基于UG/CAM和VERICUT的复杂零件数控加工仿真
基于UG/CAM和VERICUT的复杂零件数控加工仿真
本文基于UG和VERICUT软件，以国外一直以来重点研究的自由曲面加工为例。通过建模、加工、仿真、优化于一体的数控加工工链，解决碰撞、干涉、超程、切削参数不合理等实际加工中常遇的问题，最终获得高效、高质量的NC程序。
利用VERICUT仿真校验NC程序可以在计算机上模拟整个NC机床的切削环境，而不必在实际的机床上运行。它降低甚至消除了在机床上验证输出的必要性。利用该技术不仅节省了编程和调试的时间，还减少了重复性的工作、消除了损坏零件及损坏机床的可能性。
关键词 UG，VERICUT，加工，仿真
1 绪论 1
1.1 虚拟仿真技术的应用 1
1.2 UG软件简介 1
1.3 VERICUT软件简介 2
1.4 课题研究意义 2
2 零件实体造型 3
2.1 零件选择 3
2.2 零件的实体三维造型 3
2.3 建模 4
3 基于UG自动编程的零件设置 8
3.1 模零件加工工艺分析和方案设计 8
3.2创建加工工序 10
3.3 后处理生成NC程序 18
4 基于VERICUT仿真 20
4.1 三轴立式数控虚拟铣床的搭建 20
4.2 毛坯和夹具建模 22
4.3 VERICUT中创建刀具应用 22
4.4 机床参数设置 25
4.5 保存文件 27
5 零件仿真加工 28
5.1 导入NC程序 28
5.2零件仿真演示 28
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
1 绪论
随着航空工业、汽车工业和轻工消费品生产的高速增长，复杂形状的零件越来越多，精度要求也越来越高，传统的加工设备和制造方法已难于适应这种多样化、柔性化与复杂形状零件的高效高质量加工要求。因此，近几十年来，能有效解决复杂、精密、小批多变零件加工问题的数控(NC)加工技术得到了迅速发展和广泛应用。由于零件形状复杂，机床刀具轨迹的生成过程中一般不考虑机床的具体结构和工件的装夹方式，所以不能确保计算出的数控加工程序能够安全、正确的执行，尽管目前在工艺规划和刀具轨迹生成等技术方面已经取得了很大的进展，但是由于这些零件形状的复杂多变以及加工环境的复杂性，要确保所生成的加工程序并不存在任何问题仍十分困难。因此，为确保数控程序的正确性，在实际加工前采取仿真的方法对加工程序进行检验并修正是十分必要的。
1.1 虚拟仿真技术的应用
根据在仿真过程中的数据驱动是采用CL（Cutter Location，即刀位）数据还是采用NC代码，数控加工仿真又可分为两类：一类是基于后置处理前的数据（CL数据）所进行的仿真；另一类是基于NC程序的数控加工过程仿真。
1.2 UG软件简介
UG不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和产生工程图等设计功能；而且，在设计过程中可进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟，提高设计的可靠性；同时，可用建立的三维模型直接生成数控代码，用于产品的加工，其后处理程序支持多种类型数控机床。另外它所提供的二次开发语言UG/OPen GRIP，UG/open API简单易学，实现功能多，便于用户开发专用CAD系统。具体来说，该软件具有以下特点：
（l）具有统一的数据库，真正实现了CAD/CAE/CAM等各模块之间的无数据交换的自由切换，可实施并行工程；
（2）采用复合建模技术，可将实体建模、曲面建模、线框建模、显示几何建模与参数化建模融为一体；
（3）用基于特征（如孔、凸台、型胶、槽沟、倒角等）的建模和编辑方法作为实体造型基础，形象直观，类似于工程师传统的设计办法，并能用参数驱动；
（4）曲面设计采用非均匀有理B样条作基础，可用多种方法生成复杂的曲面，特别适合于汽车外形设计、汽轮机叶片设计等复杂曲面造型；
（5）具有良好的用户介面，绝大多数功能都可通过图标实现；进行对象操作时，具有自动推理功能；同时，在每个操作步骤中，都有相应的提示信息，便于用户做出正确的选择。
1.3 VERICUT软件简介
VERICUT是由美国CGTech公司开发的一款数控加工仿 真软件件，是利用软件在计算机上虚拟制造过程，采用了先进的三维显示及虚拟现实技术，可以验证和检测NC程序可能存在的碰撞、干涉、过切、欠切、切削参数不合理等问题。从1988年起，VERICUT就成为行业的标准，被广泛的应用于航空航天、兵器、船舶、电子、汽车、地面交通、模具、消费品、动力及重工业。 产品特点及优势：
（1）.基于实体的、基于特征的并记录历史的仿真，所以通过VERICUT生成的具有历史和特征的切削模型，可以方便、准确、快速地分析尺寸，检测错误；
（2）和实际生产完全匹配的，是对整个生产流程的模拟；
（3）可以产生丰富的工艺报告，如过程测量报告，结合具有特征的过程切削模型（其他模拟软件工具不具有的），分析测量，生成带有3D的图片的表格检测报告；
（4）模拟精度高，性能稳定，速度稳定；
（5）可以模拟任何软件生成的程序（机床直接使用的G代码或刀轨APT程序），也可以模拟手写程序，并可以模拟实际机床和控制系统子程序，这样模拟就更加和实际加工统一了。
1.4 课题研究意义
VERICUT是全世界NC验证软体的领导者。其对产品实际加工之前、模拟NC加工过程，以检测刀具路径中可能存在的错误，并可用于验证G代码和CAM软体输出结果大大节省了时间，资源，为机械加工铺平道路必然能立足于现代制造业。
本文基于UG和VERICUT软件，以国外一直以来重点研究的自由曲面加工为例。通过建模、加工、仿真、优化于一体的数控加工工链，解决碰撞、干涉、超程、切削参数不合理等实际加工中常遇的问题，最终获得高效、高质量的NC程序。
利用VERICUT仿真校验NC程序可以在计算机上模拟整个NC机床的切削环境，而不必在实际的机床上运行。它降低甚至消除了在机床上验证输出的必要性。利用该技术不仅节省了编程和调试的时间，还减少了重复性的工作、消除了损坏零件及损坏机床的可能性。
关键词 UG，VERICUT，加工，仿真
1 绪论 1
1.1 虚拟仿真技术的应用 1
1.2 UG软件简介 1
1.3 VERICUT软件简介 2
1.4 课题研究意义 2
2 零件实体造型 3
2.1 零件选择 3
2.2 零件的实体三维造型 3
2.3 建模 4
3 基于UG自动编程的零件设置 8
3.1 模零件加工工艺分析和方案设计 8
3.2创建加工工序 10
3.3 后处理生成NC程序 18
4 基于VERICUT仿真 20
4.1 三轴立式数控虚拟铣床的搭建 20
4.2 毛坯和夹具建模 22
4.3 VERICUT中创建刀具应用 22
4.4 机床参数设置 25
4.5 保存文件 27
5 零件仿真加工 28
5.1 导入NC程序 28
5.2零件仿真演示 28
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
1 绪论
随着航空工业、汽车工业和轻工消费品生产的高速增长，复杂形状的零件越来越多，精度要求也越来越高，传统的加工设备和制造方法已难于适应这种多样化、柔性化与复杂形状零件的高效高质量加工要求。因此，近几十年来，能有效解决复杂、精密、小批多变零件加工问题的数控(NC)加工技术得到了迅速发展和广泛应用。由于零件形状复杂，机床刀具轨迹的生成过程中一般不考虑机床的具体结构和工件的装夹方式，所以不能确保计算出的数控加工程序能够安全、正确的执行，尽管目前在工艺规划和刀具轨迹生成等技术方面已经取得了很大的进展，但是由于这些零件形状的复杂多变以及加工环境的复杂性，要确保所生成的加工程序并不存在任何问题仍十分困难。因此，为确保数控程序的正确性，在实际加工前采取仿真的方法对加工程序进行检验并修正是十分必要的。
1.1 虚拟仿真技术的应用
根据在仿真过程中的数据驱动是采用CL（Cutter Location，即刀位）数据还是采用NC代码，数控加工仿真又可分为两类：一类是基于后置处理前的数据（CL数据）所进行的仿真；另一类是基于NC程序的数控加工过程仿真。
1.2 UG软件简介
UG不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和产生工程图等设计功能；而且，在设计过程中可进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟，提高设计的可靠性；同时，可用建立的三维模型直接生成数控代码，用于产品的加工，其后处理程序支持多种类型数控机床。另外它所提供的二次开发语言UG/OPen GRIP，UG/open API简单易学，实现功能多，便于用户开发专用CAD系统。具体来说，该软件具有以下特点：
（l）具有统一的数据库，真正实现了CAD/CAE/CAM等各模块之间的无数据交换的自由切换，可实施并行工程；
（2）采用复合建模技术，可将实体建模、曲面建模、线框建模、显示几何建模与参数化建模融为一体；
（3）用基于特征（如孔、凸台、型胶、槽沟、倒角等）的建模和编辑方法作为实体造型基础，形象直观，类似于工程师传统的设计办法，并能用参数驱动；
（4）曲面设计采用非均匀有理B样条作基础，可用多种方法生成复杂的曲面，特别适合于汽车外形设计、汽轮机叶片设计等复杂曲面造型；
（5）具有良好的用户介面，绝大多数功能都可通过图标实现；进行对象操作时，具有自动推理功能；同时，在每个操作步骤中，都有相应的提示信息，便于用户做出正确的选择。
1.3 VERICUT软件简介
VERICUT是由美国CGTech公司开发的一款数控加工仿 真软件件，是利用软件在计算机上虚拟制造过程，采用了先进的三维显示及虚拟现实技术，可以验证和检测NC程序可能存在的碰撞、干涉、过切、欠切、切削参数不合理等问题。从1988年起，VERICUT就成为行业的标准，被广泛的应用于航空航天、兵器、船舶、电子、汽车、地面交通、模具、消费品、动力及重工业。 产品特点及优势：
（1）.基于实体的、基于特征的并记录历史的仿真，所以通过VERICUT生成的具有历史和特征的切削模型，可以方便、准确、快速地分析尺寸，检测错误；
（2）和实际生产完全匹配的，是对整个生产流程的模拟；
（3）可以产生丰富的工艺报告，如过程测量报告，结合具有特征的过程切削模型（其他模拟软件工具不具有的），分析测量，生成带有3D的图片的表格检测报告；
（4）模拟精度高，性能稳定，速度稳定；
（5）可以模拟任何软件生成的程序（机床直接使用的G代码或刀轨APT程序），也可以模拟手写程序，并可以模拟实际机床和控制系统子程序，这样模拟就更加和实际加工统一了。
1.4 课题研究意义
VERICUT是全世界NC验证软体的领导者。其对产品实际加工之前、模拟NC加工过程，以检测刀具路径中可能存在的错误，并可用于验证G代码和CAM软体输出结果大大节省了时间，资源，为机械加工铺平道路必然能立足于现代制造业。
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