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VERICUT优化功能在壳体数控加工中的应用 |
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当今世界，机械制造领域正随着数控技术及计算机辅助设计、分析、制造（CAD/CAE /CAM）技术的普及与提高发生着根本性的变化。先进加工技术和先进数控设备在生产中广泛应用，制造商们在日益加剧的市场竞争中产品利润率在逐步递减，如何提高数控设备生产效率、争取利润的最大化成为制造商的急需解决的问题。
经过长期的探索和研究，目前提高数控设备的生产效率的主要途径有三个：1、手工程序编写及CAM软件程序编写时对刀具路径优化和切削参数优化。2、采用第三方如VERICUT软件的优化功能对CAM软件编写的数控代码优化。3、以上两种优化方法相结合进行优化。
壳体加工工艺分析
该壳体零件是某航天组件的一部分，由于航天组件对工件的重量有严格的要求，所以，该工件在满足各项功能指标的前提下，尽量做到体积小，重量轻。该工件理论重量仅有40g。由于该工件用途的特殊性，所以，该工件内部空间结构极其有限，不能使用大直径刀具加工，由于小直径刀具的刚度、强度有限，加工效率较低，该工件给数控加工带来较大的挑战。笔者在壳体工件实际生产中采用了VERICUT 优化功能对数控代码进行了优化，在产品质量和生产效率上都得到了极大的提高，同时也取得了良好的经济效益。壳体工件三维模型如图1所示。经过VERICUT优化功能优化之后实际加工的壳体工件如图2所示。
图1 壳体工件三维模型
图2 壳体实际加工工件
VERICUT的优化方式分类
1、恒体积去除率切削方式优化
通过刀具参数、机床参数、加工零件材料属性分析计算合理的切削深度、切削宽度、切削进给等切削条件，根据切削条件计算出恒定的体积去除率。在实际加工中根据刀具的类型和瞬时走刀轨迹来计算当前的材料体积去除率，当体积去除率较大时，为了保证恒定的体积去除率，进给率降低，体积去除率较小时，进给率提高，这种优化方式主要用于粗加工。
2、恒切削厚度方式优化
刀具或工件每移动一个进给量f，过切削刃选定点垂直于过度表面度量的切削层厚度。恒切削厚度方式能改变进给率，使削厚度恒定，切削过程连续，切削力相对稳定，提高了加工质量，减少了零件机加后的变形量，这种优化方式主要用于半精加工和精加工。
3、恒体积去除率与恒切削厚度相结合优化
切削加工时同时应用恒体积去除率与恒切削厚度两种优化方式计算进给值，将两种方式计算出的进给值进行比较，选择两种方式计算出来的小的进给值添加到数控程序中，保证切削更加安全、稳定。
4、Force 基于物理性能的优化方式
根据刀具的受力、主轴功率、最大切厚以及最大允许的进给率这四点要素而给定的切削条件，Force计算出最大的可靠的进给速度。Force是用物理模型基于切削力和主轴功率来调整进给速度。通过分析刀具的几何外形和参数毛料和刀具的材料属性、具体的切削刃几何形状及VERICUT 中每一刀的切削接触形状，可以计算出理想的进给速度。表1 部分刀具数控加工参数表
 VERICUT数控程序优化步骤
1、建立刀具优化库
● 选择菜单栏/ 优化/ 控制/ 优化方式/ 向数控程序学习，向数控程序学习是VERICUT优化方式之一。该方式的工作原理是对原数控程序的运动方式、运行轨迹、切深、切宽等加工参数进行分析与继承，在原数控程序的基础上建立优化记录，该方式的优点是安全、高效。
● 工件材料：铝板2A12-H112。
● 机床：米克朗UCP800。优化控制界面如图3所示。
图3 优化控制界选项设置
● 选择学习方式选项：勾选 “添加到现有的刀具库”，“更新现有的优化设定记录”，“在学会后重置与优化”三项内容，学习方式选项具体各项切削参数设置如图4 所示。
图4 学习方式选项设置
▲进给/ 转速选项参数设置
由于本文零件加工的刀具比较多，这里只对φ12mm合金刀进行详细叙述。其余刀具优化步骤与此相同，优化参数根据每把刀具切削参数，机床参数等进行相应设置。
优化方法：这里采用切削厚度与体积去除率相结合的优化方法。由于采用向数控程序学习的优化方法，所以这里粗加工的切深数值8.591mm 与切宽的数值10mm 均原数控程序的数值相同，体积去除率为77147.18mm3/mm，精加工的切厚为0.093mm。空刀进给量为3000 mm•min-1，进给/ 转速选项参数设置如图5 所示。
图5 进给/ 转速选项参数设置
▲设定选项参数设置
勾选“只修改现有的切削”。此选项只改变本行数控程序的进给速度的数值，不增加程序段的数量，不改变原程序体的组织结构，不增加数控程序的容量。虽然，现在数控设备已经大面积普及与使用，但新旧数控设备在同时使用的情况很普遍，老式的数控设备内存容量有限，且无DNC 接口，当数控程序容量大于数控设备内存时，必须多次传送数控程序才能保证工件的顺利加工完成，此举无疑是增大了一线操作工人的劳动强度。所以，勾选只修改现有的切削选项将有效避免和减少此类问题的发生。设定选项参数设置如图6 所示。
图6 设定选项参数设置
▲切削极限选项参数设置
由于φ12mm合金刀的用途就是快速、高效的去除工件毛坯余量，所以最小切削进给率设置为400 mm•min-1，在非满刀状态及整理刀路时最大切削进给率设置为900 mm•min-1，切削优化时，切削进给值就在此范围进行变化。切削极限选项参数设置如图7所示。
图7 切削极限选项参数设置
3、优化过程图表显示
选择菜单栏/信息/图表。在软件优化数控程序的同时，将优化前后数控程序中涉及到的每把加工刀具的加工时间以不同的颜色在图表中显示，使其优化结果清晰呈现，优化效果一目了然。优化过程图表显示如图8 所示。
图8 优化过程图表显示
4、优化节省计算器显示
优化程序运行完成之后，VERICUT软件会自动弹出“优化节省计算器”界面，节省计算器界面分为零件节省和车间节省两部分，从零件节省图表中可以看出该壳体零件的原加工时间为15分钟，优化后加工时间为9分钟，节省时间比为41.49%，该壳体数控程序经过VERICUT 软件优化后，加工效率较原程序显著提高。完全解决了该工件在实际加工中效率低下的问题。零件节省图9 所示，车间节省图10所示。
图9 零件节省显示
图10 车间节省显示
5、壳体数控程序优化前后比较
选择菜单栏/优化/比较文件/比较。由于在设定参数中选择了“只修改现有的切削”选项，在比较窗口中优化后的数控程序结构没有发生变化，语句数量与原程序相同。只是将某些语句的进给量修改或在某些数控程序段后添加了新的进给量F值。数控程序优化前后比较如图11所示。
图11 数控程序优化前后比较
结语
采用VERICUT优化功能对数控程序进行优化并进行实际加工后的结果表明，采用优化后的数控程序充分地发挥了数控机床的性能，从而显著的缩短机床运行时间，大大地降低了一线工人的操作强度，并且加工安全性，加工质量和加工效率都有了明显的改善，经济效益也有了显著的提升。(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(2/29/2016) |
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