xiàn)實技術構(gòu)建的虛擬加工環(huán)境及系統(tǒng), 可以全面逼真地反映現(xiàn)實加工環(huán)境和加工的過程. 利用 VERICUT 仿真軟件, 使工藝、程序等存在的問題得以提前處理,有效提高程序的可靠性, 從而提高實際制造過程中程序編制的效率, 節(jié)省機床實際空走刀仿真的成本, 降低制造成本, 縮短制造周期, 提高質(zhì)量及加工效率.
1 虛擬加工環(huán)境構(gòu)建
1 1 1 虛擬加工環(huán)境建立流程
一個工藝仿真系統(tǒng)的建立, 需要對機床環(huán)境、夾具、刀具、控制系統(tǒng)等預先定義或配置. 具體如下[ 1 ]
: ( 1) 工藝系統(tǒng)分析. 通過調(diào)研, 獲取數(shù)控機床CNC 系統(tǒng)型號和功能、機床結(jié)構(gòu)形式和尺寸、機床運動原理、各坐標軸行程、機床坐標系統(tǒng)以及加工所用到的毛坯、刀具庫和夾具庫等, 為構(gòu)建加工環(huán)境做好
數(shù)據(jù)準備工作.
( 2) 建立用戶文件. VERICUT 軟件通過文件的形式來管理相關的機床、控制系統(tǒng)、刀具庫等用戶設置資料, 因此, 需要在VERICT 軟件中新建用戶文件, 并需要注意用戶文件的單位設置.
( 3) 構(gòu)建機床幾何模型. 采用三維CAD 軟件或者VERICU T 軟件自身CAD 功能建立機床運動部件(主要是各運動坐標軸和刀庫) 和固定部件的實體幾何模型. 如果通過外部 CAD 軟件構(gòu)建, 則需要以VERICU T 軟件可用的文件格式導出, 例如 ST L 格式.
( 4) 構(gòu)建機床文件. 主要是指構(gòu)建機床幾何運動模型, 即通過 VERICTU 的部件樹, 添加機床各部件的幾何模型, 并且需要準確定位, 將結(jié)果保存為機床文件.
( 5) 選擇配置控制系統(tǒng)文件. 虛擬機床環(huán)境需要配置不同的CNC 控制系統(tǒng), 才能夠正確運轉(zhuǎn)或加工工件, 因此需要根據(jù)搜集的機床資料選擇或配置機床所選用的CNC 系統(tǒng)文件.
( 6) 建立刀具工具庫. 根據(jù)機床選用的刀柄形式和規(guī)格、刀具種類, 構(gòu)建機床刀具工具庫, 將結(jié)果保存為刀具文件( 后綴為1 tcl) .
( 7) 設置機床參數(shù). 為了保證機床正常運轉(zhuǎn), 還需要根據(jù)機床數(shù)據(jù)對機床參數(shù)進行設置, 例如機床各坐標軸的行程、換刀位置、機床初始位置、機床參考原點等.
( 8) 保存所有設置. 通過前面的選擇或配置, 虛擬機床環(huán)境全部設置完成, 保存所有文件.到此仿真系統(tǒng)構(gòu)建完成, 接下來就可以應用其對工件的程序進行仿真驗證.
1 .2 虛擬加工環(huán)境的構(gòu)建
DMC70V 德瑪吉物理機床屬于三軸立式高速加工中心, 其主軸為X / Y/ Z, 機床的行程為 700 mm @500 mm @ 650 mm, 控制系統(tǒng)為Heidehan iTNC530, 配備的刀柄主要為H SK 高速銑刀柄. 物理機床的影像資料如圖3所示[ 2]
. 
根據(jù)獲取的機床相關參數(shù)資料, 選擇UG CAD 作為建模工具, 對DMC70V 機床主要運動軸、機床臺面等進行建模, 構(gòu)建的DMC70V 機床三維CAD 模型如圖4 所示.
根據(jù)上述虛擬加工環(huán)境構(gòu)建流程, 創(chuàng)建的配備Heidehan iTNC530 控制系統(tǒng)的 DMC70V 虛擬機床環(huán)境如圖5所示.
針對構(gòu)建完成的DMC70V 虛擬機床環(huán)境, 我們通過類似物理機床的 MDI方式對虛擬機床各運動主軸、刀具加載等多項功能進行了功能測試, 確保虛擬機床環(huán)境正確、穩(wěn)定地運轉(zhuǎn).
四坐標機床為臥式加工中心, 采用德國SIEMENS公司的SINUMERIK 840DE 數(shù)控系統(tǒng). 測量相關的機床尺寸, 如工作臺尺寸、附件頭的尺寸規(guī)格、橫梁距離工作臺的初始高度等. 根據(jù)機床的技術資料, 在VEIRCU T 軟件模擬仿真環(huán)境下, 為機床結(jié)構(gòu)樹添加機床的各個部件及相互間的關系, 例如 X 、Y、Z、B運動軸, 并將U G 構(gòu)建的3D 機床造型以ST L 格式添加到各部件下, 并存儲機床文件.
然后為機床配置刀具庫. 建立刀具庫, 主要包括刀具、刀柄及刀片等部分的建立, 以及對刀具、刀具驅(qū)動點和裝夾點的定義. 刀具庫的建立是一個長期的工作, 并需要根據(jù)采購的刀具、刀柄等信息, 及時地更新刀具庫, 以方便調(diào)用.
通過以上工作, 終構(gòu)建完成的四坐標臥式虛擬機床環(huán)境如圖6 所示. 工藝編程人員可以直接應用該虛擬機床對加工程序進行仿真、校驗. 為了保證機床環(huán)境的正確性, 通過MDI 方式對機床進行測試, 其測試結(jié)果如圖7 所示.
根據(jù)構(gòu)建流程, 首先測量相關的機床尺寸, 如工作臺尺寸、附件頭的尺寸規(guī)格、橫梁距離工作臺的初始高度等. 我們使用U G NX4 1 0 作為構(gòu)建機床3D 模型的CAD 構(gòu)建軟件, 進行機床三維實體模型的構(gòu)造,其中FPT 五坐標機床及終完成的機床三維模型分別如圖8 和圖9 所示.
對于五軸非正交軸結(jié)構(gòu)的機床, 如何正確配置運動軸是一個需要注意的問題, 很多學生由于缺乏經(jīng)驗, 剛開始配置完成的機床, 其A、C 軸總不能正確運轉(zhuǎn). 經(jīng)過對機床配置目錄樹及類似機床結(jié)構(gòu)的分析, 終構(gòu)建完成的五坐標龍門銑虛擬機床環(huán)境如圖9 所示.
為了保證五軸設備的正常運轉(zhuǎn), 除了使用MDI方式對FPT 五坐標虛擬環(huán)境進行功能測試外, 還以實例方式對機床環(huán)境進行測試.
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