VERICUT的數控仿真加工及改進辦法分析

馮揚

摘? 要：文章在研究中以VERICUT數控仿真加工為核心，利用CATIA軟件進行零件實體造型，明確加工工藝與加工程序，并通過VERICUT軟件進行零件數控仿真加工，提出VERICUT數控仿真加工的改進與優化，進而保證加工效率和精度，以供參考。

關鍵詞：VERICUT軟件;數控仿真加工;優化;模型

中圖分類號：TG659? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）10-0107-02

Abstract： This paper takes the VERICUT NC simulation machining as the core， uses the CATIA software to carry on the part solid modeling， defines the machining technology and the machining program， and carries on the part CNC simulation machining through the VERICUT software， and puts forward the improvement and optimization of the VERICUT CNC simulation machining， so as to ensure the machining efficiency and precision for reference.

Keywords： VERICUT software; CNC simulation machining; optimization; model

仿真加工主要是在計算機上進行零件加工過程的模擬和仿真，檢查數控加工程序的精準性，已經成為現代制造業加工的有效手段。就當前而言，大多數仿真加工類軟件只是顯示出刀具切削零件過程，無法根據實際需求構建機床或是刀具模型，被動化選擇預設的仿真環境，無法實現數控加工虛擬化。而VERICUT軟件的應用徹底打破了這一局面，在實際應用中，可以根據加工需求構建虛擬機床，仿真效果更好，并對加工過程進行完全虛擬制造，模擬走刀路線，防止過切現象和潛在碰撞危險，進而大大提高了數控加工效率和精度。在這樣的環境背景下，探究VERICUT的數控仿真加工及改進辦法分析具有非常重要的現實意義。

1 CATIA建模

在數控加工中，CATIA軟件是零件設計與加工中數字化造型與驗證方式工具，屬于交互式CAD/CAM系統類型，可以精準構建復雜實體與造型，并具備CAM功能，而數控加工中也會使用CATIA軟件進行加工零件實體造型。首先，利用CATIA軟件對加工件各個零部件進行三維立體建模，并導出三維實體零件STL模型;其次，在VERICUT軟件中構建各個零部件拓撲關系，將STL模型直接導入到VERICUT軟件中;最后，根據機床情況選擇與之相配的數控系統，并利用已經構建的拓撲關系進行虛擬機床建模。其中，在CATIA軟件進行零件三維建模的過程中，加工人員要掌握數控機床各個零部件的測量尺寸和相關數據信息，嚴格根據各個零部件間拓撲關系來裝配，進而實現數控機床零件實體建模。

2 VERICUT的數控機床仿真加工

在VERICUT軟件中，要利用組件樹進行機床運動模型的真實描述，構建機床組件樹模型，并通過幾何模型進行機床仿真模型的構建，進而明確運動機床加工中的運動鏈，即為“工件-機架”、“刀具-機架”等兩條運動鏈，而機床旋轉軸運動與直線坐標軸運動互不干擾而相互獨立。

2.1 機床設置

機床模型構建后，加工人員要設置機床參數，在軟件菜單中找到“控制系統-機床設定”，對碰撞檢查系數、機床參考點、行程極限以及換刀位置等相關參數進行一一設定。機床建模工作全部完成后，加工人員要開始運行虛擬機床，并設定一系列參數，讓虛擬機床根據設定的數控程序進行運行，避免干涉、過切、超行程或是碰撞等加工問題的出現。

2.2 建立刀具庫

數控機床加工中，刀具是一種有效而必要的加工工具，VERICUT仿真加工前必須構建刀具庫文件，主要涉及到刀具切削部分、刀具夾持部分以及刀桿等相關數據信息。刀具參數設置中，選擇直徑為16mm、10mm、6mm的立銑刀和直徑為6.8mm的鉆頭，正面加工中使用夾具進行裝夾，將工件上端面中心設定成工件坐標系原點，按照加工要求來進行刀具的選擇。同時，為了提高零件加工質量，加工人員要正確設定切削用量，粗加工中考慮經濟性，半精加工與精加工中，兼顧加工質量、加工成本以及切削效率。

2.3 設定數控程序仿真加工

在VERICUT軟件應用中，支持多種數控程序進行零件加工文件仿真，加工人員需要利用CATIA軟件設定刀位點，在后置處理完成后形成G代碼數控程序，并把G代碼數控程序直接導入至VERICUT軟件中。同時，加工人員要在VERICUT系統中設定左、右加工仿真視圖，左視圖選擇機床的“切削模型”，對數控機床加工中的坐標軸運行軌跡進行監控，而右視圖選擇“工件”，對數控機床加工中的毛坯材料去除情況與走刀軌跡進行監控。仿真結果出來后，發現機床仿真中可以根據程序進行加工，但Y軸與Z軸方向發生超行程問題，造成這一現象的原因主要是CATIA軟件形成的數控程序與VERICUT軟件設定參數不符合，加工人員需要把自動生成程序調整到機床行程范圍內，保證數控程序可以正常運行在機床加工中。

3 VERICUT的數控加工仿真的改進優化

3.1 優化刀具軌跡

VERICUT仿真優化和改進主要是模擬加工生產過程，參考數控程序中的刀具選擇及運行軌跡，計算加工程序中的切削量，并對比切削參數值，在計算分析后，若余量過大，加工人員要降低進給速度;若余量較小，加工人員要提高進給速度，并修改程序，導入新的進給速度，進而保證數控加工程序的高效性與安全性。在加工切削中改進進給速度后，可以明顯優化刀具路徑，減少零件加工周期，進而達到提高加工效率的作用。同時，優化改進數控程序后，可以提高數控加工的平穩性，控制加工中刀具顫振問題，防止刀具過度磨損，有效延長刀具壽命，進而保證加工件表面質量。在刀具軌跡優化中，加工人員要在VERICUT軟件中導入加工設備與設計零件，并導入數控程序，做好刀具軌跡改進與優化的準備工作，設定優化后的程序，通過交互式界面形成刀具軌跡庫，優化刀具記錄，進而實現刀具軌跡的優化和改進。

3.2 優化加工仿真過程

為了防止數控加工中的超行程問題，加工人員可以選擇“fanuc0”控制程序，將CATIA軟件中構建的虛擬機床模型，導入到該控制程序中，并輸入到夾具與加工零件模型，并開展虛擬機床仿真加工，觀察過程中是否存在碰撞或是干涉等問題，從菜單界面中找到“自動比較”，對仿真加工件進行殘留、過切對比。

3.3 優化控制程序

在VERICUT軟件中，操作人員點擊項目樹中的“加工刀具”，進入到刀具管理界面中，對刀具進行優化，右擊“添加優化”，進入到新的優化指令中，系統會自動彈出“優化名”，操作人員選擇1號刀具優化庫，并調整對應的零件材料與機床名稱。重復這一操作步驟對后續刀具進行優化。同時，點擊“進給/轉速”項，設定軸向切深、主軸轉速以及每分進給等參數，并在“極限”項目中預設最小切削進給率、最大切削進給率，并將本次優化記錄添加到刀具庫表格中。在刀具軌跡改進完成后，操作人員點擊菜單界面中的“優化控制”選項，并選擇優化方式，啟動優化功能，在優化文件中選擇對應的文件保存路徑，控制系統會根據文件內容生成文件名，操作人員可以自定更改。在材料選擇中，設定零件毛坯材料屬性，制定專門的數控加工機床，并“確定”來進行數控機床設定。在菜單界面中，點擊“信息”生成圖表，并對數控模型進行重置，并輸出已經優化改進完成的數控程序文件。

4 VERICUT數控加工仿真改進優化結果對比

在完成數控加工仿真的改進與優化后，VERICUT系統中的NC程序文件會在工作目錄中保存，操作人員可以在主界面菜單中的“比較文件”中，查看改進優化前后的NC程序對比結果。如表1所示，改進優化前后的NC程序對比情況。

由此可見，改進優化后縮短了數控加工時間，特別是針對復雜曲面的工件，精銑型腔的改進優化效率已高達69.84%，改進優化后，數控程序段也明顯增加，減少刀具步進距離，其切削運動也隨之減少，這就大大增加空行程進給速度，并根據切削深度、角度和寬度進行刀具進給速度的調整，而并非是固定的切削速度。

除此之外，操作人員可以使用NC Viewer軟件進行NC程序代碼的仿真，并對CAD/CAM軟件形成的NC程式進行檢查和驗證，保證其運行中的可靠性。操作人員可以在NC Viewer軟件中對比檢查改進優化前后刀具路徑，點擊操作進行改進優化前刀具運動軌跡的模擬，同時模擬出改進優化后刀具運動軌跡，前后并無任何變化，加工效率的提高主要是因為加工時間大大縮短，刀具空行程進給速度加快，且切削參數優化，進而大大提高了數控加工效率。

5 結束語

綜上所述，VERICUT軟件的仿真機床視覺效果與實際機床加工十分接近，可以有效模擬整個零件數控仿真加工過程，特別是針對復雜加工零件而言，具有仿真加工檢驗的功能，可以有效預防機床碰撞或是工件過切的情況，進而有效提高零件加工精度與表面質量。但是在實際操作中，操作人員要對數控加工仿真進行優化和改進，優化刀具軌跡、仿真加工過程和控制程序，并對比改進優化結果，縮短加工周期，進而大大提高了數控加工效率。

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