基于UG的复杂壳体零件数控加工编程与仿真

顾智平 黄 鹿 孔祥茹 李申顿 华 峰

（航空工业金城南京机电液压工程研究中心 制造一部，南京 211106）

近年来，航空产品结构件呈现出复杂程度高、加工制造难度加大、生产周期短等特点，对数控加工工艺设计及制造能力有了新的要求。目前，迫切需要提高生产效率和产品合格率，以缩短航空产品的研发制造周期[1-4]。本文以航空环控系统某型号涡轮冷却器中的壳体结构件为例，利用UG/CAM功能，实现复杂壳体零件的三维建模和数控加工编程与仿真，检验刀路轨迹的正行性和操作的正确性，并自动生成机床NC程序，以此提高生产效率、降低加工成本。

1 零件的加工工艺分析

该中间壳体是铸造型零件，其结构简图如图1所示。该型壳体结构形状复杂，包括多个结构形式各异、深浅不一、内外圆角大小不同的型腔和孔特征，零件的部分尺寸、精度和形位公差如图2所示。

由于壳体铸件A侧面的圆形管口鼓包处距离下侧腰型腔轮廓的最短距离为12.063mm，且管口内外壁厚余量较大，在加工下侧腰型腔轮廓及8-M4螺纹孔时容易发生干涉。加工如图2所示的φ9mm孔中心线与腰型型腔轮廓距离为11.5mm，同样易产生干涉现象。通过分析壳体的几何特征，制定合理的加工工艺方案，确定合适的工艺参数（如机床型号、刀具、工装夹具和加工方法等），然后根据确定的相关参数，利用UG/CAM模块对其进行数控加工编程，从而解决壳体在数控加工过程中存在的干涉、过切和欠切等问题。

图1 壳体零件的几何结构

图2 零件部分尺寸

2 零件的数控加工编程

2.1 设置加工环境

根据前面的工艺分析结果，首先进入加工模块，对其CAM加工环境进行设定。文中主要利用的是UG/CAM中的平面铣和点位加工等功能完成零件的数控加工编程，因此在【加工环境】对话框中选择相对应的配置【cam general】和设置【mill planer】。

2.2 创建父节点组

创建父节点组是数控加工编程过程中非常重要的环节，它由程序、刀具、方法和几何体等几部分组成。在编程之前，需要设定工件坐标系、加工坐标系、安全平面和对刀点等的设置。选择【几何视图】进入【MCS】界面，依次设定加工坐标系、安全平面等[5-7]。

2.3 创建操作

在利用UG编程时的操作主要是创建一系列的多种工步或工序，包含零件加工过程中的所有刀具轨迹中的信息（如几何体、刀具、加工方法和切削参数等），这些操作主要大致分为两类：一是操作类型设置，如加工类型、几何体、刀具（根据工艺分析创建的刀具类型如图3所示）、加工方法等参数的设置；二是切削参数设置，主要包含有检查几何体、切削步长、行距、切削方式和进退刀方法等参数。参数项目的种类随操作类型的不同而有所不同[7]。

图3 定义的刀具信息

2.4 刀轨生成与仿真验证

在UG中，根据创建的操作生成相应的刀轨路径，如图4所示。为了验证NC操作生成的数控加工程序，需要检验刀路轨迹的准确性和可靠性，加工过程中是否存在明显过切或欠切情况，刀具是否可能会与工装夹具发生碰撞，加工过程安排是否合理等。通常利用UG刀轨仿真功能，直接查看检查刀轨以及实体仿真验证切削过程是否存在过切或欠切，模拟零件毛坯材料切削过程。通过加工仿真，对可能发生的干涉或碰撞进行修改，从而得到正确的数控加工程序。

图4 零件的部分刀路轨迹

2.5 后处理及车间文档

利用UG中的Post Builder模块创建后置处理，进行机床、程序和刀路轨迹参数、NC数据的定义、输出程序结构设置以及虚拟NC控制器等参数的设置[7-8]。在UG后处理构造器的工作环境中，设置与车间相对应机床系统的后处理器文件，使UG生成的程序转换为机床能识别可控的NC程序代码，FANUC 0i系统部分后处理NC程序如图5所示。

图5 后处理后的部分NC程序

2.6 实例验证

经过加工仿真验证，笔者初步验证了中间壳体NC程序的正确性。为了保证壳体专用后置处理器所生成的NC程序在实际加工中的正确性和可靠性，将壳体零件在HFM400四轴卧式加工中心上进行实际加工，比较复杂壳体的加工过程和结果，验证程序的正确性。

3 结论

本文利用UG软件中的CAM模块，对复杂铸件壳体进行数控加工编程与仿真，分析零件结构特征及加工工艺方案，合理选择相应的机床和刀具，自动生成了满足车间加工的数控加工程序和车间文档。通过刀路轨迹和实体模拟仿真，检查刀具与零件之间可能发生干涉碰撞、过切欠切，及时修改优化加工程序，确保了实际加工过程中数控程序的正确性和可靠性。同时，生成的车间作业指导书也可以方便快捷地让编程人员和操作者发现、解决实际加工过程中的问题，从而大大提高加工效率，缩短研发制造周期。