基于VERICUT的多軸參數編程加工仿真

□ 楊國祥

中航工業雷達與電子設備研究院 江蘇蘇州 215011

隨著數控技術的快速發展，多軸加工已占據越來越重要的位置，但由于多軸加工零件形狀結構復雜及加工環境的復雜性，以及多軸加工機床昂貴的價格因素，對加工程序的準確性和安全性要求更高，尤其對需要手動參數編程更是難上加難。筆者通過對多軸參數編程和VERICUT軟件仿真加工方法，很好地解決了多軸加工零件編程和加工安全等問題，效果良好。

1 基于手動的多軸數控程序編制

數控參數編程就是一般意義上講的宏程序，是用變量的方式進行數控編程的方法。目前國內常用的宏程序的變量方式大約分 3種：FUNAC系統的“#”、SEIMENS系統的“R”和 HEIDENHAIN 系統的“Q”參數。本文介紹的實例是運用FUNAC系統。如圖1所示，利用帶第四軸的加工中心在直徑100 mm的圓上銑削橢圓槽，橢圓長半軸為 30 mm,短半軸為 20 mm，材料為6061鋁合金，橢圓槽寬12 mm，深度5 mm。結合實際情況選用美國HASS帶第四旋轉軸(A軸)加工中心，具體工藝順序：1）普通車床車削φ100 mm×150 mm（留50 mm工藝夾持柄）；2）加工中心銑削橢圓槽（采用φ12 mm鍵槽銑刀）；3）普車車去工藝柄。

▲圖1 零件圖

四軸橢圓加工宏程序如下：

T12M06

G54G90G0X30Y0A0S5000M03

G43H12Z100M08

Z60

G1Z45F100

#1=0

N10

#2=30*COS［#1］

#3=20*SIN［#1］

#4=［180*#3］/［50*3.14］

G1X［#2］A［#4］F300

#1=#1+1

IF［#1LE360］GOTO10

G90G0Z100M09

M05

M30

2 基于VERICUT7.0.1軟件虛擬數控機床的構建

VERICUT軟件是美國CGTech公司開發的專用數控加工仿真軟件，可以同時進行刀具軌跡和機床仿真。它替代了傳統的機床試切方式，通過建立模擬機床、刀具和毛坯，實現仿真切削，最終達到校驗加工程序的準確性。它既能準確地找到程序錯誤，又能合理優化程序，避免零件報廢、損壞刀具及機床碰撞等。

2.1 虛擬數控機床構造與數控系統

在VERICUT7.0.1軟件中提供了很多種類的虛擬機床庫，可以根據實際加工設備建立與之一模一樣的虛擬機床，本文介紹軟件自帶虛擬機床庫。具體操作如下：運行VERICUT，選擇菜單命令“配置”→“機床”彈出對話框，在工作目錄中選擇機床庫建立所需要的機床，如圖2所示，筆者選擇與之接近的hass_vf2四軸加工中心。

數控系統是指能按照零件加工程序的數值信息指令進行控制，使機床完成工作運動并加工零件的一種控制系統。VERICUT7.0.1軟件中提供了很多種類的數控系統。方法如下：選擇菜單命令“配置”→“控制”彈出對話框，在控制文件庫選擇所需要的控制文件。需要注意的是fan0m.ctl指銑床控制文件，fan0t.ctl指車床控制文件。

2.2 虛擬毛坯及坐標系的建立

2.2.1 毛坯定義

運行VERICUT，在項目樹中單擊顯示機床組件，單擊stock,彈出“配置組件”對話框。添加組件類型為“毛坯”，添加模型為“圓柱形”，高150mm，半徑 50mm。 利用“移動”、“旋轉”、“組合”等命令，將毛坯安裝在第四選擇軸上，如圖3所示。

▲圖2 構建機床

2.2.2 坐標系的設定

VERICUT中加工坐標系與實際機床加工坐標系一樣，主要是確定以加工原點為基準所建立的坐標系，泛指零件被裝夾好后，相應的編程原點在機床坐標系中的位置。首先選擇菜單命令“分析”→“測量”，依次選擇“坐標原點”到“工作模型原點”，將獲得X、Y、Z 3個方向的偏移值。其次，在VERICUT項目樹中，配置坐標系統 Csys1中移動從“0，0，0”到3個方向偏移值即可。最后，再一次移動“-60，0，0”就到零件的編程零點。對于程序中G54代碼在軟件中的設置，在項目樹中單擊“G代碼偏置”選項，在“配置G代碼偏置”選項中，將偏置名改為“工作偏置”，寄存器設置為“54”，子系統名和子寄存器都設為“1”，最后在“配置工作偏置”選項中， 對于特征設為從 “組件”、“tool” 到 “坐標原點”、“Csys 1”，具體如圖 4 所示。

▲圖3 構建毛坯

▲圖4 配置加工坐標系

2.3 刀具庫的構建

在VERICUT中利用刀具管理模塊，可建立適合自己加工工件的刀具庫。在項目樹中雙擊“加工刀具”，彈出“刀具管理器”對話框，選取菜單命令“添加”→“銑刀向導”，彈出對話框設置刀柄和刀片兩部分。刀柄的形狀也可以事先用Ug、Pro/E等軟件建模，并將其轉換成STL格式。刀片在VERICUT中設置，選擇相對應的刀片型號，輸入刀片尺寸即可，應注意刀具號應與程序中保持一致。

3 零件加工調試與仿真

3.1 多軸宏程序調試

▲圖5 載入仿真程序

息狀態的對話框，如圖5所示。

單擊仿真按鈕中的單步運行，可以清楚地看到程序中走到哪一段和對應程序的坐標狀態。一旦出現報警和錯誤時，很快就可以找到當前的程序段，及時進行修改，大大提高了調試程序的速度與準確性。需要說明的是，機床原點、工件原點、程序零點必須正確設置，工件原點與程序零點必須一致。仿真過程中，按step方式

對于一般自動編程的數控程序，各種軟件自帶仿真、模擬，如 UG、CATIA、Master-Cam、Pro/E、等。 在仿真圖形中可以清晰地看到在正式切削之前的過切、干涉與碰撞。對于手動編程特別是多軸參數編程，仿真切削顯得尤為重要，VERICUT作為專業的仿真軟件給予了很好的平臺。

在VERICUT中設置好系統以后，開始進行多軸宏程序調試。在項目樹中雙擊“數控程序”，添加所需要的程序文件，然后選擇菜單命令“信息”→“數控程序”，當前需要仿真的數控程序就打開了，此外再選擇菜單命令“信息”→“狀態”，就會出現關于機床一些基本信進行，每進行一步查看狀態欄中宏程序執行到的位置，通過監測變量值的變化來調試程序。

3.2 零件仿真

仿真結果如圖6所示。

▲圖6 仿真結果

3.3 零件測量與比較

程序仿真切削的目的就是為了檢測程序的準確性，避免在正式機床加工引起的材料報廢。因此，零件的測量就顯得至關重要，在VERICUT 軟件中提供了一些測量方法，如圖7所示。具體操作如下：首先選擇菜單命令 “分析”→“測量”，彈出測量對話框，點擊測量“距離/角度”選擇方式有很多，這里選擇“坐標原點”到“平面”，可以測得內橢圓長半軸的數值，再選擇“點”到“平面”，可以測得橢圓深度的數值。

▲圖7 測量方法

4 結束語

多軸參數編程、調試、仿真以及加工工藝等多方面知識在生產實踐中具有很強的經濟性和實用性，也有很好的應用前景。這種基于完整的數控加工系統環境進行多軸聯動橢圓加工仿真，比一般的CAD/CAM軟件單純的刀位文件仿真更真實，更接近實際加工情況。有效地解決了實際加工過程中的過切、欠切，以及刀具、工件與機床部件和夾具的碰撞問題，降低了生產成本，提高了生產效率。

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

［2］ 王亞平.基于VERICUT的數控加工仿真及優化［J］.組合機床與自動化加工技術，2004(3).

［3］ 何帥經.基于VERICUT的宏程序調試［J］.CAD/CAM與制造信息化，2007(8).