基于VERICUT的數(shù)控加工仿真驗證

劉東曉，董　曉，張傳峰

(1.中航工業(yè)洛陽電光設備研究所，河南 洛陽 471009；2.洛陽天浩泰軌道裝備制造有限公司，河南 洛陽 471002)

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基于VERICUT的數(shù)控加工仿真驗證

劉東曉1，董曉1，張傳峰2

(1.中航工業(yè)洛陽電光設備研究所，河南 洛陽 471009；2.洛陽天浩泰軌道裝備制造有限公司，河南 洛陽 471002)

摘要：UG軟件加工模塊生成的刀軌需要通過后置處理轉(zhuǎn)化為數(shù)控機床可以識別的G代碼，才可以被不同數(shù)控系統(tǒng)的機床所識別。由于數(shù)控系統(tǒng)不同，機床結構不同，使得不同機床的后置處理差異很大。通過應用數(shù)控加工仿真技術，可在實驗室對UG軟件加工模塊產(chǎn)生的G代碼的正確性進行驗證，模擬數(shù)控程序加工和機床運行來減少實際切削加工，并提高加工效率，優(yōu)化切削參數(shù)。數(shù)控加工仿真是虛擬制造的基礎技術之一,在基于VERICUT環(huán)境對UG加工模塊切削刀軌仿真、驗證和優(yōu)化的基礎上，闡明了全過程數(shù)控加工仿真優(yōu)化的概念，并探討了其特點和優(yōu)點，指明了VERICUT軟件在實現(xiàn)制造業(yè)信息化方面的作用和意義。

關鍵詞：VERICUT環(huán)境；UG；加工仿真；優(yōu)化

隨著制造技術的不斷進步，現(xiàn)代制造技術逐漸向集成化發(fā)展，利用仿真加工，可以消除數(shù)控加工程序中的錯誤，如切傷工件、損壞夾具、折斷刀具和碰撞機床等；可以減少機床的加工時間，減少實際的切削驗證，使其完美地完成第1個工件成為可能；可以減少廢品和重復工作，大幅度提高加工效率，改善加工質(zhì)量，并降低生產(chǎn)成本，對現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

VERICUT軟件是美國CGTech公司開發(fā)的基于Windows以及UNIX系統(tǒng)平臺的程序驗證、機床模擬和程序優(yōu)化軟件。VERICUT軟件能仿真機床行為和它的控制器，能夠真實反應數(shù)控編程的刀具運動軌跡、工件過切情況和刀具、夾具運動干涉等錯誤，甚至可以直接代替實際加工中試切的工作；同時，VERICUT軟件的優(yōu)化功能，可以根據(jù)加工材料、機床參數(shù)對數(shù)控加工程序進行優(yōu)化，大大提高機床加工效率，減少不適當參數(shù)對機床的損傷[1]。

本文將結合實際工作中使用VERICUT軟件的情況，對VERICUT軟件在驗證機床后置處理、仿真數(shù)控程序等方面的應用做相應介紹。

1應用VERICUT軟件驗證機床后置處理

1.1應用VERICUT軟件制作機床

數(shù)控機床的控制器不同，所使用的NC程序格式就不一樣。在NX CAM中生成零件加工刀軌，但刀軌數(shù)據(jù)不能直接驅(qū)動機床，應經(jīng)過處理轉(zhuǎn)換成特定機床控制器能接受的NC程序格式，這一過程就是后處理。

傳統(tǒng)上，制作新機床的后置處理應在機床上不斷試切、糾錯和修改后置處理，大量占用機床加工時間，同時不完善的后置處理極易造成機床碰撞、干涉，對機床安全影響很大。

VERICUT軟件能仿真機床行為和它的控制器，能夠真實反應加工過程中遇到的各種問題，使驗證后置處理的工作就變得及其簡單，包括：1)通過VERICUT軟件，按機床實際尺寸與控制系統(tǒng)搭建機床；2)編制具體零件加工數(shù)控程序，應用VERICUT軟件驗證后置處理正確性。

本文以MAHO 60P機床為例，說明VERICUT軟件制作機床的過程。在UG軟件里確定工作坐標系(坐標系原點在C工作臺上表面中心，X、Y、Z軸正方向符合右手定則)，安裝機床部件實際尺寸建立MAHO 60P機床模型(見圖1a)；將部件Base、A、C、X、Y、Z和Spindle分別轉(zhuǎn)換為stl格式文件，在VERICUT軟件里新建名為60P的Project，建立機床結構樹(見圖1b)，分別按部件Base、A、C、X、Y、Z和Spindle輸入stl格式的零件結構，保存名為60P的機床(見圖 1c)；最后設定機床控制系統(tǒng)為heimplus。

圖1　VERICUT軟件制作MAHO 60P機床

對于另一類旋轉(zhuǎn)矢量為(0，-1，1)的非正交機床MAHO 50V，應用VERICUT軟件建立機床模型的步驟為：1)收集分析MAHO 50V機床各個部件之間的運動關系；2)收集機床部件之間相對位置關系。在UG建模模塊中根據(jù)收集的MAHO 50V機床各部件的相對位置關系與結構尺寸，建立MAHO 50V機床的整體模型，再分別按部件Base、A、C、X、Y、Z和Spindle等輸出stl格式的文件，在VERICUT軟件中根據(jù)機床運動關系搭建零件模型，注意該機床采用45°斜面達到工作臺的立臥轉(zhuǎn)換，即該機床的B軸繞矢量(0，-1，1)旋轉(zhuǎn)，并且B軸旋轉(zhuǎn)中心與C工作臺中心有偏移，在VERICUT軟件中組建機床時應把偏移量寫入B軸相對于上級組件位置，并相對于坐標系統(tǒng)定位做45°旋轉(zhuǎn)，其機床模型樹如圖2a所示；選擇控制系統(tǒng)為heiplus，制作了MAHO 50V機床(見圖2b)。

對于搖籃式機床，例如MIKRON UCP800,應注意A旋轉(zhuǎn)軸與C工作臺有偏置距離，應寫入其相對于上級組件位置；同理，根據(jù)上述制作機床的步驟，制作了Mickron UCP800(見圖2c)。

圖2　VERICUT軟件制作的MAHO 50V與UCP800機床

1.2在VERICUT軟件中驗證UG后置處理

在UG軟件中建立數(shù)控加工刀軌，通過UG與VERICUT軟件接口，調(diào)入機床模型、控制系統(tǒng)和刀具，設置坐標點，以UG后置處理后的G代碼為數(shù)控程序，驗證MAHO 60P后處理的正確性，仿真過程如圖3所示。

圖3　VERICUT軟件仿真

為了驗證Heidenhain iTNC530系統(tǒng)后置處理的正確性，編制葉輪數(shù)控銑削的數(shù)控程序，應用VERICUT軟件對UCP800機床后置處理進行驗證[2-3](見圖4)。經(jīng)驗證可知，通過查驗VERICUT軟件的仿真結果，不斷修改后置處理，可以大量減少實際機床切削時間，在實驗室完成后置處理的制作，并在實際機床上做出合格的葉輪零件。

圖4　刀軌與VERICUT軟件(對UCP 800　機床后置處理)仿真

同理，對上述同一葉輪，編制數(shù)控銑削程序，應用VERICUT軟件對使用millplus系統(tǒng)的MAHO 50V機床后置處理進行驗證，機床仿真情況和實際機床加工情況如圖5所示。

圖5　刀軌與VERICUT軟件(對MAHO 50V　機床后置處理)仿真

2應用VERICUT軟件驗證UG數(shù)控程序

2.1數(shù)控程序驗證技術

為數(shù)控機床生成完美的NC程序是一件復雜的工作。編程人員的最終目標是編制出高效、快速、安全和準確無誤的NC加工程序，在這個過程中有許多障礙，而且程序越復雜，出錯的可能性就越大。

利用VERICUT軟件的NC程序檢測技術可以幫助制造者，確保零件加工的準確和安全。

2.2應用VERICUT驗證UG數(shù)控程序

為驗證UG數(shù)控程序，首先應在UG軟件中做出刀軌。根據(jù)零件的裝夾方法，建立加工坐標系，對應于裝夾的對刀零點。在每個加工坐標系下生成的刀軌分別屬于自己的程序組，以便于出程序。根據(jù)工件尺寸，選擇合適的刀具，然后依零件的幾何線條形狀，把零件分割成一些封閉的曲線、開放的曲線、腔體和孔等幾何元素，分別按平面銑(Planar_mill)、型腔銑(Contour_mill)和鉆孔(drill)等加工方式建立刀軌。

加工機床采用瑞士米克朗公司的UCP800五軸數(shù)控機床，其采用iTNC530控制系統(tǒng)。首先利用UCP800機床的后處理程序，把制作好的刀軌分程序組制作成后綴名為ptp的數(shù)控程序文件，啟用UG與VERICUT軟件的接口，設置設計件為零件幾何體，鑄造件為毛胚幾何體，對G代碼刀軌進行仿真，參數(shù)設置如圖6所示。

圖6　UG與VERICUT軟件接口設置與接口選項

啟動VERICUT軟件,調(diào)用機床文件Mikron_UCP8000_Duro.mch，控制系統(tǒng)文件調(diào)用hei530.ctl，在“Attach”里添附組件fixture(夾具)，分別把預前做好的stl格式的工裝1和工裝2，用配對的方法安放在機床中合適的位置。Mikron UCP8000 Duro機床VERICUT軟件的項目樹圖如圖7所示，其機床-工件圖如圖8所示。

圖7　項目樹圖　　　　　圖8　機床-工件圖

運行仿真之后，選擇VERICUT軟件的“分析-自動比對”功能，把>0.05 mm的過切設置為紅色，“毛胚組件”欄內(nèi)選擇“Stock”, “圖案顯示”和“比較方法”選擇為“Solid”, “比較類型”選擇“Excess”項, 選取“校驗圖案的一致性”和“保留設計毛胚”，具體設置如圖9所示。不同尺寸范圍過切與殘余顏色設置如圖10所示。自動比對結果在窗口顯示出加工零件和設計CAD 模型的誤差分析圖和分析報告(見圖11)。

此外，也可以用不同顏色分別代表0.1～0.3 mm過切量Gouge和殘留量Excess，對加工刀軌進行仿真，VERICUT軟件可以指出出錯的程序段，通過重新在UG軟件中制作刀軌，反復驗證，最后得到符合實際需要的刀軌[4]。而借助于軟件中的日志，可以明確地知道每條出錯的程序、出錯的性質(zhì)，通過對出錯程序進行分析，可以在最短時間內(nèi)對程序加以完善。

圖9　自動比對設置　　　　圖10　過切情況與殘　余顏色設置

圖11　自動比對結果

3結語

在數(shù)控加工行業(yè)，應用VERICUT軟件可以根據(jù)實際機床的參數(shù)制作虛擬機床，在實驗室中驗證刀軌，分析數(shù)控程序的過切與殘留，預見機床的干涉與碰撞，甚至對切削參數(shù)進行優(yōu)化，這在實現(xiàn)制造業(yè)信息化方面有重要的作用和深遠的意義。

參考文獻

[1] 周小春，趙衛(wèi)東. 基于VERICUT的全過程數(shù)控加工仿真研究與應用[J]. 中國制造業(yè)信息化，2007(13):35-37，41.

[2] 王林起，張繼忠，王晉偉. VERICUT仿真壓氣機葉輪銑削技術的研究[J]. 鐵道機車車輛，2003(s1):74-77.

[3] 楊延波. 整體式葉輪的三維造型及數(shù)據(jù)加工[J]. 新技術新工藝，2013(10):39-42.

[4] 廖萬榮. 基于VERICUT的數(shù)控加工程序切削參數(shù)優(yōu)化[J]. CAD/CAM與制造業(yè)信息化，2007(8):80-83.

責任編輯彭光宇

The NC Machining Simulation based on VERICUT

LIU Dongxiao1， DONG Xiao1， ZHANG Chuanfeng2

(1.Luoyang Institute of Electro-Optical Equipment, AVIC, Luoyang 471009, China；2.Luoyang Tihot Railway Machinery Manufacturing Co. Ltd., Luoyang 471002, China)

Abstract：The tool path generated by the manufacture module of the UG software can only been identified by the different numerical control system CNC machine through post-builder, which can translate the tool path to G code. The different CNC machine has different post-builder because of its different numerical control system and different machine tool structure. The NC machining simulation technology can validate the correctness of the G code generated by the manufacture module of the UG software in the laboratory, it makes improve processing efficiency and optimize cutting parameters possible by simulating the correct NC program processing, machine tool operating on the base of less actual machining.The NC machining simulation is one of the foundation of the virtual manufacturing technology.Based on VERICUT environment, use its simulation and optimization funnction on the cuuting path maded by UG manufacturing module, clarify the concept of the whole process of NC machining simulation and optimization, discuss its characteristic and advantage, and point out the important function and significance of vericut in the manufacturing informatization.

Key words:VERICUT environment， UG， machining simulation， optimization

收稿日期：2015-07-03

作者簡介：劉東曉(1972-)，男，工程師，碩士，主要從事機械加工工藝、數(shù)控編程與仿真等方面的研究。

中圖分類號：V 271.4

文獻標志碼:A