薛茂超,杜金鳳

(新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453006)

基于VERICUT數(shù)銑仿真加工系統(tǒng)的研究

薛茂超,杜金鳳

(新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453006)

數(shù)控銑床是一種加工功能很強大的機床，主要采用銑削方式加工工件，它能夠進(jìn)行平面、曲面、外形輪廓及三維復(fù)雜型面的銑削，在數(shù)控加工中占據(jù)了非常重要的地位.隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展，仿真加工技術(shù)越來越得到廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為數(shù)控技術(shù)一個非常重要的方面.

數(shù)銑仿真；VERICUT；CAXA實體設(shè)計；CAXA制造工程師

0 引言

近年來,各大院校都在進(jìn)行擴招，實訓(xùn)中的數(shù)控機床的數(shù)量與實際的教學(xué)需求差距很大.數(shù)控機床價格不菲，任何一所院校都難以擁有類型比較齊全的數(shù)控機床并及時對設(shè)備進(jìn)行更新?lián)Q代；另外由于學(xué)生個人操作失誤引起的設(shè)備損壞，以及在實訓(xùn)當(dāng)中要損耗大量的材料和刀具等原因，都對學(xué)生的動手機會造成影響，導(dǎo)致學(xué)生對數(shù)控編程和數(shù)控加工工藝知識理解得不透徹，教學(xué)效果難以保證.

基于以上原因，加強對數(shù)控仿真加工系統(tǒng)進(jìn)行研究，通過構(gòu)建數(shù)銑仿真系統(tǒng)對具體加工過程進(jìn)行仿真、優(yōu)化，并對仿真結(jié)果進(jìn)行分析，既提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，也取得了良好的教學(xué)效果.

1 虛擬數(shù)控銑床的構(gòu)建

虛擬機床是將實際機床按照實際尺寸進(jìn)行描繪，按照各部分構(gòu)件間的邏輯關(guān)系和運動依附關(guān)系組合而成的機床抽象模型.虛擬機床構(gòu)建完成后，可以對機床進(jìn)行簡單的檢測，例如主軸的旋轉(zhuǎn)運動、工作臺的移動方式等[1]22.本文選用XK713型三軸立式銑床為模型進(jìn)行仿真機床的構(gòu)建.

1.1 創(chuàng)建虛擬機床各部分實體模型

選擇用CAXA實體設(shè)計建立機床幾何模型，當(dāng)構(gòu)建好所有機床主要構(gòu)件后，將各構(gòu)件在CAXA實體設(shè)計軟件中組裝成一個完整的機床三維模型，分別輸出成STL格式文件，然后等待后面添加使用.

1.2 在VERICUT中構(gòu)建數(shù)控銑床模型

根據(jù)XK713型銑床的結(jié)構(gòu)，可以抽象提煉出其主要機械結(jié)構(gòu)包括床身基體、左右運動部件(X軸)、前后運動部件(Y軸)、上下運動部件(Z軸)、主軸部件等幾個部分.根據(jù)對銑床機械結(jié)構(gòu)的抽象結(jié)果和各結(jié)構(gòu)之間的運動關(guān)系及相互位置關(guān)系，就能在VERICUT軟件中構(gòu)建銑床的組件樹以形成銑床的運動學(xué)模型，其具體操作步驟如下：

2 虛擬數(shù)控銑床的設(shè)定

在VERICUT軟件菜單欄中,打開“機床設(shè)定”命令:選擇“配置(Setting)”→“機床設(shè)定(Machine Setting)”命令，打開“機床設(shè)定(Machine Setting)”對話框.

2.1 銑床干涉檢查設(shè)置

首先選擇“開機床仿真”的復(fù)選框，然后在“碰撞檢測(Collision Detect)”的標(biāo)簽頁中，選擇“碰撞檢測(Collision Detect)”的復(fù)選框.在“忽略在切刀和毛料間的碰撞”下拉列表框中選擇“否”.在“碰撞間隙”文本框中輸入“1”，單擊“設(shè)置所有”按鈕，這個參數(shù)用于設(shè)置兩部件間碰撞檢查的最小距離.

2.2 銑床初始化位置的設(shè)置

在“機床設(shè)定(Machine Setting)”對話框中，點擊“表(Locations)”標(biāo)簽，選擇“機床臺面”,在“位置名”的下拉列表框中，選擇“初始機床位置”項目，單擊“添加”按鈕，在“值”文本框中輸入“X-250 Y-200 Z0” ，設(shè)置機床的初始位置.

2.3 銑床行程的設(shè)置

在“機床設(shè)定(Machine Setting)”對話框中，點擊“行程極限”的標(biāo)簽，選擇“允許運動超出限制”與“超程錯誤”的復(fù)選框.

2.4 軸優(yōu)先的設(shè)置

運動軸優(yōu)先級按默認(rèn)設(shè)置即可.到此，完成機床初始化設(shè)置.

3 刀具庫的建立

首先建立一把直徑為16 mm的平底銑刀，BT40的刀柄.在軟件項目樹中，選擇“加工刀具” ，單擊鼠標(biāo)右鍵，在其下拉菜單里選擇“刀具管理器 ” ，創(chuàng)建直徑為16 mm的平底銑刀，裝夾點設(shè)置為“0 0 117”，同時還要再建立一把直徑為10 mm 的平底銑刀.

4 虛擬數(shù)控銑床的仿真加工

在完成了虛擬機床的建模和刀具庫建模，就可以在機床上進(jìn)行數(shù)控仿真加工了.

4.1 前期準(zhǔn)備工作

打開“vericut”軟件以后，在其上方系統(tǒng)菜單中點擊“配置”→“機床” →“打開”，調(diào)出已經(jīng)建立好的三軸立式虛擬銑床，同樣鼠標(biāo)雙擊“加工刀具”，調(diào)出前面已經(jīng)建立好的刀具庫.

為了能夠使仿真過程更加逼真，還應(yīng)該對加工過程中的夾具進(jìn)行設(shè)定.

夾具設(shè)置好了以后，銑削加工時要求毛坯上表面超出平口鉗鉗口10 mm，為了能夠使其加工時處在正確的位置，首先應(yīng)當(dāng)設(shè)定毛坯組件的位置，仿真系統(tǒng)默認(rèn)的毛坯組件坐標(biāo)系的原點坐標(biāo)是(0，0，0)，現(xiàn)將其坐標(biāo)修改為(0，0，-448).

本文根據(jù)數(shù)控加工的需要，模型的大小設(shè)置為長方體形狀，具體尺寸為80mm×60mm×20mm.

用CAXA制造工程師軟件自動生成的G代碼，不能直接調(diào)用到VERICUT系統(tǒng)中進(jìn)行仿真加工，因為程序當(dāng)中缺少刀具號和刀補等信息，需要用戶自己動手去修改和添加.

4.2 數(shù)控銑床仿真加工

復(fù)位后，數(shù)控銑床就處在待加工的狀態(tài).通過VERICUT仿真系統(tǒng)右下方區(qū)域的仿真控制工具欄，就可以開始進(jìn)行各種仿真操作了.

如圖1顯示的是仿真加工過程中的一個動畫演示截圖.可以看出VERICUT仿真系統(tǒng)的工作界面中既有零件毛坯加工細(xì)節(jié)，又有機床整體效果的顯示方式，體現(xiàn)了VERICUT仿真系統(tǒng)相對于其他仿真軟件在加工顯示上的優(yōu)越性.

圖1 VERICUT系統(tǒng)仿真加工的界面

加工仿真結(jié)束以后，VERICUT系統(tǒng)將自動生成文本格式的日志文件(.log)，其內(nèi)容包括數(shù)控加工仿真的過程中所有錯誤、警告以及其他一些信息.對于錯誤與警告可以準(zhǔn)確地定位到某一個加工程序段，因為錯誤與警告部分包括：產(chǎn)生加工錯誤的刀軌所用加工刀具、刀軌代碼、所在程序行數(shù)，另外通過和“刀具軌跡重放”功能相結(jié)合，可以更進(jìn)一步將圖形顯示區(qū)域刀具所處位置與錯誤刀具軌跡對應(yīng)起來[2]136-137.

4.3 數(shù)銑加工仿真系統(tǒng)的實驗驗證

為了充分驗證VERICUT軟件在數(shù)銑仿真加工中及應(yīng)用上的可行性和實用性，用前面進(jìn)行仿真加工的數(shù)控程序在XK713數(shù)控銑床上進(jìn)行了實際的加工.通過詳細(xì)對比，兩種結(jié)果在尺寸上一樣(如圖2所示)，這就有力地證明了利用 VERICUT軟件系統(tǒng)平臺進(jìn)行數(shù)銑加工仿真是一種有效的辦法.

圖2 仿真加工零件模型的真實零件

5 結(jié)語

通過本論文所做的一些研究工作，可以證明VERICUT仿真軟件與CAXA實體設(shè)計及CAXA 制造工程師相結(jié)合來進(jìn)行數(shù)銑加工仿真是一種可行的方法.從更深的意義上來講，該方法也可用于數(shù)控機床的新產(chǎn)品開發(fā)上面，可以節(jié)省很多試制時間，也節(jié)約數(shù)控機床的研制費用[3]58.

[1] 薛茂超．基于VERICUT數(shù)銑仿真加工系統(tǒng)的研究[D]．南京：南京理工大學(xué)，2013．

[2] 楊勝群．VERICUT數(shù)控仿真技術(shù)[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2010．

[3] 魏 林．基于VERICUT的數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的研究[D]．沈陽：沈陽理工大學(xué)，2008．

[責(zé)任編輯 迎客松]

The Research of NC Milling Manufacture Simulation System Based on VERICUT

XUE Maochao, DU Jinfeng

(XinxiangVocationalandTechnicalCollege,Xinxiang453006,China)

CNC milling machine has strong functions of processing. It mainly uses milling way to process workpiece, and it can be used in milling on plane, curved surface, outline, three-dimensional intricate contour and surface. Nc milling machine has an important position in Nc processing. With the rapid development of computer technology, machining simulation technology becomes more widely used and a very important aspect of Nc technology.

NC milling simulation; VERICUT; CAXA physical design; CAXA Manufacturing Engineer

2015-05-01

薛茂超(1982- )，男，河南封丘人，新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，主要從事數(shù)控仿真研究。

1671-8127(2015)05-0059-04

TG659

A