Vericut下5軸機床構(gòu)建

康義

摘 要：隨著數(shù)控加工在全球各領(lǐng)域的廣泛深入的應(yīng)用，加工零件的大型化、復(fù)雜化、高精度化在不斷提高，數(shù)控加工程序隨之也越來越復(fù)雜 ，如何保證數(shù)控加工程序合理性與正確率是每個數(shù)控程序編程人員面臨的現(xiàn)實難題。所以，虛擬仿真技術(shù)應(yīng)運而生，作為先進制造技術(shù)的關(guān)鍵輔助技術(shù)之一，其廣泛的應(yīng)用，也成為有效提高數(shù)控設(shè)備利用率、減輕編程人員勞動強度、大幅提升數(shù)控加工綜合技術(shù)水平重要手段。

關(guān)鍵詞：Vericut軟件;5軸機床;建模

引言： Vericut軟件是美國CGTech公司開發(fā)的基于Windows及UNIX系統(tǒng)平臺，在計算機上專用于數(shù)控加工仿真的軟件，它采用先進的三維顯示及虛擬制造技術(shù)，對數(shù)控加工過程的模擬達到了極其逼真的程度，并且能模擬機床的運動過程和虛擬的工廠環(huán)境。該軟件的仿真效果好，功能強大，其應(yīng)用的范圍越來越廣泛，尤其是在航空企業(yè)中，已經(jīng)將Vericut軟件做為數(shù)控加工必用輔助軟件。

1、Vericut的兩種機床構(gòu)建方式

機床模型構(gòu)建可以采用兩種方式，一是使用Vericut軟件下自帶的簡單建模方法，這種建模方式只能構(gòu)建的機床組件，而且建模功能簡單、靈活性差。如果機床的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，則需要應(yīng)用三維建模軟件建立出機床的模型，而后導(dǎo)入Vericut軟件下相對應(yīng)的組件結(jié)構(gòu)下，構(gòu)建出機床模型。

目前，能夠進行三維建模的軟件有很多，如CATIA、UG、MasterCAM等都可以進行三維建模，使用此類軟件建立機床的模型后，可以通過軟件提供的接口程序?qū)⒔⒌哪Ｐ娃D(zhuǎn)存為Vericut軟件能夠識別的類型文件。

2、Vericut機床構(gòu)建流程

2.1建立機床運動組件拓撲結(jié)構(gòu)

要建立VERICUT機床模型拓撲結(jié)構(gòu)必須先了解機床各軸之間的相互運動關(guān)系及相關(guān)參數(shù)。尤其是5坐標機床，各組件之間相對位置關(guān)系相對復(fù)雜，轉(zhuǎn)動中心之間的偏置、轉(zhuǎn)動中心軸線到主軸軸線的偏置和轉(zhuǎn)動中心到主軸端面的距離，這些參數(shù)尤其重要，參數(shù)的正確與否直接決定仿真結(jié)果的真實性。

根據(jù)機床的運動部件進行結(jié)構(gòu)拆分，對于三坐標機床，基本上可以將機床的結(jié)構(gòu)拆分為X軸向運動部件、Y軸向運動部件、Z軸向運動部件以及其余的如換刀部件、電氣控制部件、冷卻系統(tǒng)等輔助部件。而對于五坐標機床，則是增加了A軸、B軸、C軸等轉(zhuǎn)動軸的對應(yīng)部件。部件拆分的目的是確定相互之間的運動連接關(guān)系，此關(guān)系具體的體現(xiàn)是在仿真軟件下組件結(jié)構(gòu)樹的建立。對于復(fù)雜的機床結(jié)構(gòu)，單存的使用X、Y、Z、A、B、C等六個運動軸不能完全的對機床的運動過程進行仿真，因此在Vericut軟件下又增加了U、V、W、A2、B2、C2等六個相同的控制軸，并且可以將運動組件設(shè)置為不同的子系統(tǒng)號，以便于更好的控制各個組件的先后運動順序。

2.2 機床組件結(jié)構(gòu)簡化與建模

在實際的仿真過程中，并不是將所有的運動細節(jié)都進行仿真，僅需要對部件的移動過程進行仿真即可。實際上，所有被仿真的部件的運動過程都經(jīng)過了簡化，而對于整體運動仿真影響較小的部分運動過程省略， 結(jié)構(gòu)簡化一是可以減少建模的工作量，二是能夠提高仿真軟件的運行速度，因此滿足功后的合理的結(jié)構(gòu)簡化是必要的。明確機床各組件的拓撲關(guān)系并進行運動過程簡化后，精確測量各組件幾何尺寸，用三維建模軟件建模

2.3 機床結(jié)構(gòu)樹構(gòu)建

組件結(jié)構(gòu)樹建立的目的是為了確定再仿真軟件下各個部件的相互運動關(guān)系，其建立的關(guān)系需要符合實際的機床運動關(guān)系，否則仿真的結(jié)果不一定是正確地。

初始的組件樹窗口內(nèi)沒有任何組件，僅有Base（基礎(chǔ)）、Attach、Fixture（工裝）、Stock（毛坯）、Design（設(shè)計零件），這5項內(nèi)容對于所有的仿真文件都是需要的，而且Base的位置不能移動，是組件樹建立的基礎(chǔ)，其余的所有組件都是建立在Base基礎(chǔ)上，其相當于機床的地基。在此基礎(chǔ)上，將需要的運動部件加入，對于三坐標機床，一般增加X、Y、Z等運動軸即可，但是需要確認三個軸之間相互的運動及支撐關(guān)系。如X軸單獨運動，Z軸

在Y軸上運動等。依據(jù)不同的機床運動關(guān)系，建立的機床組件結(jié)構(gòu)樹也是不同的，如圖1所示。

所有的組件結(jié)構(gòu)樹都有一個共同點，即Attach組件都是關(guān)聯(lián)在運動工作臺組件上，即如果工作臺是B軸，則Attach組件在B軸下，如果X軸為工作臺，則Attach組件在X軸下，這是因為工裝、毛坯等實物在實際中是安裝在工作臺上進行加工的，因此在組件結(jié)構(gòu)樹中，Attach組件一定處于工作臺所在的組件下。

另外，在建立組件結(jié)構(gòu)樹時，盡可能的將主要運動部件（X軸、Y軸、Z軸、A軸、B軸、C軸）放在最開始的部位，其余的運動軸在其后。

2.4 ?添加機床組件模型

組件結(jié)構(gòu)樹建立完成后，需要將對應(yīng)的機床模型導(dǎo)入至Vericut軟件下。在組件結(jié)構(gòu)樹上對應(yīng)的組件上雙擊，選擇MODEL界面，選擇對應(yīng)的組件模式Model File，既可以將各個組件的模型導(dǎo)入至Vericut軟件下。

在Vericut軟件的6.0以上版本，可以將CATIA軟件建立的機床模型直接導(dǎo)入至Vericut軟件下使用（需要購買相應(yīng)的模塊），或者將CATIA軟件建立的機床結(jié)構(gòu)模型轉(zhuǎn)換為STL文件，然后導(dǎo)入至Vericut軟件下。

2.5 ?控制系統(tǒng)設(shè)置

設(shè)置好數(shù)控機床的組成和結(jié)構(gòu)后，機床還不能動。還需配置操作系統(tǒng)。Vericut軟件提供的控制系統(tǒng)的能涵蓋市面上絕大多數(shù)的機床，但是有很多時候，其軟件提供的控制系統(tǒng)中有些指令功能與實際的機床不吻合，因此需要針對各自不同的機床要求，對控制系統(tǒng)通過宏指令功能進行局部修改，以使得機床仿真的動作與實際的運動過程相同。

2.6 ?運動仿真

組件的模型導(dǎo)入后，需要驗證建立的機床結(jié)構(gòu)是否正確，一般通過Vericut軟件下的MDI模式進行驗證。如果各個部件的運動都合格，則機床模型構(gòu)建工作已經(jīng)完成。

小結(jié)

Vericut目前是功能較為強大的數(shù)控加工仿真軟件，本文結(jié)合本人實際應(yīng)用的經(jīng)驗，概述了五坐標機床構(gòu)建的基本方法。希望本文能對初學(xué)者有一個方向指導(dǎo)性的作用，在明確基本的機床構(gòu)建流程后，進一步深入研究，挖掘Vericut更為強大的功能。

參考文獻：

[1]Vericut數(shù)控加工仿真技術(shù) ?楊勝群 ? 清華大學(xué)出版社 2010

[3]Vericut數(shù)控加工仿真技術(shù)與應(yīng)用實例詳解 ? ?鄭貞平 ? 機械工業(yè)出版社 2015