VERICUT7.2構(gòu)建五軸機(jī)床模型及仿真加工過(guò)程分析

許昌煙草機(jī)械有限責(zé)任公司機(jī)加二分廠 (河南 461000) 王紅賓

隨著數(shù)控技術(shù)的快速發(fā)展及廣泛應(yīng)用，機(jī)械加工零件的復(fù)雜程度及精度進(jìn)一步提高，各種合金材料、復(fù)合材料等一些難加工材料也越來(lái)越普遍，以及智能化生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理模式逐步深入，因此，數(shù)控加工的仿真技術(shù)也顯得越來(lái)越重要。利用仿真加工技術(shù)，可以消除數(shù)控程序的錯(cuò)誤，避免切傷工件及夾具，避免折斷刀具及碰撞機(jī)床，提高機(jī)床加工效率，從而達(dá)到降低加工成本的目的。

由于VERICUT7.2軟件本身建模功能的局限，本文采用在SIEMENS NX8.5軟件中建立機(jī)床模型，然后通過(guò)數(shù)據(jù)接口導(dǎo)入到VERICUT7.2軟件中。

1.建立機(jī)床模型

以一臺(tái)HEIDENHAIN系統(tǒng)的型號(hào)為HPM1150的五軸加工中心為例來(lái)具體說(shuō)明，首先確定這臺(tái)五軸加工中心的結(jié)構(gòu)及各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，這臺(tái)型號(hào)為HPM1150的五軸加工中心為主軸擺動(dòng)加工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)，表1是這臺(tái)五軸加工中心的結(jié)構(gòu)技術(shù)參數(shù)。

表1 HPM1150五軸加工中心結(jié)構(gòu)技術(shù)參數(shù)

知道了機(jī)床的各項(xiàng)結(jié)構(gòu)技術(shù)參數(shù)，就可以在SIEMENS NX8.5軟件中根據(jù)機(jī)床的實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸去建立機(jī)床模型了。要注意的是在NX8.5軟件中建立的機(jī)床模型每個(gè)部件都要是獨(dú)立的，不能對(duì)各個(gè)部件進(jìn)行布爾運(yùn)算合成一個(gè)整體，否則機(jī)床模型導(dǎo)入到VERICUT7.2仿真軟件中后無(wú)法分解，從而無(wú)法建立各個(gè)可以移動(dòng)的線性軸。機(jī)床模型在NX8.5軟件中建立好之后，保存為“STEP或 STL”格式，以便于向VERICUT7.2仿真軟件中進(jìn)行輸入。圖1所示為在SIEMENS NX8.5軟件中建立的HPM1150五軸加工中心的機(jī)床模型。

在NX8.5軟件中把機(jī)床模型建立好之后，把文件保存為“STEP或STL”格式，退出NX8.5軟件。

圖1

2.構(gòu)建HPM1150機(jī)床仿真模型

現(xiàn)在打開(kāi)VERICUT7.2仿真軟件，新建一個(gè)項(xiàng)目，選擇毫米 (mm)單位，把“顯示機(jī)床組件”置為激活狀態(tài)，然后在左側(cè)項(xiàng)目樹(shù)里選中“Base(000)”選項(xiàng)，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，在右鍵選項(xiàng)里選擇“添加模型”→“模型文件”，在此，找到上面所保存的“STEP或STL”格式的機(jī)床模型文件，全部選中打開(kāi)之后，在NX8.5軟件中建立機(jī)床模型組件就會(huì)導(dǎo)入到VERICUT7.2軟件中來(lái)，可以把每個(gè)組件設(shè)定不同的顏色，如圖2所示。

圖2

機(jī)床模型組件導(dǎo)入至VERICUT7.2軟件中后，就可以根據(jù)HPM1150機(jī)床的實(shí)際狀態(tài)在VERICUT7.2軟件中去建立仿真機(jī)床模型，首先在“控制”選項(xiàng)里為機(jī)床選擇控制系統(tǒng)，HPM1150五軸聯(lián)動(dòng)加工中心的系統(tǒng)為 HEIDENHAIN iTNC530系統(tǒng)，然后在“機(jī)床”選項(xiàng)里選擇機(jī)床的型號(hào)，接著在“Base(000)”選項(xiàng)下面去分配X/Y/Z各線性軸及A/C各旋轉(zhuǎn)軸。首先來(lái)建立Y線性軸，仍然是選中“Base(000)”選項(xiàng)，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，在右鍵選項(xiàng)里選擇“添加”→“Y線性”，這時(shí)候在項(xiàng)目樹(shù)里“Base(000)”下面就建立了一個(gè)“Y(0，0，0)”的線性軸，把上面導(dǎo)入至VERICUT7.2軟件中代表機(jī)床Y軸的組件剪切拷貝至“Y(0，0，0)”的線性軸下面，至此，就把仿真機(jī)床的Y軸建立好了。如圖3所示，可以打開(kāi)“項(xiàng)目”菜單下的“手工數(shù)據(jù)輸入”選項(xiàng)來(lái)檢查一下是否成功建立了Y線性軸，如圖4所示。

圖3

圖4

上面介紹了 Y線性軸的建立方法，由于HPM1150五軸加工中心的結(jié)構(gòu)是Z軸附屬在Y軸之上，A旋轉(zhuǎn)軸附屬在Z軸之上，主軸附屬在A軸之上，所以在VERICUT7.2軟件中建立Z線性軸的時(shí)候仍然要讓它附屬在Y線性軸之下，把A旋轉(zhuǎn)軸附屬在Z軸之下，把主軸附屬在A旋轉(zhuǎn)軸之下，同樣的辦法去建立X線性軸和C旋轉(zhuǎn)軸，把機(jī)床的其他不做仿真運(yùn)動(dòng)的組件一同放在 Other(0，0，0)選項(xiàng)下面，圖5所示是建立好的HPM1150五軸加工中心仿真模型的各線性軸和旋轉(zhuǎn)軸。

圖5

3.SIEMENS NX8.5軟件與VERICUT7.2機(jī)床仿真軟件的無(wú)縫連接

由于VERICUT7.2仿真軟件本身建模功能的局限，所以更習(xí)慣把CAM軟件中的刀路軌跡模型直接導(dǎo)入至VERICUT7.2仿真軟件中，這樣就可以不用再在VERICUT7.2仿真軟件中去建立仿真加工零件的模型，從而提高的工作效率，下面來(lái)具體講解一下實(shí)現(xiàn)SIEMENS NX8.5軟件與VERICUT7.2機(jī)床仿真軟件無(wú)縫連接的方法。

(1)建立新的環(huán)境變量。要想實(shí)現(xiàn)SIEMENS NX8.5軟件與VERICUT7.2軟件的無(wú)縫連接，需要建立新的“環(huán)境變量”，在電腦桌面上右鍵“我的電腦”選屬性→高級(jí)→環(huán)境變量，打開(kāi)“環(huán)境變量”對(duì)話框，新建表2中的幾個(gè)環(huán)境變量。

表2 NX8.5軟件與VERICUT7.2軟件無(wú)縫連接所需的環(huán)境變量

注:表2中的變量名是固定不變的，而變量值的盤(pán)符是根據(jù)VERICUT7.2軟件安裝的具體位置而定的，如果VERICUT7.2軟件安裝在了C盤(pán)，那么變量值的盤(pán)符就是C。另外，如果安裝目錄X:ProgramFilesCGTechVERICUT7.2.1windows xNX8.5里沒(méi)有 NX8.5文件夾，可以把里面的NX8.0或NX7.0復(fù)制出來(lái)重命名為NX8.5，再把此文件夾重新拷貝至原來(lái)的位置即可。如果安裝的SI-EMENS NX軟件是其他的版本，那么在UGII_VENDOR _DIR變量中，變量值接口指向相應(yīng)的NX版本接口文件即可。

所需的環(huán)境變量建立好之后，確定，關(guān)閉環(huán)境變量對(duì)話框，打開(kāi)的SIEMENS NX8.5軟件，進(jìn)入“加工”模塊，這時(shí)候，在“工具”下拉菜單里會(huì)有“VERICUT”選項(xiàng)，在工具條圖標(biāo)欄里會(huì)出現(xiàn)“VERICUT”快捷方式圖標(biāo)，如圖6所示。

圖6

(2)在NX8.5軟件中建立加工模型并直接導(dǎo)入至VERICUT7.2仿真軟件中。在SIEMENS NX8.5軟件中做好刀路軌跡以后，點(diǎn)擊NX8.5軟件工具條圖標(biāo)欄里的“VERICUT”快捷方式圖標(biāo)，打開(kāi)“VERICUT Interface”對(duì)話框，如圖7所示。

圖7

在“VERICUT Interface”對(duì)話框里，在“Active Program Group(s)”選項(xiàng)里顯示了工位的加工程序，可以對(duì)這些內(nèi)容進(jìn)行增減，在“選項(xiàng)/幾何體”下面的選項(xiàng)里可以選擇加工部件，設(shè)置毛坯，指定檢查體和部件的位置 (即是指定部件的加工坐標(biāo)系)，在“NC Program File(s)”選項(xiàng)里選定通過(guò)后處理文件生成的加工程序/子程序，上面的選項(xiàng)設(shè)定好之后，點(diǎn)擊對(duì)話框下面的“Output and Run”選項(xiàng)，就可以直接打開(kāi)VERICUT7.2軟件，在NX8.5軟件中建立的模型、毛坯、坐標(biāo)系以及刀具等都會(huì)直接在VERICUT7.2軟件中顯示出來(lái)，如圖8所示。

圖8

模型文件導(dǎo)入VERICUT7.2軟件中后，還需要在左側(cè)的項(xiàng)目樹(shù)中指定機(jī)床的控制系統(tǒng)，這里選擇HEIDENHAIN iTNC530系統(tǒng)，然后選擇機(jī)床，這里選擇HPM1150五軸加工中心。

4.仿真加工方法及步驟

這里以上一步導(dǎo)入VERICUT7.2軟件中的葉輪模型為例來(lái)。模型從NX8.5軟件中導(dǎo)入過(guò)來(lái)以后，首先在項(xiàng)目樹(shù)里配置機(jī)床系統(tǒng)，然后選擇機(jī)床，在Fixture(0，0，0)/Stock(0，0，0)分支下會(huì)自動(dòng)顯示從NX8.5中導(dǎo)入的模型，在“坐標(biāo)系統(tǒng)”分支下可以建立多個(gè)坐標(biāo)系，在“G代碼偏置”分支下添加“程序零點(diǎn)”，然后對(duì)程序零點(diǎn)進(jìn)行配置，針對(duì)不同結(jié)構(gòu)的機(jī)床選擇不同的配置方式，這里根據(jù)HPM1150加工中心的結(jié)構(gòu)，選擇從組件 (A旋轉(zhuǎn)軸)到坐標(biāo)原點(diǎn) (Stock _origin)的配置方式，也可以在此選項(xiàng)里靈活的調(diào)整坐標(biāo)原點(diǎn)的位置，如圖9所示，接下來(lái)來(lái)添加刀具，如果項(xiàng)目是通過(guò)NX8.5與VERICUT7.2無(wú)縫連接建立起來(lái)的，那么在NX8.5中所用的刀具會(huì)自動(dòng)加載到VERICUT7.2中來(lái)，也可以打開(kāi)“刀具管理器”自己建立刀具，如圖10所示，最后來(lái)添加數(shù)控程序及子程序。至此，完成了仿真前的所有準(zhǔn)備工作。

圖9

圖10

當(dāng)工位的各個(gè)節(jié)點(diǎn)配置完成好之后，重置模型，接著就可以對(duì)零件進(jìn)行仿真加工，如圖11所示。

圖11

5.結(jié)語(yǔ)

利用VERICUT軟件對(duì)機(jī)械零件進(jìn)行仿真加工，能幫助驗(yàn)證并優(yōu)化數(shù)控加工程序，避免機(jī)床碰撞工件或夾具，延長(zhǎng)刀具壽命，消除零件試切。另外，把SIEMENS NX8.5軟件與VERICUT7.2機(jī)床仿真軟件進(jìn)行無(wú)縫連接，可以把NX8.5中的模型、坐標(biāo)系、刀具等信息直接轉(zhuǎn)換到VERICUT7.2機(jī)床仿真軟件中，這就在很大程度上縮短了編程的輔助時(shí)間，提高了數(shù)控機(jī)床的加工效率，從而縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。