CAM加工仿真优化实验的设计与初探

0 引言

    CAD/CAM技术是一项利用计算机帮助人们完成产品的设计与制造的新技术，它是计算机技术在零件生产中综合应用的新飞跃，为机械工业提供了强有力的技术支持。随着机床数控化程度的提高和产品复杂程度的提高，对加工过程的预判，保证产品质量、节约成本越来越受到制造行业的重视。基于虚拟制造技术在计算机环境下构建—个虚拟的加工环境，并在此环境下实现零件的试切，校验数控程序轨迹合理性及运动部件碰撞可能性，既可保证零件质量，而且缩短零件制造周期及制造成本，因此CAM加工仿真系统应运而生。但是在使用数控机床时，经济的进行加工特别重要，因此放在零件投入生产之前，应确定其最佳值，即尽可能的优化参数。数控切削参数的智能优化是当今数控加工中的—个重要组成部分，也是实现数控加工工艺过程优化及自动化的基础，采用仿真软件进行优化，对于提高产品精度、产品生产率、降低生产成本具有重要的意义。

    Vericut是由美国CCTech公司开发的模拟数控机床加工仿真和优化的软件系统。它可取代传统的切削试验，真实地模拟机床加工过程中零件、夹具、工作台、机床各轴及刀具切削的运动情况，不仅能够对机床运动状态进行仿真，而且能够对NC程序进行验证、优化及加工精度分析，是应用最为广泛的数控加工仿真软件。它能帮助操作者修正编程错误和改进切削效率，越来越成为提高数控编程和数控加工不可缺少的工具。

    在数控编程及加工的教学中，很多高校已经将仿真加工作为—个很重要的实践教学环节，它可以在计算机上模拟实际零件的加工过程，验证数控程序的正确性，从而替代零件的试切工作，可弥补数控机床设备不足的缺点，极大的降低学习成本，提高学习效果，将Vericut应用于教学已经多篇文献介绍，但在保证产品质量的前提下，对加工文件和工艺进行优化的实践教学却比较少。本文选用一典型航空零件首先简述加工仿真过程，模拟实际加工过程中机床、刀具等运动，保证其加工过程的正确性，然后重点介绍参数优化，提高加工效率和精度。目前Vericut应用逐渐普及，很多大型企业如美国波音公司、福特汽车公司等已经把Vericut应用于生产实践中，因此设计数控仿优化教学实验，可模拟实际零件的加工优化过程，可满足企业技能的需求，也是当今高校教育需满足大学生掌握社会迫切需要的技能，实现与市场同步的方面之一。

1 Vericut数控加工仿真过程

    要进行Vericut仿真优化，首先需要进行仿真加工，保证数控加工过程的精确性，防止加工过程的干涉和碰撞现象。

    航空类零件有着结构复杂、形状精度要求高等显著特点，更有一些薄壁复杂零件以及特种难加工材料的零件，是加工仿真的典型应用范围，因此本文选取典型的薄壁航空零件——大飞机角材零件作为数控加工仿真优化零件。

    此角材零件形状比较复杂，底面与侧面呈不规则角度，连接处曲面特性复杂，且最薄处壁厚1.6mm。加工过程中需要综合考虑表面残余应力以及加工变形等难控制因素的影响。故本文采取了虎钳结合垫块的夹具方案，多工位翻转加工，并运用NX软件进行加工程序的编制，形成部分刀轨如图1所示。

    图1 NX形成零件加工刀轨

    Vericut系统环境下实现数控加工过程的仿真，通过以下三个步骤实现：

    1)建立机床的几何模型和运动学模型，如图2、3所示过程，本仿真选取Siemens 840D控制系统；

    图2 组件树及机床模型

    图3 初始化设置