一种典型零件数控铣仿真在实验教学的应用研究

胡晓军　袁夏松　汪萌生

摘 要：本文以一种典型零件为例，介绍数控仿真技术在实验教学中的应用。采用UG10.0进行零件模型建立、NC代码生成，然后将NC代码加载到斯沃数控仿真软件，模拟通过后，可将数控代码通过电脑传送到数控机床，进行实际加工。该方式运用在CAM软件应用和数控技术等实验教学中，可以有效解决实验过程中人均设备不足的问题，同时也避免缺乏加工经验的学生在实际操作过程因编程错失误而引起机床和工件的损坏。

关键词：数控铣 UG10.0 仿真 实验教学

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）02（c）-0197-02

近年来我国制造业不断发展，各行各业对高水平应用型技术人才的需求在逐年增长，为满足实验、实训教学要求，高校势必需要投入大量资金购置设备，而且本科类学生实践能力较弱，若直接在真实机床上进行操作，极容易其引起撞刀事故[1]。将数控仿真技术应用于实验教学中，可使学生通过仿真掌握数控加工的整个工艺流程后再进行实践操作，可以取得较好的教学效果。本文针对一种典型零件的加工为例，介绍数控铣仿真技术在实验教学中的实际应用。

1 典型零件结构分析

本文選用铣削零件如图1所示。从图中可知：该零件毛坯为直径为100mm、厚度为30mm的圆形铝棒。需要加工的表面为椭圆凸台及凸台圆角、H形凹槽、三个深孔和一个腰型槽。

由于工件毛坯为圆形棒料，使用平口钳装夹，在加工过程中工件容易错位，若是大批量生产也不易实现零件的重复定位。因此，需要选用三爪卡盘进行装夹。

对于椭圆凸台和凸台倒角，且凸台厚度为15mm；H形凹槽厚度为5mm，若采用手工编程的形式进行加工，不仅要计算关键点坐标，还需要用到宏程序对椭圆轨迹、凸台轨迹和厚度增量进行编程，缺乏实际操作经验者或初学者难以掌握。若运用软件建立零件三维模型，并对三维模型自动编程，生成NC代码直接传送到数控机床进行加工，则省去人工用宏程序编程和坐标点计算的难题，学生也容易掌握。

2 零件建模及刀路仿真

2.1 零件三维建模

机械专业常用三维造型软件有UG、PROE、SolidWorks，每种软件都有各自的特点，但UG软件的综合功能是最强大的[2，3]，本次选用的UG10.0进行操作。

上述零件仅有凸台、凹槽和孔，因此在UG10.0草图中，按照对应尺寸建立主视图的草图模型，然后对各特征进行拉伸求差或求和建立三维模型。

2.2 零件加工策略及刀具路径生成

（1）通过对上述零件结构及尺寸分析可知，内轮廓最小圆角尺寸为R6，孔直径为Φ8。所以需要选用直径为10mm的平底铣刀对内外轮廓开粗，和对外轮廓精加工；选用直径为5mm的平底铣刀对内轮廓进行精加工；选用直径为8mm的钻头进行钻孔。因此，创建刀具，并将工件坐标系设置在顶部中心位置。

（2）铣削策略选用“使用边界面铣削”，创建工序名称为“外形开粗”，设置刀具为10mm铣刀，几何体为WORKPIECE，指定面边界为凸台底面外圆端面，切削模式为“跟随部件”，毛坯距离设置为15mm，每刀切削深度为2mm，最终底面余量为0.5mm。切削参数中：余量选项卡的部件余量设置为0.5mm，拐角的“凸角”选项设置为“延伸”，连接的“开放刀路”设置为“变换切削方向”。转速设置为“3000r/min”，进给设置为“800mm/min”，生成刀路如图2所示。

（3）仍然使用边界面铣削策略，创建椭圆凸台精加工程序，在精加工中遵循“先光底再光侧，光底要留侧，光侧要留底”的原则，需要先做底面精加工程序，在参数设置中，需要将每刀切削深度修改为“0”，最终底面余量修改为“0”，部件余量设置为“0.5mm”，并生成刀具路径；然后再创建椭圆凸台侧面精加工程序，参数设置中需要将每刀切削深度修改为“0”，最终底面余量修改为“0.5mm”，部件余量设置为“0”。

（4）运用同样的加工策略，创建H形凹槽及腰型槽的粗、精加工刀具路径。

（5）使用型腔铣的策略创建凸台圆角的加工刀具路径。

（6）使用钻孔策略创建三个Φ8孔的加工路径。

2.3 刀具路径仿真及NC代码生成

通过2.2的策略设置可生成该零件所有轮廓刀具路径，选中所有加工策略，点击“确认刀轨”，选择“3D动态仿真”将动画速度调慢，可以观察到刀具路径仿真过程及加工完成后的零件状态。

若刀具路径仿真没有出现报警，则可进行NC代码的生成。选中所有刀具路径策略，右击“后处理”，设置对应的机床系统即可生成如图3所示的零件NC代码。

3 斯沃数控软件中的仿真加工

NC代码生成以后，为了验证程序的正确性和检查加工过程中有无碰撞和过切，我们可以将其加载到斯沃仿真软件中进行三维实体仿真[4]。首先创建毛坯，由于软件中没有设置三抓卡盘作为夹具，模拟过程中用台虎钳装夹，然后将生成的NC代码加载到斯沃软件中，设置对刀参数，按下循环启动进行模拟加工。模拟加工若无问题，则可将NC代码直接传送至数控机床进行实际加工。

4 结语

在CAM软件应用和数控技术等实验教学中，通过先虚拟仿真再实际操作的方式，可以有效的缓解高校数控设备经费投入短缺的问题。同时，学生既能掌握典型零件数控铣的加工基本原理和工艺流程，又能掌握真实数控铣床或加工中心的操作技能，有利于高水平应用型技术人才的培养。

参考文献

[1] 北京兆迪科技有限公司.UG NX 10.0数控加工教程[M].机械工业出版社，2017.

[2] 修珙理，隋秀凛，王亚萍，等.基于UG的虚拟数控仿真系统的研究[J].数控技术与装备，2008（1）：38-39.

[3] 王亚辉，赵冬晗.一种典型零件的数控铣削仿真加工[J].机床与液压，2009，37（8）：235-237.

[4] 刘宇，别海楠，戴丽.基于斯沃数控仿真软件加工的虚拟实验室建设实践与思考[J].学科探索，2015（2）：29-30.