一种数控加工螺纹孔尺寸仿真对比检查方法与流程

本发明涉及数控加工仿真领域，具体的说，是一种数控加工螺纹孔尺寸仿真对比检查方法。

背景技术：

随着cad/cam技术的发展与应用，数控加工逐步成为现代化加工的主流手段和方法，零件从数字化模型到实际零件需要经历程序编制—仿真验证—现场加工三个阶段，仿真验证阶段大多基于vericut等专业加工仿真软件进行。仿真过程中，依据真实的设备、刀具、毛坯状态对产品的变化过程和最终状态进行直观的展现，进而实现对数控加工程序的正确性进行验证。螺纹孔作为常见零件结构特征之一，其加工方法相对固定，采用专用螺纹铣刀加工，螺纹孔内径、外径由刀具决定，螺距则用加工程序控制。采用真实刀具模型进行仿真，检查结构尺寸时，受制于软件功能，需工艺人员手动选取测量点位进行间接测量，检查效率低，精度也相对较差，尤其是螺纹外径尺寸和螺距，无法准确测量，刀具一旦出错且未能通过仿真检查发现，将会直接导致零件实际加工后报废，因此一种高效、精确的螺纹孔尺寸检查方法需求极为迫切。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种数控加工螺纹孔尺寸仿真对比检查方法，用于解决现有技术中需要工艺人员手动选取测量点位进行间接测量，检查效率低，精度也相对较差的问题，本发明通过建立圆柱刀具体，降低螺纹孔大径检查难度，实现精确检查螺纹孔大径的效果。

本发明通过下述技术方案实现：

一种数控加工螺纹孔尺寸仿真对比检查方法，该方法借助vericut仿真环境，实现零件的螺纹孔尺寸仿真检查，该方法包括以下步骤：s100.在仿真环境中建立零件加工对比模型，对比模型包括毛坯和对应该工序的理论螺纹孔；s200.建立对应步骤s100加工工序的刀具模型，刀具模型包括依次连接的螺纹刀具体和圆柱刀具体；所述圆柱刀具体的直径等于螺纹刀具体的大径；s300.编写步骤s100加工工序的仿真加工程序；运行仿真加工程序，使用步骤s200建立的刀具模型完成毛坯加工，得到具有圆柱段和螺纹段的仿真螺纹孔；s400.测量仿真螺纹孔圆柱段的直径，得到的圆柱段的直径即为仿真螺纹孔螺纹段螺纹的大径；s500.测量仿真螺纹孔螺纹段的小径和螺距，得到仿真螺纹孔螺纹段的小径和螺距，完成仿真螺纹孔加工尺寸的检查。所述vericut是指现有技术的数控加工仿真系统，由nc程序验证模块、机床运动仿真模块、优化路径模块、多轴模块、高级机床特征模块、实体比较模块和cad/cam接口等模块组成，可仿真数控车床、铣床、加工中心、线切割机床和多轴机床等多种加工设备的数控加工过程，也能进行nc程序优化，缩短加工时间、延长刀具寿命、改进表面质量，检查过切、欠切，防止机床碰撞、超行程等错误；可以对切削模型进行尺寸测量，并能保存切削模型供检验、后续工序切削加工；具有cad/cam接口，能实现与ug、catia及mastercam等cad/cam软件的嵌套运行。虽然该方法借助vericut的数控加工仿真环境，但是本领域技术人员可以基于本领域内其他现有的数控仿真加工软件，例如vnuc、thcnc等，完成本发明所述的方法。本领域技术人员应当理解零件是指具有螺纹孔的零件，对零件本身的形状并没有限制。所述模型的建立，包括对比模型以及刀具模型都可以在vericut的环境下建立，也可以在ug、catia等cad软件环境下建立，并利用vericut的cad/cam接口，将模型导入vericut中。所述仿真加工程序既可以在vericut的环境下建立，也可以在caxa、mastercam等cam软件环境下建立，然后利用vericut的cad/cam接口，将仿真加工程序导入vericut中。在刀具模型中建立了直径与螺纹刀具体大径相等的圆柱刀具体，并且将螺纹刀具体与圆柱刀具体指定为切削部分，则vericut并不会识别到螺纹刀具体与圆柱刀具体之间的差异，而是直接将螺纹刀具体与圆柱刀具体当做一体，作为加工螺纹的刀具，因此仿真加工完成后，所述圆柱刀具体的直径就是仿真螺纹孔螺纹的大径,而测量圆柱的尺寸仅需要使用vericut的基本测量工具就可以完成，从而解决了现有技术中，需要工艺人员手动选取测量点位进行间接测量螺纹外径尺寸，无法准确测量的问题。所述仿真螺纹孔螺纹段的小径和螺距的测量依靠vericut本身的测量功能完成，具体的方法在本领域内属于现有技术，因此在此不作详细叙述。值得说明的是，完成数控仿真加工所需要的机床模型和定位加紧零件的夹具模型等，在本领域内属于现有技术，因此在此不作详细叙述。

优选地，所述步骤s200中的刀具模型还包括与圆柱刀具体连接的用于连接刀具模型与机床的夹持体。建立夹持体的目的一方面在于能够尽可能的接近真实加工，另一方面，指定夹持体为非切削部分，便于检查所有潜在的碰撞风险。保证仿真的有效性。

优选地，所述步骤s200中的刀具模型还包括一端与圆柱刀具体连接且另一端与夹持体连接的刀具连接体。建立刀具连接体，并在vericut将刀具连接体定义为非切削部分，能够检查潜在的的碰撞风险，比如与夹具的碰撞。还能够为选取或加工合适的刀具提供合理的依据。

优选地，所述步骤s200中螺纹刀具体的高度不小于理论螺纹孔螺纹螺距的两倍。螺纹刀具体的高度不小于理论螺纹孔螺纹螺距的两倍，便于加工后测量仿真螺纹孔的螺距尺寸选取更多的样本，保证测量的准确性。

优选地，所述步骤s200中的螺纹刀具体和圆柱刀具体的高度之和不大于理论螺纹孔的高度。螺纹刀具体和圆柱刀具体的高度之和不大于理论螺纹孔的高度使加工时，零件具有完整的螺纹，便于加工后测量仿真螺纹孔的小径选取更多的样本，保证测量的准确性。

优选地，所述步骤s200中的螺纹刀具体除高度外，其余轮廓和尺寸与真实螺纹孔刀具的轮廓和尺寸一致。刀具模型与螺纹孔刀具的轮廓和尺寸一致，便于利用vericut检查所有潜在的碰撞风险，保证仿真的有效性，降低真实加工的风险。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明通过建立圆柱刀具体，降低螺纹孔大径检查难度，实现精确检查螺纹孔大径的效果；

(2)本发明通过利用仿真软件检查螺纹孔尺寸，能够有效验证真实加工的有效性和正确性，实现在仿真检查阶段保证螺纹孔理论尺寸的正确性，提高良率的效果；

附图说明

图1为仿真刀具结构示意图；

图2为刀具模型结构示意图；

图3为理论螺纹孔结构示意图；

图4为仿真螺纹孔结构示意图；

图5为零件结构示意图；

图6为数控加工螺纹孔尺寸仿真对比检查方法的流程图；

其中1-夹持体；2-刀具模型；3-螺纹刀具体；4-圆柱刀具体；5-刀具连接体；7-理论螺纹孔；8-仿真螺纹孔；9-圆柱段；10-螺纹段；11-零件。

具体实施方式

下面结合本发明的优选实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

结合附图1-6所示，一种数控加工螺纹孔尺寸仿真对比检查方法，该方法借助vericut仿真环境，实现零件11的螺纹孔尺寸仿真检查，该方法包括以下步骤：s100.在仿真环境中建立零件11加工对比模型，对比模型包括毛坯和对应该工序的理论螺纹孔7；s200.建立对应步骤s100加工工序的刀具模型2，刀具模型2包括依次连接的螺纹刀具体3和圆柱刀具体4；所述圆柱刀具体4的直径等于螺纹刀具体3的大径；s300.编写步骤s100加工工序的仿真加工程序；运行仿真加工程序，使用步骤s200建立的刀具模型2完成毛坯加工，得到具有圆柱段9和螺纹段10的仿真螺纹孔8；s400.测量仿真螺纹孔8圆柱段9的直径，得到的圆柱段9的直径即为仿真螺纹孔8螺纹段10螺纹的大径；s500.测量仿真螺纹孔8螺纹段10的小径和螺距，得到仿真螺纹孔8螺纹段10的小径和螺距，完成仿真螺纹孔8加工尺寸的检查。本实施例中，对比模型、刀具模型、机床模型以及夹具模型均采用ug建立，并转换为stl模型，接着让vericut系统可以直接读入对比模型、刀具模型2、机床模型以及夹具模型进入vericut系统，完成数控仿真需要的模型在vericut中的虚拟建模。选用的机床型号为ucp800，是一种双摆台五轴联动立式加工中心。需要说明的是，刀具以及夹具根据零件11做相应的选择，在本领域内为现有技术，在此不作详细叙述。

工作原理：

如图5所示零件11上的螺纹孔是一螺纹通孔，螺纹长度为h，螺距p为2mm，内径6.53mm，外径10mm。建立机床ucp800、夹具的3d模型，建立刀具模型2，螺纹刀具体3的螺距为2mm，内径6.53mm，外径10mm，高度h为4mm，圆柱刀具体4的高度为w，为保证仿真加工结果的有效性，h和w需满足：h+w≤h。在mastercam建立加工程序，并导入vericut中，在vericut环境下开始运行仿真加工，得到如图3所示的仿真螺纹孔8，得到的仿真螺纹孔8上部为圆柱段9，下部为螺纹段10，测量得到圆柱段9的直径为d’，螺纹段10的螺距为p’、内径为d’。根据仿真结果对螺纹孔尺寸进行检查：

(1)螺纹孔内径、外径的尺寸公差带分别为[δ11,δ12]和[δ21,δ22]，对螺纹孔尺寸进行检查。当：d+δ11<d’<d+δ12且d+δ21<d’<d+δ22时螺纹孔仿真加工尺寸合格。

(2)螺纹孔螺距尺寸公差带为[δ31,δ32]，对螺纹孔螺距尺寸进行检查,当螺纹孔孔距的尺寸满足：p+δ31<p’<p+δ32时螺纹孔仿真加工尺寸合格。

实施例2：

为更好的实施本发明，检查出所有潜在的碰撞风险，保证仿真的有效性，在实施例1的基础上，结合附图1-5，进一步地，所述步骤s200中的刀具模型2还包括与圆柱刀具体4连接的用于连接刀具模型2与机床的夹持体1。

实施例3：

为更好的实施本发明，检查出所有潜在的碰撞风险，保证仿真的有效性，在实施例2的基础上，结合附图1-5，进一步地，所述步骤s200中的刀具模型2还包括一端与圆柱刀具体4连接且另一端与夹持体1连接的刀具连接体5。

实施例4：

为更好的实施本发明，便于加工后测量仿真螺纹孔7的螺距尺寸选取更多的样本，保证测量的准确性，在实施例1的基础上，结合附图1-5，进一步地，所述步骤s200中螺纹刀具体3的高度不小于理论螺纹孔7螺纹螺距的两倍。

实施例5：

为更好的实施本发明，便于加工后测量仿真螺纹孔的小径选取更多的样本，保证测量的准确性，在实施例1的基础上，结合附图1-5，进一步地，所述步骤s200中的螺纹刀具体3和圆柱刀具体4的高度之和不大于理论螺纹孔7的高度。

实施例6：

为更好的实施本发明，便于利用vericut检查所有潜在的碰撞风险，保证仿真的有效性，降低真实加工的风险，在实施例1的基础上，结合附图1-5，进一步地，所述步骤s200中的螺纹刀具体3除高度外，其余轮廓和尺寸与真实螺纹孔刀具的轮廓和尺寸一致。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。