0 引言

多连铸叶片模具就是在一套模具上一次铸出多个联体的叶片, 相比单个叶片模具, 其结构更复杂, 例如本课题中涉及的六连铸叶片蜡模( 见图 1) , 工装部件多, 结构复杂, 型面曲率大. 从零件多次装夹、采用不同编程软件、采用多轴加工工艺等因素考虑, 为了保证刀具轨迹及程序的合理性和正确性, 就必须对零件的刀具轨迹或加工程序进行验证, 而借助MasterCAM 及U G CAM 软件自身的仿真功能对上述功能只能进行简单的刀具模拟.

从六连铸叶片工装总图可以看出, 为了保证叶型的成型, 除了 5 组叶型活块, 还包含盆、背模各 1件, 其三维模型如图 2所示. 下面以盆模为例进行虚拟仿真介绍.

盆、背模的特点是: 外形不规则, 内部加工减轻槽后零件变得单薄, 型面两侧有多处倒抠处, 数控铣不能清根, 如用电极打则必须做专用夹具, 或者直接使用五座标设备来完成.

随着计算机技术及仿真技术的发展, 基于虚拟现实技术构建的虚拟加工环境及系统, 可以全面逼真地反映现实加工环境和加工的过程. 利用 VERICUT 仿真软件, 使工艺、程序等存在的问题得以提前处理,有效提高程序的可靠性, 从而提高实际制造过程中程序编制的效率, 节省机床实际空走刀仿真的成本, 降低制造成本, 缩短制造周期, 提高质量及加工效率.

1 虚拟加工环境构建

1 1 1 虚拟加工环境建立流程

一个工艺仿真系统的建立, 需要对机床环境、夹具、刀具、控制系统等预先定义或配置. 具体如下[ 1 ]

: ( 1) 工艺系统分析. 通过调研, 获取数控机床CNC 系统型号和功能、机床结构形式和尺寸、机床运动原理、各坐标轴行程、机床坐标系统以及加工所用到的毛坯、刀具库和夹具库等, 为构建加工环境做好

数据准备工作.

( 2) 建立用户文件. VERICUT 软件通过文件的形式来管理相关的机床、控制系统、刀具库等用户设置资料, 因此, 需要在VERICT 软件中新建用户文件, 并需要注意用户文件的单位设置.

( 3) 构建机床几何模型. 采用三维CAD 软件或者VERICU T 软件自身CAD 功能建立机床运动部件(主要是各运动坐标轴和刀库) 和固定部件的实体几何模型. 如果通过外部 CAD 软件构建, 则需要以VERICU T 软件可用的文件格式导出, 例如 ST L 格式.

( 4) 构建机床文件. 主要是指构建机床几何运动模型, 即通过 VERICTU 的部件树, 添加机床各部件的几何模型, 并且需要准确定位, 将结果保存为机床文件.

( 5) 选择配置控制系统文件. 虚拟机床环境需要配置不同的CNC 控制系统, 才能够正确运转或加工工件, 因此需要根据搜集的机床资料选择或配置机床所选用的CNC 系统文件.

( 6) 建立刀具工具库. 根据机床选用的刀柄形式和规格、刀具种类, 构建机床刀具工具库, 将结果保存为刀具文件( 后缀为1 tcl) .

( 7) 设置机床参数. 为了保证机床正常运转, 还需要根据机床数据对机床参数进行设置, 例如机床各坐标轴的行程、换刀位置、机床初始位置、机床参考原点等.

( 8) 保存所有设置. 通过前面的选择或配置, 虚拟机床环境全部设置完成, 保存所有文件.到此仿真系统构建完成, 接下来就可以应用其对工件的程序进行仿真验证.

1 .2 虚拟加工环境的构建

1 .2.1 DMC70V 德玛吉虚拟机床环境

DMC70V 德玛吉物理机床属于三轴立式高速加工中心, 其主轴为X / Y/ Z, 机床的行程为 700 mm @500 mm @ 650 mm, 控制系统为Heidehan iTNC530, 配备的刀柄主要为H SK 高速铣刀柄. 物理机床的影像资料如图3所示[ 2]

.

根据获取的机床相关参数资料, 选择UG CAD 作为建模工具, 对DMC70V 机床主要运动轴、机床台面等进行建模, 构建的DMC70V 机床三维CAD 模型如图4 所示.

根据上述虚拟加工环境构建流程, 创建的配备Heidehan iTNC530 控制系统的 DMC70V 虚拟机床环境如图5所示.

针对构建完成的DMC70V 虚拟机床环境, 我们通过类似物理机床的 MDI方式对虚拟机床各运动主轴、刀具加载等多项功能进行了功能测试, 确保虚拟机床环境正确、稳定地运转.

1.2.2 四坐标卧式数控铣虚拟机床环境

四坐标机床为卧式加工中心, 采用德国SIEMENS公司的SINUMERIK 840DE 数控系统. 测量相关的机床尺寸, 如工作台尺寸、附件头的尺寸规格、横梁距离工作台的初始高度等. 根据机床的技术资料, 在VEIRCU T 软件模拟仿真环境下, 为机床结构树添加机床的各个部件及相互间的关系, 例如 X 、Y、Z、B运动轴, 并将U G 构建的3D 机床造型以ST L 格式添加到各部件下, 并存储机床文件.

然后为机床配置刀具库. 建立刀具库, 主要包括刀具、刀柄及刀片等部分的建立, 以及对刀具、刀具驱动点和装夹点的定义. 刀具库的建立是一个长期的工作, 并需要根据采购的刀具、刀柄等信息, 及时地更新刀具库, 以方便调用.

通过以上工作, 最终构建完成的四坐标卧式虚拟机床环境如图6 所示. 工艺编程人员可以直接应用该虚拟机床对加工程序进行仿真、校验. 为了保证机床环境的正确性, 通过MDI 方式对机床进行测试, 其测试结果如图7 所示.

1.2.3 FPT 龙门式五坐标虚拟机床环境

根据构建流程, 首先测量相关的机床尺寸, 如工作台尺寸、附件头的尺寸规格、横梁距离工作台的初始高度等. 我们使用U G NX4 1 0 作为构建机床3D 模型的CAD 构建软件, 进行机床三维实体模型的构造,其中FPT 五坐标机床及最终完成的机床三维模型分别如图8 和图9 所示.

对于五轴非正交轴结构的机床, 如何正确配置运动轴是一个需要注意的问题, 很多学生由于缺乏经验, 刚开始配置完成的机床, 其A、C 轴总不能正确运转. 经过对机床配置目录树及类似机床结构的分析, 最终构建完成的五坐标龙门铣虚拟机床环境如图9 所示.

为了保证五轴设备的正常运转, 除了使用MDI方式对FPT 五坐标虚拟环境进行功能测试外, 还以实例方式对机床环境进行测试.

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