VERICUT軟件在數(shù)控仿真加工中的應(yīng)用

摘要：數(shù)控加工仿真軟件VERICUT具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，本文通過具體實(shí)例闡述用VERICUT軟件進(jìn)行數(shù)控加工仿真的一般步驟，以及VERCUT軟件在數(shù)控仿真加工中的實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：數(shù)控仿真 虛擬制造

仿真加工可以在計(jì)算機(jī)上模擬實(shí)際零件的加工過程，驗(yàn)證數(shù)控程序的正確性，替代零件的試切工作，能夠縮短零件的設(shè)計(jì)制造周期，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，也是現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。當(dāng)今所使用的一些仿真加工類軟件，大多只能反映出刀具切削零件部分的加工過程，用戶不能建立適合自身?xiàng)l件的機(jī)床及刀具模型，只能被動(dòng)選取軟件提供的仿真環(huán)境，因而不能達(dá)到完全的數(shù)控加工仿真與虛擬化。VERICUT軟件可以建立完整的虛擬機(jī)床，不僅仿真效果更加逼真，而且能夠?qū)崿F(xiàn)全過程的虛擬制造。

一、什么是VERICUT

VERICUT是NC驗(yàn)證與加工仿真軟件，用來在編程階段校驗(yàn)加工程序的準(zhǔn)確性，能夠讓編程人員對(duì)整個(gè)數(shù)控加工環(huán)境進(jìn)行仿真。使用VERICUT可在產(chǎn)品實(shí)際加工之前模擬NC加工過程，檢測(cè)刀具路徑中可能存在的錯(cuò)誤，如：過切工件、損壞夾具、折斷刀具或碰撞機(jī)床等。可用于驗(yàn)證G代碼和CAM軟件的輸出結(jié)果。同時(shí)VERICUT可以和Mastercam、Pro／E、UG、CATIA、EdgeCAM等軟件無縫集成，以對(duì)其生成的NC代碼進(jìn)行仿真。用戶可以利用該系統(tǒng)完成整個(gè)機(jī)床及與之配套的刀具庫和夾具的建模，在仿真加工的過程中能夠?qū)崟r(shí)顯示出機(jī)床各組成部件間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，就如同觀看實(shí)際機(jī)床加工一樣，利用其建立數(shù)控加工仿真系統(tǒng)是十分合適的。

二、虛擬機(jī)床

1.本體建模

VERICUT軟件能夠根據(jù)需要開發(fā)出和自身所擁有的實(shí)際機(jī)床相一致的虛擬機(jī)床，實(shí)現(xiàn)全過程的仿真加工。這也是該軟件強(qiáng)于其他數(shù)控仿真軟件的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)。機(jī)床的建模包括幾何建模和運(yùn)動(dòng)學(xué)建模兩部分。對(duì)實(shí)際機(jī)床進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，抽象提煉出其主要的組成部分及各部分間的依附與相互運(yùn)動(dòng)關(guān)系，進(jìn)而利用系統(tǒng)的組件樹功能將這一關(guān)系形成機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。

本文建立了三軸立式銑床的虛擬模型，從建立好的組件樹可以看出，Y、Z軸位于Base（床身）根節(jié)點(diǎn)內(nèi)部，X軸位于Y軸節(jié)點(diǎn)內(nèi)。而Fixture位于X節(jié)點(diǎn)內(nèi)部，Stock（毛坯）、Design（設(shè)計(jì)模型）又位于Fixture節(jié)點(diǎn)內(nèi)部。即Stock和Design依附于Fixture，而Fixture跟隨X軸移動(dòng)。該機(jī)床為工作臺(tái)移動(dòng)方式。同理可以反映出X軸放置在Y軸之上，Tool依附在Spindle上，Spindle又依附在Z軸之上，反映出刀具在主軸的帶動(dòng)下隨Z軸移動(dòng)。因此VERICUT中組件樹說明了機(jī)床各個(gè)坐標(biāo)軸、工裝、毛坯、主軸、刀具等組成部分之間的相互依附與約束關(guān)系，體現(xiàn)了機(jī)床最基本的運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)構(gòu)。它是機(jī)床建模的基礎(chǔ)。

利用VERICUT軟件中的建模功能建立組件樹中各組件的幾何模型，并通過坐標(biāo)將各部分裝配在一起。復(fù)雜的模型可以利用其他CAD軟件建立，然后導(dǎo)入到VERICUT系統(tǒng)中，從而形成機(jī)床的實(shí)體模型。

2.刀具建模

為了實(shí)現(xiàn)虛擬加工，還應(yīng)建立與之配套的刀具。VERICUT提供了刀具管理模塊來實(shí)現(xiàn)這一功能。利用該模塊，用戶可以完成任意形狀的刀具建模。

刀具建模包括刀桿（切削部分）與刀柄（夾持部分）兩部分。對(duì)于常見形狀的切削刃和刀柄，用戶可以直接利用系統(tǒng)提供的模型進(jìn)行建立。對(duì)于具有復(fù)雜形狀的切削刃，用戶可以通過系統(tǒng)內(nèi)部的CAD繪圖功能自行繪制。用戶可以建立幾把刀具組成跟實(shí)際機(jī)床相同的刀具庫，如上圖所示。

3.零件毛坯及夾具建模

利用VERICUT系統(tǒng)的建模模塊，可以完成零件毛坯及夾具的幾何建模，并通過設(shè)定坐標(biāo)將其安放到機(jī)床的正確位置上。

4.機(jī)床參數(shù)設(shè)定

完成以上步驟后，虛擬機(jī)床還不能夠進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。要為其配置與實(shí)際機(jī)床相一致的各種系統(tǒng)參數(shù)，包括機(jī)床原點(diǎn)、各軸行程、初始位置等。這一切是通過VERICUT系統(tǒng)中的機(jī)床管理模塊實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況為虛擬機(jī)床選擇數(shù)控系統(tǒng)。VERICUT為用戶提供的幾乎所有常見的數(shù)控系統(tǒng)，包括各種型號(hào)的FANUC、SIEMENS的數(shù)控系統(tǒng)。VERICUT系統(tǒng)還提供了機(jī)床開發(fā)工具箱，可以讓用戶開發(fā)定制適合自身要求的控制系統(tǒng)。

完成以上各步驟后，復(fù)位機(jī)床。虛擬機(jī)床就處于待加工狀態(tài)了。

三、零件的仿真加工

利用VERICUT的程序管理功能調(diào)入由外部CAM軟件生成的零件數(shù)控加工程序，系統(tǒng)能夠自動(dòng)識(shí)別G代碼并按其進(jìn)行走刀完成零件的加工過程。在這一過程中，用戶可以像觀察實(shí)際機(jī)床加工一樣看到虛擬機(jī)床各軸之間的聯(lián)動(dòng)，看到刀具切除毛坯材料形成零件的實(shí)時(shí)圖像。利用前文所建立的虛擬三軸銑床對(duì)某一零件進(jìn)行加工仿真時(shí)的界面，可以看出VERICUT提供了不同的視圖來同時(shí)顯示機(jī)床的整體運(yùn)行情況和零件的切削情況，既有加工細(xì)節(jié)又有整體效果的顯示方式，體現(xiàn)了VERICUT系統(tǒng)在加工顯示上的優(yōu)越性，這是其他同類數(shù)控仿真軟件所做不到的。利用VERICUT系統(tǒng)還可以進(jìn)行暫停或單步執(zhí)行等操作，對(duì)視圖進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、縮放、平移等操作，更好地觀察仿真效果。如果在加工過程中發(fā)生了過切、撞刀或機(jī)床各部件間產(chǎn)生了干涉現(xiàn)象，系統(tǒng)會(huì)用紅色加以突出顯示以提醒用戶，將發(fā)生錯(cuò)誤的現(xiàn)象及所在程序行自動(dòng)記入到報(bào)告文件中，以方便用戶查詢與修改。

利用VERICUT所進(jìn)行的虛擬加工與真實(shí)加工，無論是加工過程還是最后的加工效果都完全一樣。用戶利用該系統(tǒng)可以在實(shí)際機(jī)床加工之前就預(yù)先在計(jì)算機(jī)上模擬出全部的加工過程，實(shí)現(xiàn)了完整的仿真加工過程。

利用VERICUT系統(tǒng)建立的虛擬機(jī)床進(jìn)行零件的仿真加工，與實(shí)際機(jī)床加工效果相對(duì)比，驗(yàn)證了利用VERICUT軟件進(jìn)行零件的仿真加工與虛擬制造是行之有效的辦法。該軟件所采用的一些仿真軟件，如用戶可自行進(jìn)行機(jī)床、刀具與夾具的開發(fā)設(shè)計(jì)、逼真實(shí)用的仿真控制與界面等，可實(shí)現(xiàn)全過程的數(shù)控加工仿真。采用該方法不僅可以縮減程序的調(diào)試時(shí)間，還可以減少加工設(shè)備和資源的消耗。

（作者單位：渤海船舶職業(yè)學(xué)院）