基于vericut的航空零件加工仿真及优化

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1、本文索引号：122本文运用VERICUT软件对典型航空零件的加工过程进行了运动学仿真，模拟实际加工过程中机床、刀具等运动，检验其中是否存在干涉、碰撞等情况，分析零件的可加工性和工序的合理性，并对加工程序和参数进行优化，显著提高了加工效率和精度，达到部分或者完全代替试切环节，提高机械加工的准确性，提高产品研制周期。基于VERICUT的航空零件加工仿真及优化□北京星航机电设备厂王学仓田梦翠随着计算机技术的发展，基于虚拟制造技术在计算机环境下构建一个虚拟的加工环境，并在此环境下实现零件的试切，校验数控程序

2、轨迹合理性及运动部件碰撞可能性，可缩短零件制造周期及制造成本。VERICUT是由美国CGTech公司开发的模拟数控机床加工仿真和优化的软件系统。随着企业产品的生产周期一步步地缩短，生产过程虚拟仿真越来越成为生产实际的必须。VERICUT软件就是通过在计算机上完成一个个零件的整个数控加工过程，取代传统的切削试验。通过真实地模拟机床加工过程中零件、夹具、工作台、机床各轴及刀具切削的运动情况，来避免实际加工中零件的试切，提高加工效率，提高零件质量，降低生产成本，保护机床和设备，帮助操作者修正编程错误和改进

3、切削效率。一、航空零件加工程序的编制航空类零件有着结构复杂、形状精度要求高等显著特在整体叶轮零件加工的程序编制过程中，要对相关驱动曲面的拟定、驱动曲面形状及比例、刀具的几何形状尺寸、驱动面的选择、边界约束条件、刀轴空间摆角参数、刀具轨迹导动策略、切削步数、最大步长和工件内/外公差等一系列相关参数的设置进行反复调整，控制其刀具轨迹和刀轴导动矢量，生成合理的刀具轨迹并进行零件的仿真加工，如图8所示。和UCP800等5轴数控机床上进行多项目加工实验后的零件实物，结果显示能完全达到图样尺寸精度要求，很好地还

4、原了零件的设计理念，从而证明该整体叶轮数控加工方案及程序的可行性。四、结语叶轮、涡轮系零件的曲面大体上都是直纹曲面和自由曲面，均可用NX系列软件CAD模块中的曲面造型功能、实体造型等建造出相应的数学几何模型。NX系列软件中的刀具轨迹导动策略和刀具轴矢量控制策略，可以采用通用编程方法对各种不同类型的曲面的叶轮、涡轮系零件的5轴加工程序进行编制。如图9所示是使用本文编程方法，并在MIKRONUCP60077CAD/CAM与制造业信息化·2011年第12期图8叶轮仿真加工图9加工出的整体叶轮零件图3JOB

5、S5轴龙门铣模型示意图C现代制造AMModernManufacturing点，更有一些薄壁复杂零件以及特种难加工材料的零件的加工仿真是我们迫切需要解决的问题。图1所示的角材零件是典型的薄壁复杂零件。床结构完全相同，作为干涉、碰撞检查的主要依据，而X、Y和Z轴的组件模型则做了简化。此角材零件长度1820mm，形状比较复杂，底面与侧面呈不规则角度，连接处曲面特性复杂，且最薄处壁厚1.2mm。加工过程中需要综合考虑表面残余应力以及加工变形等难控制因素的影响。综合以上情况，我们采取了预留工艺夹头，多工位翻转

6、加工，并运用NX软件进行加工程序（5轴加工程序）的编制。由于机床模型复杂，所以先在NX或CATIA等三维软件中构建机床三维模型，然后以组件为单位逐个输出STL格式模型文件，注意输出组件模型时的参考坐标系和VERICUT中相应的组件坐标系须匹配，再以组件为单位导入VERICUT中。JOBS5轴龙门铣大致模型如图3所示。二、VERICUT建模并仿真VERICUT系统环境下实现数控加工过程的仿真，通过以下三个步骤实现。（1）建立机床的几何模型和运动学模型。（2）建立仿真过程所需相关信息，如实体模型，包括刀

7、具、工件和夹具等几何模型，刀位轨迹或数控加工程序，配置仿真过程相应参数等。（3）进行数控加工过程的仿真。1.机床模型和控制文件建立根据数控机床具体结构形式，构建数控机床各组成部分的几何实体模型。VERICUT软件只提供了块体、柱体和锥体的简单模型，对于机床更为复杂的模型建模可以借助NX软件系统生成实体模型，再以IGES文件格式导入VERICUT。要建立VERICUT机床模型拓扑结构必须先了解机床各轴之间的相互运动关系及相关参数。尤其是5座标机床，各组件之间的相对位置关系相对复杂，转动中心之间的偏置，

8、转动中心轴线到主轴轴线的偏置和转动中心到主轴端面的距离等参数尤其重要，参数的正确与否直接影响到仿真结果的真实性。打开组件树（菜单：配置/组件树…/），建立如图2所示组件拓扑结构。拓扑结构建立好之后，相应地增加各机床组件模型，如：X、Y、Z、C、A轴、床身和主轴等。由于5座标数控机床的干涉和碰撞主要发生C、A轴、主轴或刀套与零件或夹具之间，所以组件模型的尺寸大小、坐标位置关系必须与实际机数控机床几何模型设置完成后，还需对数控机床进行初始化设置和控制系统设定，初始化设置包