基于UG和VERICUT槽轮类4轴加工的仿真分析.pdf

:./.基于 和 槽轮类 轴加工的仿真分析郭金山(甘肃畜牧工程职业技术学院甘肃 武威)摘 要:槽轮是 轴加工工艺的典型代表对槽轮类零件进行铣削加工时其加工工艺直接影响工件的残余量和过切量是加工制造中急需研究和提高的环节 该文使用 和 对槽轮进行模拟加工通过对加工参数的合理设置仿真模拟验证了零件的加工程序分析了零件的加工余量和过切现象 结果表明:仿真能够直观地模拟数控加工的全过程缩短试件和样件的加工时间仿真中的控制残留余量为.过切和残留为.有效地降低了铣削之后抛光的工艺量提高了首次加工的安全性增加了中小企业的经济效益关键词:轴仿真数控加工槽轮中图分类号:文献标识码:文章编号:()():.:引 言槽轮是 轴加工工艺的典型代表常用于航空航天、汽车和煤矿机械等行业 轴机床加工是在.轴铣床上加入了旋转轴然后由 个直线轴和 个旋转轴组成插补运功 相对于 轴设备其具有经济实惠、操作简单和适用率高等优点 为了保证槽轮类零件轮片的粗糙度和尺寸精度通常采用铣削和抛光工艺进行加工 然而抛光工艺具有效率低和工作量大等不足 铣削时通常通过控制残余量和过切量的方法提高抛光效率企业对槽轮类零件进行量产时常因程序和工艺的不确定性造成毛坯浪费和机床碰撞等问题出现所以合理的加工工艺是加工制造中急需研究和提高的环节 然而加工制造中多轴加工程序较长基本不能实现人工检查 因此为减少实际加工中出现的各类问题需进行三维模拟加工.和.是数控加工中常见的辅助工具通过使用 和 相结合的方法能够直观地模拟加工过程中零件的铣削情况和各运动轴和机床的碰撞情况并可实现对加工的程序的优化减少空走刀路使刀具切削受力更加均匀从而在较短的时间内加工出精度更高和表面质量更好的零件提高加工制造中零件的加工效率笔者以槽轮零件的铣削加工为例通过 软件的 模块编写加工程序生成详细的刀路轨迹然后利用 软件对程序进行验证并在仿真计算过程中进行过切和欠切判断从而降低了加工工艺的开发成本提高了实际加工过程中产品的生产效率 轮片三维建模及曲面分析以实际加工中毛坯完成车床粗精加工后剩余槽轮的铣削工序为研究对象对轮片的铣削过程进行仿机械研究与应用 年第 期(第 卷总第 期)制造业信息化收稿日期:作者简介:郭金山()男甘肃武威人讲师硕士研究方向:机械制造真分析 图 为工件的三维模型图 标注了曲面建模中的引导线图 是槽轮曲面的高斯彩图分析图 三维模型及编程辅助曲面 图 曲面建模引导线图 曲面高斯彩图分析 程序编制.加工前准备如图 所示为了控制刀路轨迹为进退刀做辅助避免铣削进刀时的扎刀轨迹生成前在槽轮中间做辅助面以减少刀具崩刃并保护刀具提高刀具的耐用性 然后以辅助面为中心通过“通过曲线组”、“等参数曲线”对辅助面左右各延伸 .规划加工轨迹轮片铣削的工艺流程为:毛坯经车床粗加工、车床精加工 轴铣削槽轮铣削粗加工半精加工槽轮底、壁精加工低、壁最后抛光槽轮 其中粗加工、半精加工、精加工的加工残留量分别为.、.、.经过抛光使工件达到粗糙度和尺寸的要求工件的加工工艺如表 所列 但轮片的铣削精加工余量不易控制实际操作中容易出现过切现象是槽轮加工的难点表 铣削工序详情列表/工 序剩余余量残余高度刀 具规 格刀 号整体开粗.立铣刀粗侧壁.立铣刀半精侧壁.球 刀半精底.球 刀精侧壁.球 刀.精侧底.球 刀.生成程序利用 对加工过程进行编程 首先创建刀具.然后创建几何体和加工工序选择可变轮廓铣()其中驱动方法为曲面驱动投影矢量为刀轴槽轮的深度为 设置的加工步距为 每次切深为.从而保证机床平稳切削 并且辅助曲面左右各延伸 其中左边保证铣削时进刀不直插工件能够保证刀具的安全 槽轮右端铣削时应测量其与三爪卡盘的距离避免进退刀碰撞卡盘 为保证切削安全同时设置好其中一个轮槽加工轨迹通过变换和旋转生成整体槽开粗程序 图 为槽轮铣削的粗加工刀路轨迹图 为二次开粗侧壁刀路轨迹图 为半精加工底面的刀路轨迹图 铣削粗加工 图 二次开粗侧壁 图 半精加工底面 由图 可知整体开粗后槽轮特点为上宽下窄其中槽壁上端的单边余量约为.底端的余量为.故选择 的立铣刀二次开粗侧壁余量.由于粗加工后槽底和侧壁的余量还较大故选择 的球刀进行半精加工余量.由图 可知槽底的半精加工轨迹抬刀较多为避免轨迹过切槽壁在 中设置侧壁为检查体检查体余量为.同时由于精加工对曲面的完整度要求高曲面光滑刀具选择.球刀精加工余量为.刀路轨迹在半精加工的轨迹参数中修改刀具和参数即可修改后处理器对应 加工参数将生成的轨迹通过修改的后处理器进行后处理 导出程序 仿真.机床的搭建建立的虚拟机床能够最大程度模拟加工碰撞检验程序的准确性 虚拟机床的行程配置如图 所示虚拟机床应尽可能匹配实际机床此次研究的实际机床为 立式铣床带转台 轴图 机床的行程配置 铣削过程需要机床、夹具、零件、毛坯、刀具、程序而虚拟加工也需要对应这些要素 机床搭 建 的 原 理 如 图 所 示 选 择 控 制 系 统 为制造业信息化 年第 期(第 卷总第 期)机械研究与应用 启用数控程序前应确保工作台及各运动轴的包含关系、模型与毛坯的关系然后调用刀具库和坐标系实施模拟加工进一步分析碰撞、干涉、过切和欠切等情况 结构为树状的拓扑结构在模型中导入能够识别的.毛坯文件在 中导入 中设计零件文件其中 中建立的坐标系与 加工坐标系一致工作偏置寄存器设置与实际加工坐标系一致 机床树的搭建及机床模型及加工图如图、所示图 机床控制原理图 图 机床树的搭建 图 机床模型及加工.参数和刀具设置在利用 进行仿真控制时发现其视图窗口能够很好地显示零件加工的全过程并且能根据模拟观看需求实时设置视图的显示模式同时根据机床设定 的基本参数 刀具是加工中必不可少的工具在设置刀具时应尽可能与实际加工中刀刃的长度、刀柄直径和长度保持一致并且应确保设置的刀具圆角与 中加工的刀具一致 图 为刀具库的构建过程.程序的导入和仿真对程序的准确性进行检验然后观察切削过程是否存在碰撞最后验证加工刀路和余量特别是曲面加工中的加工过切与余量 由于常规的后处理程序无法估算余量和过切因此利用 进行仿真如图 所示将 生成的程序导入 并在仿真中打开碰撞检查和行程极限 由于 的仿真动态能够显示加工刀路和余量故当程序出现设置错误时用户能够及时调整修改 通过对比设计模型和半精模型(图)能够清楚地判断刀具出现过切此时返回 对刀具和材料进行重新设置并对加工工艺进行 优化确保优化后的程序能够使刀具切削受力均匀随后将程序导入 继续验证直至没有过切图 刀具库列表图 图 加工程序列表图 设计模型与半精后的模型对比.仿真结果分析仿真结束后利用 中的自动比较功能对仿真结果进行过切和欠切分析 将过切公差和残留公差均设置为.残留误差为.通过仿真结果可以看出过切公差和残留公差小于.(如图)程序满足加工要求图 切削报告与残余量与过切点注:()图中灰色点为过切点 图 为优化后的工艺其过切和残留公差为.小于标准公差(.)加工尺寸精度较原始工艺有较大提高图 切削报告(下转第 页)机械研究与应用 年第 期(第 卷总第 期)制造业信息化增大从而使新车前门内板 曲线在 附近出现共振峰 将新车的腰线加强件替换成为目标车仕样后内板刚性增强内板模态频率提高 曲线在 处有改善图 车门内板 曲线图 对策结果 结 论()通过模态试验和噪声传递函数试验验证了有限元 模型以及有限元声腔模型的准确性所建立的模型能够较准确地模拟实车情况其仿真结果为后续的优化设计提供验证依据()通过分析 模态结果、曲线、板贡献量以及 结果找出了 曲线产生峰值的原因并对应进行了相应的结构优化通过改变车门腰线加强件结构增加车门内板的局部刚度降低了对声腔的贡献最终有效降低该路径下 曲线峰值 使结果满足目标条件()车身噪声问题通常是激励源或传递路径两者的问题 对于传递路径问题来说可通过板贡献量分析来快速而准确地找到最大贡献的板件对于源问题来说仅通过板贡献分析存在一定的局限性加入 分析可以更加直观地找到源问题的根源从而提高对策效率参考文献:薛 亮黄 森.汽车 技术研究现状与展望.汽车零部件():.李海兵.汽车 综合测试评价方法及应用.环境技术():.穆浩.客车车身系统 研究.汽车与驾驶维修():.许丁煜张 鹏.模态仿真分析技术在汽车零部件测试中的应用.环境技术():.邵立军李京福鄂世国等.基于仿真分析的汽车加速轰鸣噪声研究与优化.北京汽车():.吴亚萍秦丽萍曾乐彬.基于 仿真技术的白车身动刚度分析优化.时代汽车():.赖坤城赵 津刘东杰等.某轿车车身关键连接点动刚度分析及优化设计.科学技术与工程.():.张 杰桑建兵胡经纬等.基于声腔模态分析的汽车低频噪声优化.安阳工学院学报():.白 洁.基于声固耦合的车内噪声分析研究.武汉:武汉理工大学.姚婷宇.一种汽车钣金焊接定位装置设计及有限元分析.机械研究与应用():.许思思黄冠华.牵引齿轮裂纹对机车齿轮箱箱体振动影响的仿真分析.机械研究与应用():.李海锋吴冀川刘建波等.有限元网格剖分与网格质量判定指标.中国机械工程():.秦严彬吴思远洪 森.某商用车白车身模态分析及试验边界优化.车身零部件():.孟红博郑忠才刘 娜等.基于模态试验的某重型汽车驱动桥壳随机振动分析.机械设计与制造工程():.(上接第 页)结 语利用 和 软件对槽轮进行仿真研究在 中搭建了 的 轴铣床并对后处理程序和槽轮曲面的过切和欠切进行验证槽轮优化加工过程的仿真分析减少了车削表面的划伤提高了产品加工的效率和合格率槽轮曲面的铣削分析降低了抛光工序的工作量与工件损失能够为实际加工前的检查和修改提供技术支持参考文献:仲兴国.基于 和 的四轴自动编程及仿真.机床与液压():.董金龙于天彪李俊财等.基于 和 的开式整体叶轮加工仿真.组合机床与自动化加工技术():.佛新岗.基于 和 的机床建模与数控加工.工具技术():.孔德英崇凯王霄.基于/和 的数控加工仿真与优化.机床与液压():.丁羽锋陈德道马仲林.基于 和 软件的整体叶轮四轴数控加工与仿真.铁道技术监督():.胡思远.基于 和 的数控加工与仿真.机械研究与应用():.李小明.和 在多轴数控加工中的研究与应用.模具制造():.车辆研究 年第 期(第 卷总第 期)机械研究与应用