基于UG&VERICUT一體化數(shù)控仿真加工平臺的研究*

曹忠亮，孫文才

(1.齊齊哈爾大學(xué) 機電工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾　161006；2.中國三峽集團，成都　610023)

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基于UG&VERICUT一體化數(shù)控仿真加工平臺的研究*

曹忠亮1，孫文才2

(1.齊齊哈爾大學(xué) 機電工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾161006；2.中國三峽集團，成都610023)

摘要：論文結(jié)合UG的三維建模功能和VERICUT三維運動仿真功能，構(gòu)建了UG&VERICUT數(shù)控仿真虛擬加工平臺，利用UG中的CAD模塊建立了數(shù)控仿真機床、被加工對象及毛坯的參數(shù)三維模型，同時實現(xiàn)在CAM模塊中完成了對被加工零件的刀具軌跡生成，并運用后處理模塊生成了可被機床直接執(zhí)行的數(shù)控G代碼;在VERICUT環(huán)境里，創(chuàng)建機床三維仿真運動結(jié)構(gòu)，機床各部分結(jié)構(gòu)以及被加工對象的STL模型都由UG輸出并導(dǎo)入VERICUT中，同時調(diào)入數(shù)控加工G代碼的，實現(xiàn)了數(shù)控加工過程動態(tài)仿真，對刀具軌跡了正確性進行驗證，并同時進行加工質(zhì)量檢驗，實現(xiàn)了數(shù)控加工的動態(tài)仿真和加工過程的檢驗的一體化全過程，保證了數(shù)控程序的正確性，從而縮短生產(chǎn)時間，提高生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：UG;數(shù)控仿真;VERICUT；模擬加工

0引言

數(shù)控技術(shù)水平的高低是衡量一個國家制造業(yè)能力的重要標(biāo)志。隨著計算機輔助設(shè)計與制造技術(shù)(即CAD/CAM)的不斷發(fā)展,數(shù)控仿真技術(shù)也已經(jīng)成為數(shù)控領(lǐng)域中一個非常重要的研究方向[1-3]。目前美國等發(fā)達國家都已形成由高校、研究所、政府等組成的多層次研究組織，例如：美國Maryland大學(xué)的CIM實驗室、美國Chicago虛擬現(xiàn)實研究所等[4-5]。通過對虛擬零件的模擬加工，能檢驗出在實際加工中可能遇到的各種問題和錯誤，因此數(shù)控仿真技術(shù)能降低生產(chǎn)成本,降低產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。本文利用了一款功能非常強大的數(shù)控機床仿真與分析軟件VERICUT與三維軟件UG相結(jié)合,建立了虛擬的三軸立式銑床及其刀具庫,并利用其完成了典型零件的仿真三軸加工平臺的設(shè)計。

1機床模型建立及程序生成

1.1機床模型建立

在VERICUT中有兩種方法構(gòu)建機床。一種是通過VERICUT自身的簡單建模工具建立機床模型，另一種則是使用其他建模軟件先建立好機床模型，再將機床模型文件導(dǎo)出VERICUT可以接受的文件格式。又由于VERICUT自身環(huán)境下的三維模塊不是很強大，僅僅只能定義例如Block(立方體)、Cone(圓錐體)、Cylinder(圓柱體)三類簡單形狀模型及其組合的一般復(fù)雜模型。但是為了與現(xiàn)實加工的機床保持一致性，需要建立模擬實際情況下的機床，所以對于機床中的各模型形狀都比較復(fù)雜，因此我們先利用UG強大的三維建模功能完成虛擬環(huán)境下機床的實體模型的建立，然后將建好的機床模型文件導(dǎo)出為.stl格式文件，并導(dǎo)入VERICUT用以構(gòu)建所需的機床。

本文選定采用立式微型數(shù)控銑床如圖1為模型建立了機床床身尺寸(長×寬×高)為2946mm×2000mm×2032mm，圖2為UG環(huán)境下的立式微型數(shù)控銑床圖。機床的加工過程為：加工零件通過卡具固定在工作臺上能實現(xiàn)X軸與Y軸兩個方向的進給運動；將銑刀裝夾在主軸箱上，能夠沿著Z軸方向進行運動，從而實現(xiàn)對毛坯銑削加工，表1為數(shù)控銑床的主要技術(shù)參數(shù)。

表1　數(shù)控銑床的主要技術(shù)參數(shù)

圖1　立式微型數(shù)控銑床圖

圖2　UG環(huán)境下的立式微型數(shù)控銑床圖

1.2數(shù)控程序自動生成

數(shù)控編程作為數(shù)控機床加工階段最重要的內(nèi)容之一，通過分析零件圖樣來確定加工工藝；通過計算走刀軌跡來確定到位數(shù)；編寫和校對數(shù)控加工程序和首件的適切[6-7]。

(1)UG出現(xiàn)了加工界面如圖3所示，選擇創(chuàng)建程序按鈕，在創(chuàng)建程序?qū)υ捒蛑休斎氤绦蛎Q，加工需要粗加工和精加工，所以我們分別創(chuàng)建兩組加工程序分別名命為粗加工和精加工，然后單擊確定。

圖3　加工界面圖

(2)在加工界面的左側(cè)選擇操作導(dǎo)航器—程序順序?qū)υ捒?，單擊鼠?biāo)右鍵選擇幾何視圖后在操作界面上出現(xiàn)操作導(dǎo)航器—幾何對話框，然后選擇機床坐標(biāo)，這樣機床坐標(biāo)系就完成了。

(3)在操作導(dǎo)航器—加工方法中選擇已經(jīng)建立好的操作，單擊右鍵選擇后處理系統(tǒng)會彈出個后處理對話框如圖4，在后處理的對話框中的后處理器中選擇加工方法。然后對后處理的文件進行命名并保存，由于UG軟件加工默認(rèn)的是英寸，所以進行后處理操作注意轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式，在后處理對話框中的設(shè)置中選擇毫米，單擊應(yīng)用并確定就可以查看我們所生成的程序文本如圖5所示然后選擇確定直到后處理操作完成。

圖4　后處理對話框圖

圖5　程序文本圖

2VERICUT 虛擬環(huán)境

2.1三維模擬機床及仿真過程

下面先輸出機床床身，即在仿真過程中不運動的部件。選擇文件—導(dǎo)出—stl命令，彈出對話框，這里可以設(shè)置輸出模型的公差，公差的大小會影響stl文件的大小。完成機床模型輸出后，接下來將輸出的模型導(dǎo)入VERICUT[8-9]。圖6為在VERICUT環(huán)境下建立機床后的組件樹對話框，圖7為VERICUT下數(shù)控加工仿真的總體流程，表2 為VERICUT下的模型文件名類型。

在模擬加工過程中，可以把VERICUT集成在UG軟件中，打開vericut安裝目錄,在\windowscommands下找到 ugv_nx.bat，把其發(fā)送到桌面，雙擊ugv_nx.bat圖標(biāo)，進入加工模塊，你會發(fā)現(xiàn)工具欄多了一個圖8所示的圖標(biāo)。

圖6　組件樹對話框圖

圖7　VERICUT下數(shù)控加工仿真的總體流程

VERICUT下的模型文件名床身.stl橫梁.stl豎梁.stlZ軸.stl刀具.stl卡具.stl毛坯件.stl零件.stl

圖8　vericut 在UG環(huán)境中的圖標(biāo)

這就是一個UG里的vericut圖標(biāo)，選中需要進行仿真的刀具軌跡,點擊加工操作導(dǎo)航器中vericut圖標(biāo)，彈出的對話框中設(shè)置基本的參數(shù),比如加工毛坯,模型等等，點擊確認(rèn)按鈕，就可以打vericut軟件，然后就可以加工仿真[10-11]。

2.2刀具的參數(shù)化

因為NC代碼不像刀具源文件一樣包含刀具形狀、尺寸的描述，因此必須在vericut中建立刀具庫(.tls)文件，并進行合理的參數(shù)設(shè)置；同時可以建立優(yōu)化刀具庫(.olb)文件。

圖9為打開任意一個刀具記事本的“.tls”文件。從圖中程序信息我們可以發(fā)現(xiàn)，記事本文件中包括刀具型號和名稱、加工工序名稱、刀具用途、刀具尺寸的描述等加工過程中的所有信息。本文采用運用VC開發(fā)工具，對VERICUT中的刀具部分進行二次開發(fā)，把加工過程中所有用到的刀具的信息與刀具庫建立一種數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，通過刀具信息的編輯公式就可任意設(shè)置刀具，便于對刀具的替換和修改，最后將這些信息保存成“.tls“文件更加方便保存。

圖9　刀具基本信息圖

3實例驗證

VERICUT軟件可對ApT刀位軌跡和G代碼刀位軌跡文件的模擬。ApT代碼文件由CAM系統(tǒng)輸出。這種代碼是中間過渡性文件，不能被數(shù)控機床直接調(diào)用。在應(yīng)用于數(shù)控機床加工前，須經(jīng)后置處理轉(zhuǎn)化成包含所使用數(shù)控機床特定G代碼格式的文件，VERICUT軟件中可實現(xiàn)代碼轉(zhuǎn)換以提高程序?qū)?shù)控設(shè)備的適應(yīng)性。

在UG的加工環(huán)境中創(chuàng)建加工程序，選擇合理的刀具，選擇加工方式生成NC程序后刀具軌跡如圖10所示。

將從UG中構(gòu)建好的毛坯模型的輸出文件．調(diào)入到VERICUT軟件中，將毛坯在機床上放置好，選定好合理的坐標(biāo)系，然后調(diào)取加工工序?qū)?yīng)的刀具進行模擬加工。仿真加工的過程與加工所完成零件如圖11和圖12所示。

VERICUT中驗證加工精度一般有兩種方法：第一種在VERICUT的工具欄選擇分析—測量進行人工測量：第二種在組件樹中選擇附屬鍵按鈕，系統(tǒng)自動彈出對話框選擇工具欄中的分析—自動比較進行測量，在本文設(shè)計中選擇自動對比測量，在菜單中選擇過切和殘留的顏色,設(shè)置后的形式如圖13所示。

圖10　UG環(huán)境下仿真軌跡圖

圖11　機床模擬加工過程圖

圖12　工件裝卡圖

圖13　設(shè)置完的自動比較對話框圖

4結(jié)束語

本文通過以上的設(shè)計工作，可以證明了利用UG和VERIUT仿真軟件構(gòu)建數(shù)控仿真平臺是一種行之可效的方法。從更廣泛的應(yīng)用上講，該方法設(shè)計靈活，設(shè)計范圍寬，可操作性大，尤其在刀具庫的建立過程中，引入了參數(shù)化建模，可以大大縮短設(shè)計時間，容易驗證加工程序的正確性，提高加工效率。該項技術(shù)在實際加工過程中有很強的經(jīng)濟性和實用性，具有一定的應(yīng)用前景。

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(編輯李秀敏)

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——本刊編輯部

Research on Integration of CNC Machining Simulation platform Based on UG & VERICUT

CAO Zhong-liang1,SUN Wen-cai2

(1.College of Mechanical Engineering,Qiqihar University, Qiqihar Heilongjiang 161006,China;2.China Three Gorges Corporation,Chengdu 610023,China)

Abstract：Through combining with 3d modeling function of UG and three-dimensional motion simulation function of VERICUT，UG&VERICUT NC simulation virtual processing platform is constructed. Simulation of nc machine tools is established based on the UG CAD module, the processed object and the parameters of the blank 3 d model, and module is completed for the tool path of processed spares in the CAM, and using the post-processing module generated can be directly executed machine tool CNC G code; the movement simulation of machine three-dimensional structure is created in vericut environment, in all parts of machine tool structure and the STL model of the object being processed by UG output and imported into the vericut, transferred to nc machining of the G code at the same time, the dynamic simulation of nc machining process, the tool path was verified, and processing quality inspection at the same time, the whole process dynamic simulation and machining process of NC machining verification of integration, which ensures the correctness of NC program, so as to shorten production time and improve production efficiency.

Key words：UG; numerical simulation; VERICUT; simulation of machining

中圖分類號：TH164;TG65

文獻標(biāo)識碼：A

作者簡介：曹忠亮(1983—)，男，達斡爾族，黑龍江齊齊哈爾人，齊齊哈爾大學(xué)講師，博士研究生，研究方向為CAD/CAM，虛擬制造與數(shù)控加工仿真方面的技術(shù)研究，(E-mail)caoliang-8302@163.com。

*基金項目：齊齊哈爾市科技局項目(GYGG-201316)；齊齊哈爾大學(xué)教學(xué)教研項目(2014076)

收稿日期：2015-03-19；修回日期：2015-04-19

文章編號：1001-2265(2016)01-0127-04

DOI:10.13462/j.cnki.mmtamt.2016.01.035