VERICUT數控加工仿真技術在數控實訓中的應用

徐 敏 趙燕偉

（浙江工業大學，浙江 杭州 310014）

1 引言

隨著先進制造業的快速發展，數控設備的大量使用，企業急需大量的數控應用型人才，職業學校擔負著培養數控應用型人才的重任。但由于受資源和資金的限制，數控設備的數量有限，已經滿足不了日益增長的數控人才培養需要。而在傳統的數控實訓教學中，常因為設備少，學生多而使得學生實際的上機操作時間大為減少，實習效果不理想。在實習過程中會因為一些操作疏忽導致安全事故，數控實習一般屬于純消耗型的加工，消耗大量的刀具和材料。為解決這些矛盾，數控仿真技術被應用到數控專業的教學，成為數控教學的一種重要手段。由美國GGTECH公司開發的VERICUT軟件是目前較為先進的數控加工仿真軟件，在企業院校廣泛應用。就我校數控設備少，場地有限這一教學條件現狀，我們嘗試利用VERICUT軟件進行數控仿真教學，提高學生的數控設備應用能力。

2 VERICUT數控加工仿真軟件

2.1 VERICUT軟件簡介

VERICUT由數控程序驗證模塊，優化切削模塊，機床運動仿真模塊，AUTO-DIFF實體比較模塊，多軸模塊和CAD/CAM接口等模塊組成。可進行數控車床，數控銑床，加工中心，電加工機床等多種數控設備的仿真過程。目前國內的宇龍和斯沃等數控仿真教學軟件，主要的功能是基于機床面板操作的仿真，學生可以通過這些軟件掌握數控機床基本的操作方法。而VERICUT是基于工藝過程的仿真軟件，可以還原真實的機床實際加工過程，不但能驗證數控加工程序，優化切削，分析檢測加工結果，還能及時發現加工過程中出現的工藝問題。適合學生進行數控工藝知識和綜合性數控加工訓練。

2.2 VERICUT軟件的主要功能模塊

2.2.1 驗證模塊。驗證模塊是運行其他功能模塊的前提，軟件提供1-3軸驗證功能，可檢測出碰撞、快進、后置處理、超行程等錯誤，并將出錯的程序序號全部記入日志文件。

2.2.2 機床仿真模塊。該模塊可以使VERICUT能夠模擬由控制系統驅動的三維數控機床實時動畫，使虛擬機床按照G代碼或其他可識別的數控代碼來模擬實際機床的加工運動和虛擬的工廠環境。

2.2.3 優化模塊。可根據金屬切除率及用戶設定的優化參數重新計算并修正不同加工階段的進給速度，從而獲得高效率和高質量的數控加工工藝方案，而這一優化過程并不會改變原來的加工軌跡。

2.2.4 接口模塊。可以從UG、CATIA、Pro/E等CAM軟件的加工模塊里直接調用VERICUT進行仿真和優化，減少操作步驟和中間格式的圖形數據。并且此模塊支持手工編制的程序。

3 VERICUT進行數控加工工藝系統的教學仿真環境構建

3.1 VERICUT數控加工仿真的基本過程

要進行NC程序仿真教學，需要預先構建整個工藝系統的仿真環境，一般過程如下：（1）工藝系統分析，明確機床CNC系統型號、機床結構形式和尺寸、機床運動原理、機床坐標系統以及所用到的毛坯、刀具和夾具等；（2）建立機床幾何模型，用三維CAD軟件建立機床運動部件和固定部件的實體幾何模型，并轉換成VERICUT軟件可用的STL格式；（3）建立刀具庫；（4）在軟件中新建用戶文件，設置所用CNC系統，并建立機床運動模型，即部件樹；（5）添加各部件的幾何模型，并準確定位；（6）設置機床參數；（7）保存所有文件。

3.2 數控加工仿真工藝系統的仿真教學環境建模實例

下面以CAK6132機床為例進行說明

（1）機床概述。此車床為臥式、平床身、前刀座、四工位電動刀架、伺服電機驅動的經濟型車床。所用數控系統為FANUC-0T，X、Z兩軸二聯動控制，分別控制縱向、橫向滑板。X軸部件上裝四工位電動方刀架（轉動軸線垂直）、主軸箱為固定部件，夾具為三爪卡盤。機床坐標原點為卡盤右端面中心。（2）部件分類。依VERICUT軟件部件分類規則，部件分類如表1所示。

表1 機床部件分類

（3）建立部件的3D模型。在完成機床各個部件的二維測繪后，用proe軟件進行三維實體造型，以運動單元建模，之后在VERICUT中裝配。主軸箱建模不考慮內部傳動機構，只建外形模型。X、Z軸傳動鏈可簡化不建，建立幾何模型后，另存為STL格式。（4）建立部件樹，完成機床的運動建模。先設系統控制為“FANUC-0T”：選菜單“配置→控制→打開”，在 機床庫“中選”fan0t.ctl“。點擊部件樹按鈕，彈出部件樹對話框，單擊”BASE→右鍵單擊→在光標菜單選“添加”→選Z線性，添加Z軸，單擊Z線性→右鍵單擊→在光標菜單選添加“→選X線性”，添加X軸。同樣方法，添加其他部件，得到部件樹如圖1所示。 因為機床坐標系的X軸正方向指向操作者方向，則在添加Z軸部件時，由于默認Z軸部件的X軸正方向為遠離操作者方向，因此應繞Z軸正方向轉動180°，這樣，Z軸部件的X軸正方向才指向操作者。添加四把刀具時，刀架控制點為刀架轉動中心，它應使后一把刀具比前一把刀具繞Y軸同一方向多轉90°，并從每把刀的“刀具屬性”中改“刀具索引”分別為 1、2、3、4，即指定刀具號。

圖1 所得到的目錄樹

（5）在刀具管理器中建立刀具庫。以常用的外圓粗車刀、精車刀、螺紋刀、切斷切槽刀為例，分別記為1、2、3、4號刀。刀柄先用proe軟件建模，并將其轉換成STL格式，便于使用時調入和調整位置。（6）添加機床幾何模型：a.先添加工件、卡盤、主軸、四把刀具、刀架轉動部分，按“瀏覽”找到相應STL格式文件，工件STOCK可用VERICUT的圓柱體建模，設置工件的半徑、長度。b.調節刀架轉動部分部件，應定位X、Z向位置使轉動中心在坐標系原點，并調整Y方向位置使裝刀位置與刀柄底部接觸。c.其他部件可調入后用配合方式定位。（7）設置參數。選菜單“項目→G-代碼→設定”，在彈出對話框中選“表”選項，在“機床臺面”列表框中選擇如下參數進行添加：機床初始位置：300 0 750（X Y Z坐標用空格間隔）

機床參考點：300 0 750

工件編程原點：0 0 200（200為Z方向工件原點距機床坐標系原點距離）

還有一些參數，如刀具表、機床行程、換刀方式、NC程序類型和碰撞設置等，可進行相應操作，這里不再重復。

（8）保存文件

分別保存用戶文件USR、控制系統文件CTL、機床文件MCH。為便于使VERICUT軟件開始運行即進入自己的用戶文件，可編輯VERICUT.BAT文件，將其中VERICUT.USR改為所需的用戶文件名。另外，為了開始運行VERICUT即進入所需工作目錄，可將VERICUT.BAT復制到所需工作目錄中運行，并在桌面建立快捷方式。圖2是我們所建立的虛擬機床環境。

圖2 虛擬機床環境

3.3 數控仿真教學項目的開發

利用以上建立的虛擬數控車床為平臺，可開發若干個數控車仿真實訓教學項目。應用在實際教學中，取得了良好的教學效果，部分實訓項目列表如下。

結語

本文基于VERICUT軟件構建了數控車床加工的仿真教學環境，用同樣方法可構建數控銑床、加工中心的教學仿真環境。教學實踐證明，VERICUT的應用極大地提高了教學效果。在虛擬環境下，解決了教學用數控設備種類少，加工條件差的難題，對提高學生的工藝能力起到了不可替代的作用。我們在此基礎上還將進一步拓展教學思路，使數控仿真軟件更好的為我國的數控技術教育服務。

表2 數控仿真實訓項目表

[1]楊圣群.VERICUT7.0數控加工仿真技術[M].北京：清華大學出版社，2010.

[2]李云龍等.數控機床加工仿真系統VERICUT[M].西安交通大學出版社，2005.

[3]韓俊平.虛擬數控加工在教學中的應用 [J].現代企業教育，2007，（6）：23-24.

[4]張喜江.仿真軟件VERICUT在數控教學中的應用[J].CAD/CAM與制作業信息化，2007，12:86-89.