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        基于VERICUT的四軸聯(lián)動數(shù)控機床仿真研究

        2012-04-18 08:50:02席鳳征
        科技傳播 2012年2期
        關(guān)鍵詞:模型

        席鳳征

        中國礦業(yè)大學(xué),江蘇 徐州 221000

        自我國加入WTO以來,我國已成為全球的“制造中心”,數(shù)控加工技術(shù)在機械制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用,迫切需要一大批能夠適應(yīng)企業(yè)要求的數(shù)控高技能人才,大批數(shù)控機床操作人員的專業(yè)培訓(xùn)的重?fù)?dān)就落在了職業(yè)院校和培訓(xùn)學(xué)校。在2005年,我院花費巨資引進(jìn)了20臺數(shù)控車床和20臺數(shù)控加工中心,在傳統(tǒng)的操作培訓(xùn)中,數(shù)控機床編程與操作的有效培訓(xùn)必須在真實的機床上進(jìn)行,這種培訓(xùn)不僅浪費各種相關(guān)的人力、物力,而且在操作中經(jīng)常出現(xiàn)一些潛在的危險,比如刀具與機床、工件相撞,存在一定的安全隱患。近幾年隨著學(xué)生人數(shù)的不斷增加,機床的數(shù)量難以保證每位學(xué)生有足夠的上機操作時間,在加上企業(yè)中也相繼引入高、精、尖的數(shù)控機床,而這類機床造價就會更高,一般學(xué)校不會花巨資引進(jìn)很多臺,最大一兩臺。面于這種形勢,我院就轉(zhuǎn)變了教學(xué)方式,采用仿真教學(xué)和實際操作相結(jié)合的方式來進(jìn)行教學(xué)。目前市場上用于數(shù)控仿真的軟件比較多的是斯沃和宇龍,但這一類軟件只能仿真三軸以內(nèi)的,當(dāng)三軸以上的就不能仿真了,而vericut更加專業(yè)些,支持三軸以上的,比如五軸聯(lián)動等等。

        1 VERICUT仿真軟件簡介

        VERICUT是美國CGTech公司開發(fā)的一種運行于WINDOWS和UNIX平臺的計算機上的先進(jìn)的專業(yè)數(shù)控加工仿真軟件。它是一款專為制造業(yè)設(shè)計的CNC數(shù)控機床仿真和優(yōu)化軟件,打破了以前只能通過傳統(tǒng)的切削實驗部件方式,利用VERICUT軟件來檢驗加工程序的準(zhǔn)確性和整個機床的加工過程,來幫助用戶改進(jìn)切削方式和清除編程錯誤。VERICUT軟件可以模擬CNC加工,用來檢測錯誤、潛在的碰撞以及低效的加工區(qū)域。在把程序傳入機床之前,VERICUT可以讓數(shù)控編程人員發(fā)現(xiàn)并糾正錯誤,這樣可以避免工件的試切。VERICUT有6個模塊,分別是:驗證模塊(Verification Module)、機床仿真模塊(Machine Simulation Module)、多軸模塊(Multi-Axis Module)、AUTO-DIFF模塊、優(yōu)化路徑模塊(OptiPath Module)、接口模塊。

        2 構(gòu)建VMC600四軸機床仿真系統(tǒng)

        結(jié)合軟件UG的CAD/CAM功能和VERICUT軟件的數(shù)控加工過程仿真功能,對我院新2009年新引進(jìn)的南通科技VMC600四軸機床進(jìn)行虛擬仿真機床。VMC600主要技術(shù)指標(biāo)如表1。

        表1 VMC600技術(shù)指標(biāo)

        構(gòu)建機床模型利用VERICUT有兩種方法。一種方法是利用VERICUT自帶的簡單建模工具建立機床模型,這種方法需要用戶很強的軟件熟練度,建立機床模型比較麻煩;另一種方法是采用CAD軟件,例如UG、CATIA及MasterCAM,先建立好機床模型,然后將機床模型文件導(dǎo)出為VERICUT可以接受的文件格式,最后導(dǎo)入到VERICUT里,利用UG將建立好的機床模型文件導(dǎo)出為.stl格式文件,并導(dǎo)入VERICUT用以構(gòu)建機床。在這里我們選用第二種方法。

        1)利用軟件UG的CAD模塊建立了數(shù)控機床模型、被加工零件及毛坯的實體參數(shù)模型,并對機床各部件進(jìn)行了裝配,確定尺寸參數(shù)及相對位置的合理性,同時在CAM模塊中完成了數(shù)控編程工作,并運用后處理模塊生成了針對具體機床的數(shù)控代碼,以此作為仿真工作的基礎(chǔ)。UG將建立好的機床模型文件導(dǎo)出為.stl格式文件。

        2)在VERICUT中建立四軸數(shù)控機床仿真模型

        創(chuàng)建步驟如下:

        (1)運行VERICUT7.0應(yīng)用程序,創(chuàng)建一個新的公制項目文件。選擇“文件”(file)>“工作目錄”(working directory)菜單命令,設(shè)定工作路徑。選擇“文件”>“新項目”>“公制”菜單命令;

        (2)顯示組件坐標(biāo)系。在圖形窗口中從系統(tǒng)彈出的快捷菜單選擇“顯示所有軸”>“組件”菜單命令;

        (3)定義部件結(jié)構(gòu)樹。

        ①將導(dǎo)出的機床模型文件復(fù)制到用戶目錄,在圖形區(qū)單擊鼠標(biāo)右鍵,在彈出的菜單中選擇“視圖類型”(view type)>“機床”(machine)命令,切換到機床視圖;②定義機床床身,在項目樹中,選中base(0,0,0)節(jié)點,在“添加模型”下拉列表框中選擇“模型文件”(model file)選項,在shortcut下拉列表框中選取相應(yīng)的STL格式文件,正確設(shè)置位置參數(shù),點擊Add和OK選項后返回部件樹菜單;③定義Z軸線性軸。右擊base(0,0,0)節(jié)點,從彈出菜單中選擇“添加”Append-->選ZLinear,添加Z軸,在“快速速度”文本中添加Z軸快速定位(G00)的進(jìn)給率(unit/min)為35000,在“加減速”下,“最大進(jìn)給速度”(uint/min)文本框中輸入進(jìn)給狀態(tài)(G1、G2/G3)的進(jìn)給率為10000,在“添加模型”下拉列表框中選擇“模型文件”(model file)選項,在“文件”下拉列表框中選取相應(yīng)Z.STL文件,完成Z軸部件模型添加;按照同樣的方法,添加Y、X、A軸部件和移動附屬(attach)部件添加。完成后如圖1。

        圖1 機床運動機構(gòu)

        (4)設(shè)置機床

        定義機床運動結(jié)構(gòu)后,需要對機床進(jìn)行初始化社設(shè)置,如機床干涉、機床初始化位置、機床行程設(shè)置。根據(jù)VMC600的機床參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)置。

        3)選配機床的配置的數(shù)控系統(tǒng)

        在項目樹中雙擊“控制”,彈出“打開控制系統(tǒng)”對話框,在“捷徑”下列表框中選擇“機床庫”(library)選項,選擇FANUC M .CTL,單擊“打開”(open)按鈕,完成控制系統(tǒng)添加。

        4)建立機床刀具庫

        在項目樹種雙擊“加工刀具”,彈出“刀具管理器”對話框。在菜單中選取添加-->新刀具-->銑刀,彈出圖2中1號刀具,按所需建立的銑刀類型(包含平地銑刀、圓鼻銑刀、球頭銑刀、鉆消刀具及用戶自定義等),設(shè)置刀具幾何參數(shù),添加確定后返回刀具管理對話框。依照上述方法,建立一系列常用的刀具,并在“描述”欄中描述刀具的類型和規(guī)格等,已備用到哪一把刀根據(jù)描述都夠迅速的調(diào)入所需刀具。

        圖2 刀具管理器

        5)機床文件保存

        將建立的文件分別保存為用戶文件sizhou.usr,控制系統(tǒng)文件sizhou.ctl,機床文件sizhou.mch和刀具庫文件sizhou.tcl.如圖3所示的是已建立的虛擬機床環(huán)境。

        圖3 虛擬機床環(huán)境

        3 仿真實例的應(yīng)用

        下面就把上述建立好的VMC600機床,進(jìn)行“五星”零件仿真加工。實例中五星零件采用的材料為45#鋼,毛坯尺寸Φ50x100。

        具體操作步驟如下:

        1)啟動VERICUT,調(diào)用上述建立好的VMC600四軸機床;

        2)添加毛坯零件。將五星毛坯零件和設(shè)計零件的STL模型文件導(dǎo)入部件樹;

        3)添加刀具庫。在組件樹中選擇“加工刀具”,在下面的“配置刀具”窗口中單擊“刀具庫文件”按鈕,引入建立好的刀具庫文件;

        4)添加數(shù)控程序。在組件樹中選擇“數(shù)控程序”,在“配置程序”窗口單擊“添加NC程序文件”按鈕。在彈出的窗口中選擇五星數(shù)控程序;

        5)設(shè)置工件原點;

        6)仿真零件,檢查數(shù)控程序的正確性,設(shè)置碰撞、超程、干涉等識別顏色,單擊工具條上的“單步仿真”或“連續(xù)仿真”鍵,開始加工仿真;

        7)仿真結(jié)果分析。采用縮放、移動、旋轉(zhuǎn)和打剖面等工具,能從不同視點觀察,詳細(xì)精確地測量切削模型。選取主菜單上“分析”→“測量”,可以測量工具距離、角度、材料的厚度、孔深;選取菜單上分析→自動比較菜單命令,可以檢查零件有無過切、殘留材料等現(xiàn)象。

        4 結(jié)論

        通過對數(shù)控加工仿真的若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究,建立了數(shù)控加工仿真系統(tǒng),并應(yīng)用到教學(xué)中。本課題建立的數(shù)控仿真四軸機床應(yīng)用在我院的實習(xí)教學(xué)中,大大解決了我院實習(xí)工位不夠的矛盾。學(xué)生利用建立的四軸機床,在仿真加工過程中不僅能顯示刀具與零件相接觸進(jìn)行切削部分,還能夠同時在另一視圖中展現(xiàn)出整個機床及其各軸的運動情況,這樣能夠更好的觀察刀具是否會與機床發(fā)生碰撞干涉,對機床整體運動形態(tài)的表現(xiàn)就與觀察真實加工時的機床完全一樣,來幫助學(xué)生清除編程錯誤和優(yōu)化切削參數(shù),從而提高加工效率。

        [1]楊生群.數(shù)控仿真技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2010.

        [2]王德躍,王華僑.VERICUT軟件在五軸高速銑加工中的應(yīng)用[J].CAD/CAM與制造業(yè)信息化,2006,6:86-88.

        [3]魏林.基于VERICUT的數(shù)控加工仿真系統(tǒng)研究[D].沈陽:沈陽理工大學(xué),2008.

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