□ 楊國(guó)祥

中航工業(yè)雷達(dá)與電子設(shè)備研究院 江蘇蘇州 215011

隨著數(shù)控技術(shù)的快速發(fā)展，多軸加工已占據(jù)越來越重要的位置，但由于多軸加工零件形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜及加工環(huán)境的復(fù)雜性，以及多軸加工機(jī)床昂貴的價(jià)格因素，對(duì)加工程序的準(zhǔn)確性和安全性要求更高，尤其對(duì)需要手動(dòng)參數(shù)編程更是難上加難。筆者通過對(duì)多軸參數(shù)編程和VERICUT軟件仿真加工方法，很好地解決了多軸加工零件編程和加工安全等問題，效果良好。

1 基于手動(dòng)的多軸數(shù)控程序編制

數(shù)控參數(shù)編程就是一般意義上講的宏程序，是用變量的方式進(jìn)行數(shù)控編程的方法。目前國(guó)內(nèi)常用的宏程序的變量方式大約分 3種：FUNAC系統(tǒng)的“#”、SEIMENS系統(tǒng)的“R”和 HEIDENHAIN 系統(tǒng)的“Q”參數(shù)。本文介紹的實(shí)例是運(yùn)用FUNAC系統(tǒng)。如圖1所示，利用帶第四軸的加工中心在直徑100 mm的圓上銑削橢圓槽，橢圓長(zhǎng)半軸為 30 mm,短半軸為 20 mm，材料為6061鋁合金，橢圓槽寬12 mm，深度5 mm。結(jié)合實(shí)際情況選用美國(guó)HASS帶第四旋轉(zhuǎn)軸(A軸)加工中心，具體工藝順序：1）普通車床車削φ100 mm×150 mm（留50 mm工藝夾持柄）；2）加工中心銑削橢圓槽（采用φ12 mm鍵槽銑刀）；3）普車車去工藝柄。

▲圖1 零件圖

四軸橢圓加工宏程序如下：

T12M06

G54G90G0X30Y0A0S5000M03

G43H12Z100M08

Z60

G1Z45F100

#1=0

N10

#2=30*COS［#1］

#3=20*SIN［#1］

#4=［180*#3］/［50*3.14］

G1X［#2］A［#4］F300

#1=#1+1

IF［#1LE360］GOTO10

G90G0Z100M09

M05

M30

2 基于VERICUT7.0.1軟件虛擬數(shù)控機(jī)床的構(gòu)建

VERICUT軟件是美國(guó)CGTech公司開發(fā)的專用數(shù)控加工仿真軟件，可以同時(shí)進(jìn)行刀具軌跡和機(jī)床仿真。它替代了傳統(tǒng)的機(jī)床試切方式，通過建立模擬機(jī)床、刀具和毛坯，實(shí)現(xiàn)仿真切削，最終達(dá)到校驗(yàn)加工程序的準(zhǔn)確性。它既能準(zhǔn)確地找到程序錯(cuò)誤，又能合理優(yōu)化程序，避免零件報(bào)廢、損壞刀具及機(jī)床碰撞等。

2.1 虛擬數(shù)控機(jī)床構(gòu)造與數(shù)控系統(tǒng)

在VERICUT7.0.1軟件中提供了很多種類的虛擬機(jī)床庫，可以根據(jù)實(shí)際加工設(shè)備建立與之一模一樣的虛擬機(jī)床，本文介紹軟件自帶虛擬機(jī)床庫。具體操作如下：運(yùn)行VERICUT，選擇菜單命令“配置”→“機(jī)床”彈出對(duì)話框，在工作目錄中選擇機(jī)床庫建立所需要的機(jī)床，如圖2所示，筆者選擇與之接近的hass_vf2四軸加工中心。

數(shù)控系統(tǒng)是指能按照零件加工程序的數(shù)值信息指令進(jìn)行控制，使機(jī)床完成工作運(yùn)動(dòng)并加工零件的一種控制系統(tǒng)。VERICUT7.0.1軟件中提供了很多種類的數(shù)控系統(tǒng)。方法如下：選擇菜單命令“配置”→“控制”彈出對(duì)話框，在控制文件庫選擇所需要的控制文件。需要注意的是fan0m.ctl指銑床控制文件，fan0t.ctl指車床控制文件。

2.2 虛擬毛坯及坐標(biāo)系的建立

2.2.1 毛坯定義

運(yùn)行VERICUT，在項(xiàng)目樹中單擊顯示機(jī)床組件，單擊stock,彈出“配置組件”對(duì)話框。添加組件類型為“毛坯”，添加模型為“圓柱形”，高150mm，半徑 50mm。 利用“移動(dòng)”、“旋轉(zhuǎn)”、“組合”等命令，將毛坯安裝在第四選擇軸上，如圖3所示。

▲圖2 構(gòu)建機(jī)床

2.2.2 坐標(biāo)系的設(shè)定

VERICUT中加工坐標(biāo)系與實(shí)際機(jī)床加工坐標(biāo)系一樣，主要是確定以加工原點(diǎn)為基準(zhǔn)所建立的坐標(biāo)系，泛指零件被裝夾好后，相應(yīng)的編程原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置。首先選擇菜單命令“分析”→“測(cè)量”，依次選擇“坐標(biāo)原點(diǎn)”到“工作模型原點(diǎn)”，將獲得X、Y、Z 3個(gè)方向的偏移值。其次，在VERICUT項(xiàng)目樹中，配置坐標(biāo)系統(tǒng) Csys1中移動(dòng)從“0，0，0”到3個(gè)方向偏移值即可。最后，再一次移動(dòng)“-60，0，0”就到零件的編程零點(diǎn)。對(duì)于程序中G54代碼在軟件中的設(shè)置，在項(xiàng)目樹中單擊“G代碼偏置”選項(xiàng)，在“配置G代碼偏置”選項(xiàng)中，將偏置名改為“工作偏置”，寄存器設(shè)置為“54”，子系統(tǒng)名和子寄存器都設(shè)為“1”，最后在“配置工作偏置”選項(xiàng)中， 對(duì)于特征設(shè)為從 “組件”、“tool” 到 “坐標(biāo)原點(diǎn)”、“Csys 1”，具體如圖 4 所示。

▲圖3 構(gòu)建毛坯

▲圖4 配置加工坐標(biāo)系

2.3 刀具庫的構(gòu)建

在VERICUT中利用刀具管理模塊，可建立適合自己加工工件的刀具庫。在項(xiàng)目樹中雙擊“加工刀具”，彈出“刀具管理器”對(duì)話框，選取菜單命令“添加”→“銑刀向?qū)А?，彈出?duì)話框設(shè)置刀柄和刀片兩部分。刀柄的形狀也可以事先用Ug、Pro/E等軟件建模，并將其轉(zhuǎn)換成STL格式。刀片在VERICUT中設(shè)置，選擇相對(duì)應(yīng)的刀片型號(hào)，輸入刀片尺寸即可，應(yīng)注意刀具號(hào)應(yīng)與程序中保持一致。

3 零件加工調(diào)試與仿真

3.1 多軸宏程序調(diào)試

▲圖5 載入仿真程序

息狀態(tài)的對(duì)話框，如圖5所示。

單擊仿真按鈕中的單步運(yùn)行，可以清楚地看到程序中走到哪一段和對(duì)應(yīng)程序的坐標(biāo)狀態(tài)。一旦出現(xiàn)報(bào)警和錯(cuò)誤時(shí)，很快就可以找到當(dāng)前的程序段，及時(shí)進(jìn)行修改，大大提高了調(diào)試程序的速度與準(zhǔn)確性。需要說明的是，機(jī)床原點(diǎn)、工件原點(diǎn)、程序零點(diǎn)必須正確設(shè)置，工件原點(diǎn)與程序零點(diǎn)必須一致。仿真過程中，按step方式

對(duì)于一般自動(dòng)編程的數(shù)控程序，各種軟件自帶仿真、模擬，如 UG、CATIA、Master-Cam、Pro/E、等。 在仿真圖形中可以清晰地看到在正式切削之前的過切、干涉與碰撞。對(duì)于手動(dòng)編程特別是多軸參數(shù)編程，仿真切削顯得尤為重要，VERICUT作為專業(yè)的仿真軟件給予了很好的平臺(tái)。

在VERICUT中設(shè)置好系統(tǒng)以后，開始進(jìn)行多軸宏程序調(diào)試。在項(xiàng)目樹中雙擊“數(shù)控程序”，添加所需要的程序文件，然后選擇菜單命令“信息”→“數(shù)控程序”，當(dāng)前需要仿真的數(shù)控程序就打開了，此外再選擇菜單命令“信息”→“狀態(tài)”，就會(huì)出現(xiàn)關(guān)于機(jī)床一些基本信進(jìn)行，每進(jìn)行一步查看狀態(tài)欄中宏程序執(zhí)行到的位置，通過監(jiān)測(cè)變量值的變化來調(diào)試程序。

3.2 零件仿真

仿真結(jié)果如圖6所示。

▲圖6 仿真結(jié)果

3.3 零件測(cè)量與比較

程序仿真切削的目的就是為了檢測(cè)程序的準(zhǔn)確性，避免在正式機(jī)床加工引起的材料報(bào)廢。因此，零件的測(cè)量就顯得至關(guān)重要，在VERICUT 軟件中提供了一些測(cè)量方法，如圖7所示。具體操作如下：首先選擇菜單命令 “分析”→“測(cè)量”，彈出測(cè)量對(duì)話框，點(diǎn)擊測(cè)量“距離/角度”選擇方式有很多，這里選擇“坐標(biāo)原點(diǎn)”到“平面”，可以測(cè)得內(nèi)橢圓長(zhǎng)半軸的數(shù)值，再選擇“點(diǎn)”到“平面”，可以測(cè)得橢圓深度的數(shù)值。

▲圖7 測(cè)量方法

4 結(jié)束語

多軸參數(shù)編程、調(diào)試、仿真以及加工工藝等多方面知識(shí)在生產(chǎn)實(shí)踐中具有很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，也有很好的應(yīng)用前景。這種基于完整的數(shù)控加工系統(tǒng)環(huán)境進(jìn)行多軸聯(lián)動(dòng)橢圓加工仿真，比一般的CAD/CAM軟件單純的刀位文件仿真更真實(shí)，更接近實(shí)際加工情況。有效地解決了實(shí)際加工過程中的過切、欠切，以及刀具、工件與機(jī)床部件和夾具的碰撞問題，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。

［1］ 李云龍，曹巖.數(shù)控機(jī)床加工仿真系統(tǒng)VERICUT［M］.西安：西安交通大學(xué)出版社，2005.

［2］ 王亞平.基于VERICUT的數(shù)控加工仿真及優(yōu)化［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2004(3).

［3］ 何帥經(jīng).基于VERICUT的宏程序調(diào)試［J］.CAD/CAM與制造信息化，2007(8).