VERICUT的數(shù)控仿真加工及改進(jìn)辦法分析

馮揚(yáng)

摘? 要：文章在研究中以VERICUT數(shù)控仿真加工為核心，利用CATIA軟件進(jìn)行零件實(shí)體造型，明確加工工藝與加工程序，并通過VERICUT軟件進(jìn)行零件數(shù)控仿真加工，提出VERICUT數(shù)控仿真加工的改進(jìn)與優(yōu)化，進(jìn)而保證加工效率和精度，以供參考。

關(guān)鍵詞：VERICUT軟件;數(shù)控仿真加工;優(yōu)化;模型

中圖分類號(hào)：TG659? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）10-0107-02

Abstract： This paper takes the VERICUT NC simulation machining as the core， uses the CATIA software to carry on the part solid modeling， defines the machining technology and the machining program， and carries on the part CNC simulation machining through the VERICUT software， and puts forward the improvement and optimization of the VERICUT CNC simulation machining， so as to ensure the machining efficiency and precision for reference.

Keywords： VERICUT software; CNC simulation machining; optimization; model

仿真加工主要是在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行零件加工過程的模擬和仿真，檢查數(shù)控加工程序的精準(zhǔn)性，已經(jīng)成為現(xiàn)代制造業(yè)加工的有效手段。就當(dāng)前而言，大多數(shù)仿真加工類軟件只是顯示出刀具切削零件過程，無法根據(jù)實(shí)際需求構(gòu)建機(jī)床或是刀具模型，被動(dòng)化選擇預(yù)設(shè)的仿真環(huán)境，無法實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工虛擬化。而VERICUT軟件的應(yīng)用徹底打破了這一局面，在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)加工需求構(gòu)建虛擬機(jī)床，仿真效果更好，并對(duì)加工過程進(jìn)行完全虛擬制造，模擬走刀路線，防止過切現(xiàn)象和潛在碰撞危險(xiǎn)，進(jìn)而大大提高了數(shù)控加工效率和精度。在這樣的環(huán)境背景下，探究VERICUT的數(shù)控仿真加工及改進(jìn)辦法分析具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 CATIA建模

在數(shù)控加工中，CATIA軟件是零件設(shè)計(jì)與加工中數(shù)字化造型與驗(yàn)證方式工具，屬于交互式CAD/CAM系統(tǒng)類型，可以精準(zhǔn)構(gòu)建復(fù)雜實(shí)體與造型，并具備CAM功能，而數(shù)控加工中也會(huì)使用CATIA軟件進(jìn)行加工零件實(shí)體造型。首先，利用CATIA軟件對(duì)加工件各個(gè)零部件進(jìn)行三維立體建模，并導(dǎo)出三維實(shí)體零件STL模型;其次，在VERICUT軟件中構(gòu)建各個(gè)零部件拓?fù)潢P(guān)系，將STL模型直接導(dǎo)入到VERICUT軟件中;最后，根據(jù)機(jī)床情況選擇與之相配的數(shù)控系統(tǒng)，并利用已經(jīng)構(gòu)建的拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行虛擬機(jī)床建模。其中，在CATIA軟件進(jìn)行零件三維建模的過程中，加工人員要掌握數(shù)控機(jī)床各個(gè)零部件的測(cè)量尺寸和相關(guān)數(shù)據(jù)信息，嚴(yán)格根據(jù)各個(gè)零部件間拓?fù)潢P(guān)系來裝配，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床零件實(shí)體建模。

2 VERICUT的數(shù)控機(jī)床仿真加工

在VERICUT軟件中，要利用組件樹進(jìn)行機(jī)床運(yùn)動(dòng)模型的真實(shí)描述，構(gòu)建機(jī)床組件樹模型，并通過幾何模型進(jìn)行機(jī)床仿真模型的構(gòu)建，進(jìn)而明確運(yùn)動(dòng)機(jī)床加工中的運(yùn)動(dòng)鏈，即為“工件-機(jī)架”、“刀具-機(jī)架”等兩條運(yùn)動(dòng)鏈，而機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)與直線坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)互不干擾而相互獨(dú)立。

2.1 機(jī)床設(shè)置

機(jī)床模型構(gòu)建后，加工人員要設(shè)置機(jī)床參數(shù)，在軟件菜單中找到“控制系統(tǒng)-機(jī)床設(shè)定”，對(duì)碰撞檢查系數(shù)、機(jī)床參考點(diǎn)、行程極限以及換刀位置等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行一一設(shè)定。機(jī)床建模工作全部完成后，加工人員要開始運(yùn)行虛擬機(jī)床，并設(shè)定一系列參數(shù)，讓虛擬機(jī)床根據(jù)設(shè)定的數(shù)控程序進(jìn)行運(yùn)行，避免干涉、過切、超行程或是碰撞等加工問題的出現(xiàn)。

2.2 建立刀具庫

數(shù)控機(jī)床加工中，刀具是一種有效而必要的加工工具，VERICUT仿真加工前必須構(gòu)建刀具庫文件，主要涉及到刀具切削部分、刀具夾持部分以及刀桿等相關(guān)數(shù)據(jù)信息。刀具參數(shù)設(shè)置中，選擇直徑為16mm、10mm、6mm的立銑刀和直徑為6.8mm的鉆頭，正面加工中使用夾具進(jìn)行裝夾，將工件上端面中心設(shè)定成工件坐標(biāo)系原點(diǎn)，按照加工要求來進(jìn)行刀具的選擇。同時(shí)，為了提高零件加工質(zhì)量，加工人員要正確設(shè)定切削用量，粗加工中考慮經(jīng)濟(jì)性，半精加工與精加工中，兼顧加工質(zhì)量、加工成本以及切削效率。

2.3 設(shè)定數(shù)控程序仿真加工

在VERICUT軟件應(yīng)用中，支持多種數(shù)控程序進(jìn)行零件加工文件仿真，加工人員需要利用CATIA軟件設(shè)定刀位點(diǎn)，在后置處理完成后形成G代碼數(shù)控程序，并把G代碼數(shù)控程序直接導(dǎo)入至VERICUT軟件中。同時(shí)，加工人員要在VERICUT系統(tǒng)中設(shè)定左、右加工仿真視圖，左視圖選擇機(jī)床的“切削模型”，對(duì)數(shù)控機(jī)床加工中的坐標(biāo)軸運(yùn)行軌跡進(jìn)行監(jiān)控，而右視圖選擇“工件”，對(duì)數(shù)控機(jī)床加工中的毛坯材料去除情況與走刀軌跡進(jìn)行監(jiān)控。仿真結(jié)果出來后，發(fā)現(xiàn)機(jī)床仿真中可以根據(jù)程序進(jìn)行加工，但Y軸與Z軸方向發(fā)生超行程問題，造成這一現(xiàn)象的原因主要是CATIA軟件形成的數(shù)控程序與VERICUT軟件設(shè)定參數(shù)不符合，加工人員需要把自動(dòng)生成程序調(diào)整到機(jī)床行程范圍內(nèi)，保證數(shù)控程序可以正常運(yùn)行在機(jī)床加工中。

3 VERICUT的數(shù)控加工仿真的改進(jìn)優(yōu)化

3.1 優(yōu)化刀具軌跡

VERICUT仿真優(yōu)化和改進(jìn)主要是模擬加工生產(chǎn)過程，參考數(shù)控程序中的刀具選擇及運(yùn)行軌跡，計(jì)算加工程序中的切削量，并對(duì)比切削參數(shù)值，在計(jì)算分析后，若余量過大，加工人員要降低進(jìn)給速度;若余量較小，加工人員要提高進(jìn)給速度，并修改程序，導(dǎo)入新的進(jìn)給速度，進(jìn)而保證數(shù)控加工程序的高效性與安全性。在加工切削中改進(jìn)進(jìn)給速度后，可以明顯優(yōu)化刀具路徑，減少零件加工周期，進(jìn)而達(dá)到提高加工效率的作用。同時(shí)，優(yōu)化改進(jìn)數(shù)控程序后，可以提高數(shù)控加工的平穩(wěn)性，控制加工中刀具顫振問題，防止刀具過度磨損，有效延長刀具壽命，進(jìn)而保證加工件表面質(zhì)量。在刀具軌跡優(yōu)化中，加工人員要在VERICUT軟件中導(dǎo)入加工設(shè)備與設(shè)計(jì)零件，并導(dǎo)入數(shù)控程序，做好刀具軌跡改進(jìn)與優(yōu)化的準(zhǔn)備工作，設(shè)定優(yōu)化后的程序，通過交互式界面形成刀具軌跡庫，優(yōu)化刀具記錄，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)刀具軌跡的優(yōu)化和改進(jìn)。

3.2 優(yōu)化加工仿真過程

為了防止數(shù)控加工中的超行程問題，加工人員可以選擇“fanuc0”控制程序，將CATIA軟件中構(gòu)建的虛擬機(jī)床模型，導(dǎo)入到該控制程序中，并輸入到夾具與加工零件模型，并開展虛擬機(jī)床仿真加工，觀察過程中是否存在碰撞或是干涉等問題，從菜單界面中找到“自動(dòng)比較”，對(duì)仿真加工件進(jìn)行殘留、過切對(duì)比。

3.3 優(yōu)化控制程序

在VERICUT軟件中，操作人員點(diǎn)擊項(xiàng)目樹中的“加工刀具”，進(jìn)入到刀具管理界面中，對(duì)刀具進(jìn)行優(yōu)化，右擊“添加優(yōu)化”，進(jìn)入到新的優(yōu)化指令中，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)彈出“優(yōu)化名”，操作人員選擇1號(hào)刀具優(yōu)化庫，并調(diào)整對(duì)應(yīng)的零件材料與機(jī)床名稱。重復(fù)這一操作步驟對(duì)后續(xù)刀具進(jìn)行優(yōu)化。同時(shí)，點(diǎn)擊“進(jìn)給/轉(zhuǎn)速”項(xiàng)，設(shè)定軸向切深、主軸轉(zhuǎn)速以及每分進(jìn)給等參數(shù)，并在“極限”項(xiàng)目中預(yù)設(shè)最小切削進(jìn)給率、最大切削進(jìn)給率，并將本次優(yōu)化記錄添加到刀具庫表格中。在刀具軌跡改進(jìn)完成后，操作人員點(diǎn)擊菜單界面中的“優(yōu)化控制”選項(xiàng)，并選擇優(yōu)化方式，啟動(dòng)優(yōu)化功能，在優(yōu)化文件中選擇對(duì)應(yīng)的文件保存路徑，控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)文件內(nèi)容生成文件名，操作人員可以自定更改。在材料選擇中，設(shè)定零件毛坯材料屬性，制定專門的數(shù)控加工機(jī)床，并“確定”來進(jìn)行數(shù)控機(jī)床設(shè)定。在菜單界面中，點(diǎn)擊“信息”生成圖表，并對(duì)數(shù)控模型進(jìn)行重置，并輸出已經(jīng)優(yōu)化改進(jìn)完成的數(shù)控程序文件。

4 VERICUT數(shù)控加工仿真改進(jìn)優(yōu)化結(jié)果對(duì)比

在完成數(shù)控加工仿真的改進(jìn)與優(yōu)化后，VERICUT系統(tǒng)中的NC程序文件會(huì)在工作目錄中保存，操作人員可以在主界面菜單中的“比較文件”中，查看改進(jìn)優(yōu)化前后的NC程序?qū)Ρ冉Y(jié)果。如表1所示，改進(jìn)優(yōu)化前后的NC程序?qū)Ρ惹闆r。

由此可見，改進(jìn)優(yōu)化后縮短了數(shù)控加工時(shí)間，特別是針對(duì)復(fù)雜曲面的工件，精銑型腔的改進(jìn)優(yōu)化效率已高達(dá)69.84%，改進(jìn)優(yōu)化后，數(shù)控程序段也明顯增加，減少刀具步進(jìn)距離，其切削運(yùn)動(dòng)也隨之減少，這就大大增加空行程進(jìn)給速度，并根據(jù)切削深度、角度和寬度進(jìn)行刀具進(jìn)給速度的調(diào)整，而并非是固定的切削速度。

除此之外，操作人員可以使用NC Viewer軟件進(jìn)行NC程序代碼的仿真，并對(duì)CAD/CAM軟件形成的NC程式進(jìn)行檢查和驗(yàn)證，保證其運(yùn)行中的可靠性。操作人員可以在NC Viewer軟件中對(duì)比檢查改進(jìn)優(yōu)化前后刀具路徑，點(diǎn)擊操作進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化前刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的模擬，同時(shí)模擬出改進(jìn)優(yōu)化后刀具運(yùn)動(dòng)軌跡，前后并無任何變化，加工效率的提高主要是因?yàn)榧庸r(shí)間大大縮短，刀具空行程進(jìn)給速度加快，且切削參數(shù)優(yōu)化，進(jìn)而大大提高了數(shù)控加工效率。

5 結(jié)束語

綜上所述，VERICUT軟件的仿真機(jī)床視覺效果與實(shí)際機(jī)床加工十分接近，可以有效模擬整個(gè)零件數(shù)控仿真加工過程，特別是針對(duì)復(fù)雜加工零件而言，具有仿真加工檢驗(yàn)的功能，可以有效預(yù)防機(jī)床碰撞或是工件過切的情況，進(jìn)而有效提高零件加工精度與表面質(zhì)量。但是在實(shí)際操作中，操作人員要對(duì)數(shù)控加工仿真進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，優(yōu)化刀具軌跡、仿真加工過程和控制程序，并對(duì)比改進(jìn)優(yōu)化結(jié)果，縮短加工周期，進(jìn)而大大提高了數(shù)控加工效率。

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