VERICUT數控加工仿真系統在輥壓模制造中的應用

0 引 言

輥壓模具有連續工作的特點，能提高生產效率，廣泛應用于各種柔性材料的加工，如生活用紙、無紡布、醫用敷料、皮革制品、印刷后加工、鋁箔制品等

，如圖1所示。壓輥是輥壓模的關鍵零件，由于壓輥工作輪廓面的形狀復雜，且為圓柱曲面，一般選用多軸聯動機床進行加工。壓輥的精度要求高且加工工序多，加工時間長，因此在加工前利用仿真軟件進行驗證，檢驗工藝的合理性及NC程序的正確性，降低試加工風險和成本

。

VERICUT（簡稱VT）是功能強大的數控加工仿真軟件，軟件提供的虛擬機床搭建平臺可以構建與實際機床完全一致的夾具和刀具模型，能夠模擬機床的真實運動過程。VT提供多種主流的CNC控制系統，能識別并執行CAM軟件編寫的NC程序，并運用與實際機床一致的機床模型進行仿真加工，及時發現工藝或程序中的問題，避免在機床加工中出現撞機、撞刀、撞夾具和過切等問題

?，F介紹應用VT對輥壓模的壓輥進行虛擬仿真加工的方案。

1 建立機床三維模型

數控加工工藝系統由機床、刀具、夾具和工件組成，為了讓仿真過程與實際加工過程完全一致，需要在仿真環境中建立與實際機床一致的虛擬機床?，F以四軸加工中心為例，介紹機床測繪、建立三維模型以及構建VT虛擬機床的過程，機床主要技術參數如表1所示。

通過機床技術資料和測繪獲取機床各個主要機械部件的外形尺寸，應用UG NX軟件創建機床部件的三維模型。三維模型重點表達機床部件的外形尺寸，不需要繪制內部細節，機床上每一個獨立運動的部件，如滑鞍、工作臺、主軸和

軸等，都需要獨立創建三維部件。在UG裝配環境中將各個機床部件的三維模型按照實際機床的位置關系裝配成一臺完整的四軸加工中心，如圖2所示。裝配過程中注意2個問題：①

、

、

軸部件按照機床機械坐標原點的位置進行裝配；②將工作坐標系WCS的原點設置在主軸下端面的中心，且3個坐標軸的正方向與實際機床坐標軸正方向一致。

教學視頻制作是預習關鍵知識點的充分呈現，需要依據本節物理課程的相關理論及概念制作微視頻。微視頻的時間需要盡量鎖定在10 min以內，以便突出關鍵知識點的集中性和針對性，避免出現知識冗余不便理解的弊端。那么就要求物理教師詳細掌握學生的具體學情，化繁為簡，突出物理教學的重點內容，而又能夠契合學生的學習能力。因此，在制作教學視頻的過程中，物理教師需要廣泛收集與本節物理課程教學重點相關的學習資源，盡量突出教學重點，并簡化其中的邏輯性，以便學生能夠在短暫的教學視頻中了解具體的學習內容、細節、及方法。

四軸立式加工中心的

軸旋轉屬性分為旋轉方向和旋轉邏輯2項內容。旋轉方向設定當

軸執行正向指令時，

軸做順時針或逆時針旋轉；旋轉邏輯設定

軸向目標位置轉動的旋轉策略，以下就常見的兩類旋轉邏輯進行說明。

傳統課堂中，并不是每一位學生都有機會或愿意表達自己的觀點，給教師對學情的準確判斷帶來了一定的難度，難以精準分層教學。

2 在VT中搭建虛擬仿真機床

1.10 Western blot檢測心臟組織中 IL-17、RORrt、IL-10、Foxp3蛋白表達 取出保存好小鼠心臟組織添加蛋白裂解液研磨，離心后收集上清液，采用蛋白提取試劑盒提取總蛋白，BCA試劑盒測定蛋白總濃度，SDS-PAGE電泳結束后，凝膠轉移至PVDF膜上行轉膜反應，添加5%脫脂牛奶室溫下封閉1 h清洗后，加入一抗，4℃過夜，TBST清洗后滴加羊抗鼠IgG二抗，TBST清洗后ECL發光，置于凝膠成像儀中觀察蛋白表達情況。

根據實際機床的工作參數設置各個坐標軸的行程極限，其中行程數據是基于機床坐標系計算的。由于機床參考點設置在各坐標軸正方向的行程極限處，最大行程極限設置為0，最小行程極限設置為坐標軸行程的負值。虛擬機床在工作中如果坐標軸的移動超出行程極限，VT會發出報警信息。

VT系統默認的組件為沒有尺寸和形狀的實體，通過添加模型到組件使組件具有尺寸和形狀。為組件添加模型的操作方法為：右鍵點擊組件→添加模型→模型文件，選擇UG導出機床部件模型的STL文件。圖4所示為添加模型后得到的四軸加工中心虛擬機床。

“一帶一路”背景下“雙師型”外語師范人才的培 養 ……………………………………………… 劉家嘉 （68）

另外，絕大多數（76.7%）的教師是根據教學大綱授課，有23.3%的教師根據教學重點、學時、上課次數、運動員興趣或需求等參考教學大綱進行授課。因此，絕大多數老師把運動員和普通學生一樣對待，沒有把教學要求降低，這也符合國際慣例。

VT用多種類型的組件定義仿真中用到的各種功能幾何實體，如坐標軸、主軸、夾具等。組件使幾何模型具有機床部件的功能，各類組件在數控加工程序的控制下模擬機床部件的運動，因此組件是VT仿真機床的基礎對象

。

3 虛擬機床參數設置

通過項目樹將各組件按照機床部件的連接關系進行組合，子節點組件安裝在父節點組件上，并能夠隨父節點組件一起移動。以四軸立式加工中心為例，以Base（床身）作為基礎組件，在Base組件下添加

線性組件和

線性組件；在

線性組件下添加

線性組件，在

線性組件下添加

旋轉組件，在

旋轉組件下添加Fixture（夾具）組件，在Fixture組件下添加Stock（毛坯）組件；在

線性組件下添加Spindle（主軸）組件，在Spindle組件下添加Tool（刀具）組件。整個四軸加工中心虛擬機床的組件架構如圖3所示。

由于UG三維模型文件不能直接導入VT，需要將各機床部件三維模型逐一導出為STL文件。為了簡化VT環境下虛擬機床的搭建步驟，將若干個沒有相對運動的機床部件合并為一個STL文件，如主軸箱和主軸箱防護罩就可以組合為一個STL文件。

（1）線性邏輯。

軸的旋轉角度和方向由目標角度和當前角度的大小比較決定，如果目標角度大于當前角度，則

軸正向旋轉到目標角度，小于則反向旋轉。

（2）360°就近邏輯。

軸的指令角度被折算到0～360°，例如 370°被折算為 10°，-10°被折算為350°；

軸從當前角度以最小旋轉量向目標角度移動。表2所示為程序指令在兩類旋轉邏輯下

軸的運動方式對比。

VT規定具有旋轉特征的組件在工作時的旋轉軸線為其組件坐標系的特定坐標軸，例如主軸組件的旋轉軸線為

軸，

旋轉組件的旋轉軸線為

軸。在完成虛擬機床模型導入后，需要移動

旋轉組件或

軸模型，使

軸模型的旋轉軸線位于

旋轉組件坐標的

軸上，如圖5所示。

VT應用“刀具管理器”對各類切削刀具的特征進行參數設置。VT中的仿真刀具包含刀柄（Hold?er）和刀具（Cutter）2個部分，其中刀柄模型即可以在VT中直接創建，也可以將UG繪制的刀具模型（STL或STP格式）導入VT，如圖6所示。在VT中創建刀具后，還需要進行裝夾點和對刀具點的設置。裝夾點是刀具在VT虛擬機床主軸上的安裝定位點，與刀具組件的坐標原點重合。刀具點設置在刀具的刀位點上，刀具點與裝夾點的距離是VT中刀具的長度補償量。在加工程序中要使用T**M06調用刀具，使用G43 H**進行長度補償。

4 創建仿真刀具和毛坯

機床

軸執行正向指令時做順時針旋轉，使用360°就近邏輯，在VT中需要對虛擬機床的控制系統進行如下設置：機床/控制系統菜單→控制設定→旋轉（

軸旋轉臺型=360°絕對旋轉，絕對旋轉式方向為最短的距離）。

VT中工件毛坯既可以在VT中直接創建，也可以導入UG中的毛坯模型（STL格式），操作方法是在Stock組件下添加模型。建立毛坯模型后還需調整毛坯在夾具中的位置，對于回轉體毛坯，需將毛坯軸線設置在卡盤的旋轉中心上，如圖6所示。

5 程序校驗及優化

在VT中完成虛擬機床搭建、刀具及毛坯模型設置等工作后，可以選定控制器執行NC程序，控制虛擬刀具對毛坯進行仿真切削。加工過程中如果發生碰撞、切削量過大等情況，VT會在日志器中顯示報警信息，雙擊該信息能快速定位對應的程序段，方便編程者查找問題。圖7所示為刀具與卡盤發生碰撞后產生報警，碰撞位置顯示為深色。通過進行反復多次的仿真校驗和改正，得到正確的壓輥加工程序，仿真加工結果如圖8所示。

運用CAM軟件自動編程時，可以分別設定下刀、切入、切削和退刀等路徑的進給速度，但整個切削刀路的進給速度是固定的，在毛坯厚度均勻的情況下，刀具切削狀態能保持平穩。如果毛坯厚度不均勻，固定的進給速度將使刀具負荷發生變化，導致刀具損壞并影響加工工件的質量。VT提供了NC程序優化功能，通過實時分析刀具運動過程中的切削量，根據工藝知識庫中的切削參數對刀具進給速度進行優化，當切削量過大時可降低進給速度，當切削量偏小時可提高進給速度

。VT優化模塊不會改變NC程序的刀路，當一個程序段的進給過程出現切削量變化的情況，VT會將該程序段分割為多段，給每段指定新的進給速度，使刀具的切削量保持平穩，得到更高效、更安全的NC程序。

OptiPath刀路優化模塊常用以下2種方法：①恒定體積去除率：在粗加工階段根據設定的體積去除率（mm

/min）基準值調整進給速度，在指定刀具軸向切削深度、徑向切削寬度和進給速度后，VT自動計算體積去除率，并依據設定值調整進給速度；②恒定切削厚度；在精加工階段根據理想的切削厚度調整進給速度，在指定主軸轉速和進給速度后，VT自動計算切削厚度。加工壓輥程序同時選用上述2種優化方法，優化后的加工時間節約18.47%。將優化后的NC程序傳輸到機床進行壓輥制造，實際運行刀路與仿真過程一致，刀具切削過程平穩，加工工件的質量符合設計要求。

疏風散寒、解表清熱。用于風寒感冒，癥見頭痛發熱、惡寒身痛、鼻流清涕、咳嗽咽干，在感冒初起時及時服用，效果尤佳。

6 結束語

應用VT對壓輥進行四軸仿真加工，虛擬機床的運動及切削過程與實際機床一致，并且能夠在較短的時間內得到仿真結果，提高了對加工工藝和程序的檢驗效率，節約了試加工成本。刀路優化模塊自動調整刀具進給速度，提升了加工工件的質量，減輕刀具磨損并縮短加工時間，提高了經濟效益，具有較好的應用價值。

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