淺談虛擬仿真技術在數控加工中的應用

周燕峰

摘 要：隨著技術的快速發展和更新，產品的研制周期也大大縮短，而且產品的形狀也越加復雜。將計算機的一些輔助軟件用于產品的設計制造，實現加工軌跡在三維環境下的仿真，并對后置處理之前刀具軌跡的正確性進行驗證；在制造之前，通過仿真軟件實現數控程序仿真，對真實環境進行模擬，進而檢測出可能在真實加工中出現的問題，進而高效地完成復雜產品的加工。高精度、高速度、高效率、高智能是現代制造業發展的趨勢和目標，虛擬仿真技術的應用，可以有效提高加工的質量和效率，促進制造業的快速發展。

關鍵詞：虛擬仿真；數控加工；VERICUT系統應用

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）14-0047-02

虛擬仿真技術在加工過程中的應用，對于縮短研制周期，提高產品的競爭力有著重要意義，面對高精度、高速度、高智能、高效率的追求，只有將虛擬仿真技術充分運用到數控加工中，才能有效降低錯誤率、降低成本、提高效率，進而提高整體的競爭優勢，促進制造業的發展。

1 仿真的概念

仿真指的是把要研究的對象通過別的手段進行模仿的一個過程。計算機虛擬仿真不同于實物仿真，它是借助計算機對比較復雜的系統的行為及結構開展的動態模仿，從而得到這個系統和它變化過程中的一些特性指標，用于預測和評價這個系統未來的行為效果，獲得決策所需信息的方法。實質就是建立計算機仿真模型，并針對該模型在計算機上開展試驗。

2 仿真的意義

①仿真便于進行多次的重復性的試驗，并且有參數易控制、代價小、時間短的優點；②仿真能夠在建立真實系統之前，對它的行為效果進行預測，并確定出最好的模型；③針對解析表示不能進行準確求解的系統，仿真可以幫助其得到系統運行時的各種數據結果，以便于求解；④仿真技術可以針對那些隨機性的系統開展大量的重復性的試驗，以獲得有參考價值的特性指標。

3 仿真系統

3.1 VERICUT系統

這是一款數控加工使用最廣泛的仿真軟件，它不但能夠很好的對數控代碼查證進行模擬，還能很好的提升去料切削的效率。它是對數控加工的軌跡代碼的去料切削進行交互式的模擬，并將所模擬的部位在屏幕上充分展示出來，對刀具軌跡進行精度驗證，保證驗證后的部位滿足設計的標準。在開始正式加工前，系統還可以及時發現會對加工過程產生阻礙的矛盾，并找出有效的加工軌跡的序列號，有利于及時修改。

VERICUT系統幾乎可以識別和執行所有刀具軌跡代碼。與真實的加工類似，系統要求輸入原材料的詳細描述、走刀的軌跡代碼以及針對刀具的描述。驗證的結果包括加工之后的三維模型（產品）和整個模擬過程中測出的關于所有錯誤的一個日志性的文件。并且，通過這個系統得出的模型還能夠被保存、檢測或者用于當作其他走刀軌跡的初始材料。

這個系統能夠模擬直到五軸的鉆孔、銑削及線框EDM的相關操作，還能夠對銑車和車削組合的加工過程進行模擬。因為大量增加特征以及機械性專用模塊的出現，VERICUT已經成為一個可以從全方位進行驗證、模擬以及優化的好方法，并且這種方法能夠有效提高數控加工的效率。

3.2 VERICUT Machine Simulation模塊

模塊的功能主要包括對能夠識別的代碼文件進行解釋，并對機床依據數控代碼展開加工的整個過程進行可見性的模擬。對于那些坐標系的加工、補償刀具長度、補償刀具直徑等復雜性較高的加工技術，該系統都能夠進行仿真。

Machine Simulation對機床的運動進行模擬，對機床的碰撞和過程進行錯誤探測，VERICUT對工件加工的過程進行模擬，并對數控代碼進行正確性的檢驗。這樣就形成了對整個數控加工過程進行全面錯誤檢測的一個系統，以便獲得最高效率的加工過程。

3.3 VERICUT MULTI-AXIS模塊

MULTI-AXIS（多軸模塊）：模擬驗證四軸及五軸銑、鉆、車、車銑復合加工。

由于多軸機床的復雜性，出現損壞的可能性大大增加。該模塊在VERIFICATION和MACHINE SIMULATION模塊的基礎上，使VERICUT能夠模擬和驗證多軸（三軸以上）的車、銑和車銑復合加工。對這些多軸加工進行干涉、碰撞檢查，以提前預知并想辦法解決可能出現的事故，是保護昂貴機床的很好手段。用戶可以直接調用、修改該模塊中的自帶的多軸機床模型，也可很方便地自己建立與車間機床相應的機床模型。

3.4 VERICUT OPTIPATH模塊

OPTIPATH（優化模塊）：優化NC程序，實現高效切割。

優化NC程序，使其更快，效率更高。該模塊根據機床、刀具等切削條件優化進給率，特別是在拐角處和高速銑時調整速度，保護了機床和刀具。同時，減少了機床和刀具的磨損，降低了成本。該模塊能節約30%或更多的加工時間，仿佛多了一臺機床，極大地提高了NC機床的生產率。

4 VERICUT仿真軟件的應用

選擇VERICUT系統進行加工仿真前，第一步，要借助Mac-

hine Simulation建立相關的機床運動學的模型，這個過程中系統會向使用者提供一些控制文件庫供其修改或調用，進而達到定制的要求，再借助建模模塊進行機床幾何模型的建立，依據圖紙對機床的初始位置進行設定，得到相應的工作文件、機床文件以及控制文件。第二步，借助VERICUT對毛坯和夾具進行定義，將走刀軌跡調入，對刀具的文件及形狀進行定義，并進行參數的設定。第三步，從VERICUT內進到Machine Simulation中，依據機床的模型進行機床實體、毛坯及夾具實體的添加，進行相關參數的設定，就能夠進行機床運動和刀具軌跡的同步仿真。依據系統提供的相關文件以及仿真的實際情況，可以對刀具軌跡的一些參數和文件進行修改，直到仿真符合要求為止。此外，系統的一些模塊還可以將設計的模型與加工之后的模型進行比較，確定出它們之間的差異，以便于對仿真中可能出現的欠切或過切進行探測。

5 數控加工中的仿真應用

對于數控技術，工藝路線的編制是重點，刀具和加工參數的選擇是整個工藝的難點。在相同的路線條件下，不同的刀具與加工參數對工作效率和零件質量有很大的影響。不論是復雜零件的外輪廓加工還是腔體的加工，還是五軸對零件的加工，選擇合適的刀具都是整個零件加工工藝的難點，對整體的加工工藝有著很重要的影響。

當前階段虛擬加工技術被廣泛的應用，可以完成驗證數控代碼，同時還可以對整個工藝路線的合理性、正確性進行驗證，但是，道具和參數的選擇只能做定性分析，一些其他的軟件可以做到有關的定量分析，比如VERICUT軟件，這種軟件可以進行自動化的對比，在零件加工過程中，可以使工作人員快速、準確的選擇刀具。還可以根據實際的條件進行虛擬驗證，從而可以檢查出工作時存在的潛在問題，使工藝方案更加優化。

一些仿真軟件可以使數控加工全過程實現仿真模擬。這種方法可以大大的縮短程序調控時間，同時還可以減少設備的消耗。應用仿真技術在加工一些復雜的零件時，可以減少程序出現錯誤的可能性，從而使操作者更加安全，減少刀具損害的現象。提高工作效率和加工質量，促進制造業的快速發展。

6 結 語

虛擬制造和智能加工已經成為制造業發展的目標和方向，虛擬仿真技術在數控加工中的應用，借助相關的系統和軟件對各個環節的模擬，可以大大提高加工的準確性，減少錯誤率，縮短產品的研制周期，增加產品的競爭優勢，還對促進整個制造業的高速發展有重大的意義。

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