劉東曉，董　曉，張傳峰

(1.中航工業(yè)洛陽電光設(shè)備研究所，河南 洛陽 471009；2.洛陽天浩泰軌道裝備制造有限公司，河南 洛陽 471002)

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基于VERICUT的數(shù)控加工仿真驗(yàn)證

劉東曉1，董曉1，張傳峰2

(1.中航工業(yè)洛陽電光設(shè)備研究所，河南 洛陽 471009；2.洛陽天浩泰軌道裝備制造有限公司，河南 洛陽 471002)

摘要：UG軟件加工模塊生成的刀軌需要通過后置處理轉(zhuǎn)化為數(shù)控機(jī)床可以識別的G代碼，才可以被不同數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床所識別。由于數(shù)控系統(tǒng)不同，機(jī)床結(jié)構(gòu)不同，使得不同機(jī)床的后置處理差異很大。通過應(yīng)用數(shù)控加工仿真技術(shù)，可在實(shí)驗(yàn)室對UG軟件加工模塊產(chǎn)生的G代碼的正確性進(jìn)行驗(yàn)證，模擬數(shù)控程序加工和機(jī)床運(yùn)行來減少實(shí)際切削加工，并提高加工效率，優(yōu)化切削參數(shù)。數(shù)控加工仿真是虛擬制造的基礎(chǔ)技術(shù)之一,在基于VERICUT環(huán)境對UG加工模塊切削刀軌仿真、驗(yàn)證和優(yōu)化的基礎(chǔ)上，闡明了全過程數(shù)控加工仿真優(yōu)化的概念，并探討了其特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，指明了VERICUT軟件在實(shí)現(xiàn)制造業(yè)信息化方面的作用和意義。

關(guān)鍵詞：VERICUT環(huán)境；UG；加工仿真；優(yōu)化

隨著制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)代制造技術(shù)逐漸向集成化發(fā)展，利用仿真加工，可以消除數(shù)控加工程序中的錯(cuò)誤，如切傷工件、損壞夾具、折斷刀具和碰撞機(jī)床等；可以減少機(jī)床的加工時(shí)間，減少實(shí)際的切削驗(yàn)證，使其完美地完成第1個(gè)工件成為可能；可以減少廢品和重復(fù)工作，大幅度提高加工效率，改善加工質(zhì)量，并降低生產(chǎn)成本，對現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

VERICUT軟件是美國CGTech公司開發(fā)的基于Windows以及UNIX系統(tǒng)平臺的程序驗(yàn)證、機(jī)床模擬和程序優(yōu)化軟件。VERICUT軟件能仿真機(jī)床行為和它的控制器，能夠真實(shí)反應(yīng)數(shù)控編程的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡、工件過切情況和刀具、夾具運(yùn)動(dòng)干涉等錯(cuò)誤，甚至可以直接代替實(shí)際加工中試切的工作；同時(shí)，VERICUT軟件的優(yōu)化功能，可以根據(jù)加工材料、機(jī)床參數(shù)對數(shù)控加工程序進(jìn)行優(yōu)化，大大提高機(jī)床加工效率，減少不適當(dāng)參數(shù)對機(jī)床的損傷[1]。

本文將結(jié)合實(shí)際工作中使用VERICUT軟件的情況，對VERICUT軟件在驗(yàn)證機(jī)床后置處理、仿真數(shù)控程序等方面的應(yīng)用做相應(yīng)介紹。

1應(yīng)用VERICUT軟件驗(yàn)證機(jī)床后置處理

1.1應(yīng)用VERICUT軟件制作機(jī)床

數(shù)控機(jī)床的控制器不同，所使用的NC程序格式就不一樣。在NX CAM中生成零件加工刀軌，但刀軌數(shù)據(jù)不能直接驅(qū)動(dòng)機(jī)床，應(yīng)經(jīng)過處理轉(zhuǎn)換成特定機(jī)床控制器能接受的NC程序格式，這一過程就是后處理。

傳統(tǒng)上，制作新機(jī)床的后置處理應(yīng)在機(jī)床上不斷試切、糾錯(cuò)和修改后置處理，大量占用機(jī)床加工時(shí)間，同時(shí)不完善的后置處理極易造成機(jī)床碰撞、干涉，對機(jī)床安全影響很大。

VERICUT軟件能仿真機(jī)床行為和它的控制器，能夠真實(shí)反應(yīng)加工過程中遇到的各種問題，使驗(yàn)證后置處理的工作就變得及其簡單，包括：1)通過VERICUT軟件，按機(jī)床實(shí)際尺寸與控制系統(tǒng)搭建機(jī)床；2)編制具體零件加工數(shù)控程序，應(yīng)用VERICUT軟件驗(yàn)證后置處理正確性。

本文以MAHO 60P機(jī)床為例，說明VERICUT軟件制作機(jī)床的過程。在UG軟件里確定工作坐標(biāo)系(坐標(biāo)系原點(diǎn)在C工作臺上表面中心，X、Y、Z軸正方向符合右手定則)，安裝機(jī)床部件實(shí)際尺寸建立MAHO 60P機(jī)床模型(見圖1a)；將部件Base、A、C、X、Y、Z和Spindle分別轉(zhuǎn)換為stl格式文件，在VERICUT軟件里新建名為60P的Project，建立機(jī)床結(jié)構(gòu)樹(見圖1b)，分別按部件Base、A、C、X、Y、Z和Spindle輸入stl格式的零件結(jié)構(gòu)，保存名為60P的機(jī)床(見圖 1c)；最后設(shè)定機(jī)床控制系統(tǒng)為heimplus。

圖1　VERICUT軟件制作MAHO 60P機(jī)床

對于另一類旋轉(zhuǎn)矢量為(0，-1，1)的非正交機(jī)床MAHO 50V，應(yīng)用VERICUT軟件建立機(jī)床模型的步驟為：1)收集分析MAHO 50V機(jī)床各個(gè)部件之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系；2)收集機(jī)床部件之間相對位置關(guān)系。在UG建模模塊中根據(jù)收集的MAHO 50V機(jī)床各部件的相對位置關(guān)系與結(jié)構(gòu)尺寸，建立MAHO 50V機(jī)床的整體模型，再分別按部件Base、A、C、X、Y、Z和Spindle等輸出stl格式的文件，在VERICUT軟件中根據(jù)機(jī)床運(yùn)動(dòng)關(guān)系搭建零件模型，注意該機(jī)床采用45°斜面達(dá)到工作臺的立臥轉(zhuǎn)換，即該機(jī)床的B軸繞矢量(0，-1，1)旋轉(zhuǎn)，并且B軸旋轉(zhuǎn)中心與C工作臺中心有偏移，在VERICUT軟件中組建機(jī)床時(shí)應(yīng)把偏移量寫入B軸相對于上級組件位置，并相對于坐標(biāo)系統(tǒng)定位做45°旋轉(zhuǎn)，其機(jī)床模型樹如圖2a所示；選擇控制系統(tǒng)為heiplus，制作了MAHO 50V機(jī)床(見圖2b)。

對于搖籃式機(jī)床，例如MIKRON UCP800,應(yīng)注意A旋轉(zhuǎn)軸與C工作臺有偏置距離，應(yīng)寫入其相對于上級組件位置；同理，根據(jù)上述制作機(jī)床的步驟，制作了Mickron UCP800(見圖2c)。

圖2　VERICUT軟件制作的MAHO 50V與UCP800機(jī)床

1.2在VERICUT軟件中驗(yàn)證UG后置處理

在UG軟件中建立數(shù)控加工刀軌，通過UG與VERICUT軟件接口，調(diào)入機(jī)床模型、控制系統(tǒng)和刀具，設(shè)置坐標(biāo)點(diǎn)，以UG后置處理后的G代碼為數(shù)控程序，驗(yàn)證MAHO 60P后處理的正確性，仿真過程如圖3所示。

圖3　VERICUT軟件仿真

為了驗(yàn)證Heidenhain iTNC530系統(tǒng)后置處理的正確性，編制葉輪數(shù)控銑削的數(shù)控程序，應(yīng)用VERICUT軟件對UCP800機(jī)床后置處理進(jìn)行驗(yàn)證[2-3](見圖4)。經(jīng)驗(yàn)證可知，通過查驗(yàn)VERICUT軟件的仿真結(jié)果，不斷修改后置處理，可以大量減少實(shí)際機(jī)床切削時(shí)間，在實(shí)驗(yàn)室完成后置處理的制作，并在實(shí)際機(jī)床上做出合格的葉輪零件。

圖4　刀軌與VERICUT軟件(對UCP 800　機(jī)床后置處理)仿真

同理，對上述同一葉輪，編制數(shù)控銑削程序，應(yīng)用VERICUT軟件對使用millplus系統(tǒng)的MAHO 50V機(jī)床后置處理進(jìn)行驗(yàn)證，機(jī)床仿真情況和實(shí)際機(jī)床加工情況如圖5所示。

圖5　刀軌與VERICUT軟件(對MAHO 50V　機(jī)床后置處理)仿真

2應(yīng)用VERICUT軟件驗(yàn)證UG數(shù)控程序

2.1數(shù)控程序驗(yàn)證技術(shù)

為數(shù)控機(jī)床生成完美的NC程序是一件復(fù)雜的工作。編程人員的最終目標(biāo)是編制出高效、快速、安全和準(zhǔn)確無誤的NC加工程序，在這個(gè)過程中有許多障礙，而且程序越復(fù)雜，出錯(cuò)的可能性就越大。

利用VERICUT軟件的NC程序檢測技術(shù)可以幫助制造者，確保零件加工的準(zhǔn)確和安全。

2.2應(yīng)用VERICUT驗(yàn)證UG數(shù)控程序

為驗(yàn)證UG數(shù)控程序，首先應(yīng)在UG軟件中做出刀軌。根據(jù)零件的裝夾方法，建立加工坐標(biāo)系，對應(yīng)于裝夾的對刀零點(diǎn)。在每個(gè)加工坐標(biāo)系下生成的刀軌分別屬于自己的程序組，以便于出程序。根據(jù)工件尺寸，選擇合適的刀具，然后依零件的幾何線條形狀，把零件分割成一些封閉的曲線、開放的曲線、腔體和孔等幾何元素，分別按平面銑(Planar_mill)、型腔銑(Contour_mill)和鉆孔(drill)等加工方式建立刀軌。

加工機(jī)床采用瑞士米克朗公司的UCP800五軸數(shù)控機(jī)床，其采用iTNC530控制系統(tǒng)。首先利用UCP800機(jī)床的后處理程序，把制作好的刀軌分程序組制作成后綴名為ptp的數(shù)控程序文件，啟用UG與VERICUT軟件的接口，設(shè)置設(shè)計(jì)件為零件幾何體，鑄造件為毛胚幾何體，對G代碼刀軌進(jìn)行仿真，參數(shù)設(shè)置如圖6所示。

圖6　UG與VERICUT軟件接口設(shè)置與接口選項(xiàng)

啟動(dòng)VERICUT軟件,調(diào)用機(jī)床文件Mikron_UCP8000_Duro.mch，控制系統(tǒng)文件調(diào)用hei530.ctl，在“Attach”里添附組件fixture(夾具)，分別把預(yù)前做好的stl格式的工裝1和工裝2，用配對的方法安放在機(jī)床中合適的位置。Mikron UCP8000 Duro機(jī)床VERICUT軟件的項(xiàng)目樹圖如圖7所示，其機(jī)床-工件圖如圖8所示。

圖7　項(xiàng)目樹圖　　　　　圖8　機(jī)床-工件圖

運(yùn)行仿真之后，選擇VERICUT軟件的“分析-自動(dòng)比對”功能，把>0.05 mm的過切設(shè)置為紅色，“毛胚組件”欄內(nèi)選擇“Stock”, “圖案顯示”和“比較方法”選擇為“Solid”, “比較類型”選擇“Excess”項(xiàng), 選取“校驗(yàn)圖案的一致性”和“保留設(shè)計(jì)毛胚”，具體設(shè)置如圖9所示。不同尺寸范圍過切與殘余顏色設(shè)置如圖10所示。自動(dòng)比對結(jié)果在窗口顯示出加工零件和設(shè)計(jì)CAD 模型的誤差分析圖和分析報(bào)告(見圖11)。

此外，也可以用不同顏色分別代表0.1～0.3 mm過切量Gouge和殘留量Excess，對加工刀軌進(jìn)行仿真，VERICUT軟件可以指出出錯(cuò)的程序段，通過重新在UG軟件中制作刀軌，反復(fù)驗(yàn)證，最后得到符合實(shí)際需要的刀軌[4]。而借助于軟件中的日志，可以明確地知道每條出錯(cuò)的程序、出錯(cuò)的性質(zhì)，通過對出錯(cuò)程序進(jìn)行分析，可以在最短時(shí)間內(nèi)對程序加以完善。

圖9　自動(dòng)比對設(shè)置　　　　圖10　過切情況與殘　余顏色設(shè)置

圖11　自動(dòng)比對結(jié)果

3結(jié)語

在數(shù)控加工行業(yè)，應(yīng)用VERICUT軟件可以根據(jù)實(shí)際機(jī)床的參數(shù)制作虛擬機(jī)床，在實(shí)驗(yàn)室中驗(yàn)證刀軌，分析數(shù)控程序的過切與殘留，預(yù)見機(jī)床的干涉與碰撞，甚至對切削參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，這在實(shí)現(xiàn)制造業(yè)信息化方面有重要的作用和深遠(yuǎn)的意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 周小春，趙衛(wèi)東. 基于VERICUT的全過程數(shù)控加工仿真研究與應(yīng)用[J]. 中國制造業(yè)信息化，2007(13):35-37，41.

[2] 王林起，張繼忠，王晉偉. VERICUT仿真壓氣機(jī)葉輪銑削技術(shù)的研究[J]. 鐵道機(jī)車車輛，2003(s1):74-77.

[3] 楊延波. 整體式葉輪的三維造型及數(shù)據(jù)加工[J]. 新技術(shù)新工藝，2013(10):39-42.

[4] 廖萬榮. 基于VERICUT的數(shù)控加工程序切削參數(shù)優(yōu)化[J]. CAD/CAM與制造業(yè)信息化，2007(8):80-83.

責(zé)任編輯彭光宇

The NC Machining Simulation based on VERICUT

LIU Dongxiao1， DONG Xiao1， ZHANG Chuanfeng2

(1.Luoyang Institute of Electro-Optical Equipment, AVIC, Luoyang 471009, China；2.Luoyang Tihot Railway Machinery Manufacturing Co. Ltd., Luoyang 471002, China)

Abstract：The tool path generated by the manufacture module of the UG software can only been identified by the different numerical control system CNC machine through post-builder, which can translate the tool path to G code. The different CNC machine has different post-builder because of its different numerical control system and different machine tool structure. The NC machining simulation technology can validate the correctness of the G code generated by the manufacture module of the UG software in the laboratory, it makes improve processing efficiency and optimize cutting parameters possible by simulating the correct NC program processing, machine tool operating on the base of less actual machining.The NC machining simulation is one of the foundation of the virtual manufacturing technology.Based on VERICUT environment, use its simulation and optimization funnction on the cuuting path maded by UG manufacturing module, clarify the concept of the whole process of NC machining simulation and optimization, discuss its characteristic and advantage, and point out the important function and significance of vericut in the manufacturing informatization.

Key words:VERICUT environment， UG， machining simulation， optimization

收稿日期：2015-07-03

作者簡介：劉東曉(1972-)，男，工程師，碩士，主要從事機(jī)械加工工藝、數(shù)控編程與仿真等方面的研究。

中圖分類號：V 271.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A