一种典型零件数控铣仿真在实验教学的应用研究
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?x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。
