VERICUT數(shù)控加工仿真系統(tǒng)在輥壓模制造中的應(yīng)用

0 引 言

輥壓模具有連續(xù)工作的特點(diǎn)，能提高生產(chǎn)效率，廣泛應(yīng)用于各種柔性材料的加工，如生活用紙、無紡布、醫(yī)用敷料、皮革制品、印刷后加工、鋁箔制品等

，如圖1所示。壓輥是輥壓模的關(guān)鍵零件，由于壓輥工作輪廓面的形狀復(fù)雜，且為圓柱曲面，一般選用多軸聯(lián)動機(jī)床進(jìn)行加工。壓輥的精度要求高且加工工序多，加工時間長，因此在加工前利用仿真軟件進(jìn)行驗證，檢驗工藝的合理性及NC程序的正確性，降低試加工風(fēng)險和成本

。

VERICUT（簡稱VT）是功能強(qiáng)大的數(shù)控加工仿真軟件，軟件提供的虛擬機(jī)床搭建平臺可以構(gòu)建與實(shí)際機(jī)床完全一致的夾具和刀具模型，能夠模擬機(jī)床的真實(shí)運(yùn)動過程。VT提供多種主流的CNC控制系統(tǒng)，能識別并執(zhí)行CAM軟件編寫的NC程序，并運(yùn)用與實(shí)際機(jī)床一致的機(jī)床模型進(jìn)行仿真加工，及時發(fā)現(xiàn)工藝或程序中的問題，避免在機(jī)床加工中出現(xiàn)撞機(jī)、撞刀、撞夾具和過切等問題

。現(xiàn)介紹應(yīng)用VT對輥壓模的壓輥進(jìn)行虛擬仿真加工的方案。

1 建立機(jī)床三維模型

數(shù)控加工工藝系統(tǒng)由機(jī)床、刀具、夾具和工件組成，為了讓仿真過程與實(shí)際加工過程完全一致，需要在仿真環(huán)境中建立與實(shí)際機(jī)床一致的虛擬機(jī)床。現(xiàn)以四軸加工中心為例，介紹機(jī)床測繪、建立三維模型以及構(gòu)建VT虛擬機(jī)床的過程，機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

通過機(jī)床技術(shù)資料和測繪獲取機(jī)床各個主要機(jī)械部件的外形尺寸，應(yīng)用UG NX軟件創(chuàng)建機(jī)床部件的三維模型。三維模型重點(diǎn)表達(dá)機(jī)床部件的外形尺寸，不需要繪制內(nèi)部細(xì)節(jié)，機(jī)床上每一個獨(dú)立運(yùn)動的部件，如滑鞍、工作臺、主軸和

軸等，都需要獨(dú)立創(chuàng)建三維部件。在UG裝配環(huán)境中將各個機(jī)床部件的三維模型按照實(shí)際機(jī)床的位置關(guān)系裝配成一臺完整的四軸加工中心，如圖2所示。裝配過程中注意2個問題：①

、

、

軸部件按照機(jī)床機(jī)械坐標(biāo)原點(diǎn)的位置進(jìn)行裝配；②將工作坐標(biāo)系WCS的原點(diǎn)設(shè)置在主軸下端面的中心，且3個坐標(biāo)軸的正方向與實(shí)際機(jī)床坐標(biāo)軸正方向一致。

教學(xué)視頻制作是預(yù)習(xí)關(guān)鍵知識點(diǎn)的充分呈現(xiàn)，需要依據(jù)本節(jié)物理課程的相關(guān)理論及概念制作微視頻。微視頻的時間需要盡量鎖定在10 min以內(nèi)，以便突出關(guān)鍵知識點(diǎn)的集中性和針對性，避免出現(xiàn)知識冗余不便理解的弊端。那么就要求物理教師詳細(xì)掌握學(xué)生的具體學(xué)情，化繁為簡，突出物理教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容，而又能夠契合學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。因此，在制作教學(xué)視頻的過程中，物理教師需要廣泛收集與本節(jié)物理課程教學(xué)重點(diǎn)相關(guān)的學(xué)習(xí)資源，盡量突出教學(xué)重點(diǎn)，并簡化其中的邏輯性，以便學(xué)生能夠在短暫的教學(xué)視頻中了解具體的學(xué)習(xí)內(nèi)容、細(xì)節(jié)、及方法。

四軸立式加工中心的

軸旋轉(zhuǎn)屬性分為旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)邏輯2項內(nèi)容。旋轉(zhuǎn)方向設(shè)定當(dāng)

軸執(zhí)行正向指令時，

軸做順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)邏輯設(shè)定

軸向目標(biāo)位置轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)策略，以下就常見的兩類旋轉(zhuǎn)邏輯進(jìn)行說明。

傳統(tǒng)課堂中，并不是每一位學(xué)生都有機(jī)會或愿意表達(dá)自己的觀點(diǎn)，給教師對學(xué)情的準(zhǔn)確判斷帶來了一定的難度，難以精準(zhǔn)分層教學(xué)。

2 在VT中搭建虛擬仿真機(jī)床

1.10 Western blot檢測心臟組織中 IL-17、RORrt、IL-10、Foxp3蛋白表達(dá) 取出保存好小鼠心臟組織添加蛋白裂解液研磨，離心后收集上清液，采用蛋白提取試劑盒提取總蛋白，BCA試劑盒測定蛋白總濃度，SDS-PAGE電泳結(jié)束后，凝膠轉(zhuǎn)移至PVDF膜上行轉(zhuǎn)膜反應(yīng)，添加5%脫脂牛奶室溫下封閉1 h清洗后，加入一抗，4℃過夜，TBST清洗后滴加羊抗鼠IgG二抗，TBST清洗后ECL發(fā)光，置于凝膠成像儀中觀察蛋白表達(dá)情況。

根據(jù)實(shí)際機(jī)床的工作參數(shù)設(shè)置各個坐標(biāo)軸的行程極限，其中行程數(shù)據(jù)是基于機(jī)床坐標(biāo)系計算的。由于機(jī)床參考點(diǎn)設(shè)置在各坐標(biāo)軸正方向的行程極限處，最大行程極限設(shè)置為0，最小行程極限設(shè)置為坐標(biāo)軸行程的負(fù)值。虛擬機(jī)床在工作中如果坐標(biāo)軸的移動超出行程極限，VT會發(fā)出報警信息。

VT系統(tǒng)默認(rèn)的組件為沒有尺寸和形狀的實(shí)體，通過添加模型到組件使組件具有尺寸和形狀。為組件添加模型的操作方法為：右鍵點(diǎn)擊組件→添加模型→模型文件，選擇UG導(dǎo)出機(jī)床部件模型的STL文件。圖4所示為添加模型后得到的四軸加工中心虛擬機(jī)床。

“一帶一路”背景下“雙師型”外語師范人才的培 養(yǎng) ……………………………………………… 劉家嘉 （68）

另外，絕大多數(shù)（76.7%）的教師是根據(jù)教學(xué)大綱授課，有23.3%的教師根據(jù)教學(xué)重點(diǎn)、學(xué)時、上課次數(shù)、運(yùn)動員興趣或需求等參考教學(xué)大綱進(jìn)行授課。因此，絕大多數(shù)老師把運(yùn)動員和普通學(xué)生一樣對待，沒有把教學(xué)要求降低，這也符合國際慣例。

VT用多種類型的組件定義仿真中用到的各種功能幾何實(shí)體，如坐標(biāo)軸、主軸、夾具等。組件使幾何模型具有機(jī)床部件的功能，各類組件在數(shù)控加工程序的控制下模擬機(jī)床部件的運(yùn)動，因此組件是VT仿真機(jī)床的基礎(chǔ)對象

。

3 虛擬機(jī)床參數(shù)設(shè)置

通過項目樹將各組件按照機(jī)床部件的連接關(guān)系進(jìn)行組合，子節(jié)點(diǎn)組件安裝在父節(jié)點(diǎn)組件上，并能夠隨父節(jié)點(diǎn)組件一起移動。以四軸立式加工中心為例，以Base（床身）作為基礎(chǔ)組件，在Base組件下添加

線性組件和

線性組件；在

線性組件下添加

線性組件，在

線性組件下添加

旋轉(zhuǎn)組件，在

旋轉(zhuǎn)組件下添加Fixture（夾具）組件，在Fixture組件下添加Stock（毛坯）組件；在

線性組件下添加Spindle（主軸）組件，在Spindle組件下添加Tool（刀具）組件。整個四軸加工中心虛擬機(jī)床的組件架構(gòu)如圖3所示。

由于UG三維模型文件不能直接導(dǎo)入VT，需要將各機(jī)床部件三維模型逐一導(dǎo)出為STL文件。為了簡化VT環(huán)境下虛擬機(jī)床的搭建步驟，將若干個沒有相對運(yùn)動的機(jī)床部件合并為一個STL文件，如主軸箱和主軸箱防護(hù)罩就可以組合為一個STL文件。

（1）線性邏輯。

軸的旋轉(zhuǎn)角度和方向由目標(biāo)角度和當(dāng)前角度的大小比較決定，如果目標(biāo)角度大于當(dāng)前角度，則

軸正向旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)角度，小于則反向旋轉(zhuǎn)。

（2）360°就近邏輯。

軸的指令角度被折算到0～360°，例如 370°被折算為 10°，-10°被折算為350°；

軸從當(dāng)前角度以最小旋轉(zhuǎn)量向目標(biāo)角度移動。表2所示為程序指令在兩類旋轉(zhuǎn)邏輯下

軸的運(yùn)動方式對比。

VT規(guī)定具有旋轉(zhuǎn)特征的組件在工作時的旋轉(zhuǎn)軸線為其組件坐標(biāo)系的特定坐標(biāo)軸，例如主軸組件的旋轉(zhuǎn)軸線為

軸，

旋轉(zhuǎn)組件的旋轉(zhuǎn)軸線為

軸。在完成虛擬機(jī)床模型導(dǎo)入后，需要移動

旋轉(zhuǎn)組件或

軸模型，使

軸模型的旋轉(zhuǎn)軸線位于

旋轉(zhuǎn)組件坐標(biāo)的

軸上，如圖5所示。

VT應(yīng)用“刀具管理器”對各類切削刀具的特征進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。VT中的仿真刀具包含刀柄（Hold?er）和刀具（Cutter）2個部分，其中刀柄模型即可以在VT中直接創(chuàng)建，也可以將UG繪制的刀具模型（STL或STP格式）導(dǎo)入VT，如圖6所示。在VT中創(chuàng)建刀具后，還需要進(jìn)行裝夾點(diǎn)和對刀具點(diǎn)的設(shè)置。裝夾點(diǎn)是刀具在VT虛擬機(jī)床主軸上的安裝定位點(diǎn)，與刀具組件的坐標(biāo)原點(diǎn)重合。刀具點(diǎn)設(shè)置在刀具的刀位點(diǎn)上，刀具點(diǎn)與裝夾點(diǎn)的距離是VT中刀具的長度補(bǔ)償量。在加工程序中要使用T**M06調(diào)用刀具，使用G43 H**進(jìn)行長度補(bǔ)償。

4 創(chuàng)建仿真刀具和毛坯

機(jī)床

軸執(zhí)行正向指令時做順時針旋轉(zhuǎn)，使用360°就近邏輯，在VT中需要對虛擬機(jī)床的控制系統(tǒng)進(jìn)行如下設(shè)置：機(jī)床/控制系統(tǒng)菜單→控制設(shè)定→旋轉(zhuǎn)（

軸旋轉(zhuǎn)臺型=360°絕對旋轉(zhuǎn)，絕對旋轉(zhuǎn)式方向為最短的距離）。

VT中工件毛坯既可以在VT中直接創(chuàng)建，也可以導(dǎo)入UG中的毛坯模型（STL格式），操作方法是在Stock組件下添加模型。建立毛坯模型后還需調(diào)整毛坯在夾具中的位置，對于回轉(zhuǎn)體毛坯，需將毛坯軸線設(shè)置在卡盤的旋轉(zhuǎn)中心上，如圖6所示。

5 程序校驗及優(yōu)化

在VT中完成虛擬機(jī)床搭建、刀具及毛坯模型設(shè)置等工作后，可以選定控制器執(zhí)行NC程序，控制虛擬刀具對毛坯進(jìn)行仿真切削。加工過程中如果發(fā)生碰撞、切削量過大等情況，VT會在日志器中顯示報警信息，雙擊該信息能快速定位對應(yīng)的程序段，方便編程者查找問題。圖7所示為刀具與卡盤發(fā)生碰撞后產(chǎn)生報警，碰撞位置顯示為深色。通過進(jìn)行反復(fù)多次的仿真校驗和改正，得到正確的壓輥加工程序，仿真加工結(jié)果如圖8所示。

運(yùn)用CAM軟件自動編程時，可以分別設(shè)定下刀、切入、切削和退刀等路徑的進(jìn)給速度，但整個切削刀路的進(jìn)給速度是固定的，在毛坯厚度均勻的情況下，刀具切削狀態(tài)能保持平穩(wěn)。如果毛坯厚度不均勻，固定的進(jìn)給速度將使刀具負(fù)荷發(fā)生變化，導(dǎo)致刀具損壞并影響加工工件的質(zhì)量。VT提供了NC程序優(yōu)化功能，通過實(shí)時分析刀具運(yùn)動過程中的切削量，根據(jù)工藝知識庫中的切削參數(shù)對刀具進(jìn)給速度進(jìn)行優(yōu)化，當(dāng)切削量過大時可降低進(jìn)給速度，當(dāng)切削量偏小時可提高進(jìn)給速度

。VT優(yōu)化模塊不會改變NC程序的刀路，當(dāng)一個程序段的進(jìn)給過程出現(xiàn)切削量變化的情況，VT會將該程序段分割為多段，給每段指定新的進(jìn)給速度，使刀具的切削量保持平穩(wěn)，得到更高效、更安全的NC程序。

OptiPath刀路優(yōu)化模塊常用以下2種方法：①恒定體積去除率：在粗加工階段根據(jù)設(shè)定的體積去除率（mm

/min）基準(zhǔn)值調(diào)整進(jìn)給速度，在指定刀具軸向切削深度、徑向切削寬度和進(jìn)給速度后，VT自動計算體積去除率，并依據(jù)設(shè)定值調(diào)整進(jìn)給速度；②恒定切削厚度；在精加工階段根據(jù)理想的切削厚度調(diào)整進(jìn)給速度，在指定主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度后，VT自動計算切削厚度。加工壓輥程序同時選用上述2種優(yōu)化方法，優(yōu)化后的加工時間節(jié)約18.47%。將優(yōu)化后的NC程序傳輸?shù)綑C(jī)床進(jìn)行壓輥制造，實(shí)際運(yùn)行刀路與仿真過程一致，刀具切削過程平穩(wěn)，加工工件的質(zhì)量符合設(shè)計要求。

疏風(fēng)散寒、解表清熱。用于風(fēng)寒感冒，癥見頭痛發(fā)熱、惡寒身痛、鼻流清涕、咳嗽咽干，在感冒初起時及時服用，效果尤佳。

6 結(jié)束語

應(yīng)用VT對壓輥進(jìn)行四軸仿真加工，虛擬機(jī)床的運(yùn)動及切削過程與實(shí)際機(jī)床一致，并且能夠在較短的時間內(nèi)得到仿真結(jié)果，提高了對加工工藝和程序的檢驗效率，節(jié)約了試加工成本。刀路優(yōu)化模塊自動調(diào)整刀具進(jìn)給速度，提升了加工工件的質(zhì)量，減輕刀具磨損并縮短加工時間，提高了經(jīng)濟(jì)效益，具有較好的應(yīng)用價值。

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