王泰吉，李世濤，宋福田，徐　鵬

(南車(chē)青島四方機(jī)車(chē)車(chē)輛股份有限公司，山東 青島 266111)

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基于VERICUT的三菱龍門(mén)機(jī)床(MVR33-39DX)加工仿真環(huán)境研究

王泰吉，李世濤，宋福田，徐鵬

(南車(chē)青島四方機(jī)車(chē)車(chē)輛股份有限公司，山東 青島 266111)

在應(yīng)用VERICUT軟件構(gòu)建虛擬環(huán)境仿真數(shù)控程序時(shí)，有時(shí)會(huì)遇到機(jī)床廠商為了機(jī)床的一些特殊功能而設(shè)定的一些特殊指令，這些指令通常需要在VERICUT軟件中單獨(dú)做出定義。介紹了MVR33-39DX數(shù)控龍門(mén)銑床中一些特殊指令在VERICUT軟件中的配置方式。

附件頭；VERICUT；數(shù)控

VERICUT是一款專(zhuān)為制造業(yè)設(shè)計(jì)的CNC數(shù)控機(jī)床加工仿真和優(yōu)化軟件。取代了傳統(tǒng)的切削試驗(yàn)部件方式，VERICUT軟件通過(guò)模擬整個(gè)機(jī)床加工過(guò)程和校驗(yàn)加工程序的準(zhǔn)確性，來(lái)清除編程錯(cuò)誤和改進(jìn)切削效率[1-2]。

MVR33-39DX是三菱重工生產(chǎn)的帶有多個(gè)附件銑頭的龍門(mén)銑床。該機(jī)床具備功率大、精度高、加工區(qū)域大和自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，適用于多種工況的加工要求。本文主要討論MVR33-39DX機(jī)床在VERICUT仿真中附件銑頭的更換和坐標(biāo)變換指令的實(shí)現(xiàn)[3]。

1　附件銑頭的更換配置

機(jī)床MVR33-39DX共有5個(gè)銑頭，通過(guò)指令“M95”+“T”+“銑頭編號(hào)”的方式更換。因?yàn)楦鼡Q銑頭的過(guò)程比較復(fù)雜，所里采用定義子程序的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)VERICUT仿真中銑頭的更換。首先在機(jī)床高級(jí)設(shè)定里定義“M95”代替為“G65 P9021”，使得指令執(zhí)行時(shí)，可以調(diào)用O9021子程序運(yùn)行(見(jiàn)圖1)。然后可以創(chuàng)建子程序O9021并添加到系統(tǒng)中。

圖1　銑頭更換指令

在VERICUT項(xiàng)目樹(shù)中對(duì)各個(gè)銑頭的位置進(jìn)行定義，所有銑頭統(tǒng)一配置在“C2”組件下(見(jiàn)圖2)。每個(gè)銑頭都有一個(gè)獨(dú)立的主軸和刀具。如果銑頭包含旋轉(zhuǎn)軸，還應(yīng)對(duì)旋轉(zhuǎn)軸做配置。

圖2　銑頭配置

由于機(jī)床有多個(gè)銑頭，所以每個(gè)銑頭的刀具組件都要分配給不同的刀具索引號(hào)碼(見(jiàn)圖3)，這樣在更換銑頭時(shí)，就可以通過(guò)刀具索引激活不同的刀具組件，以確定在換刀時(shí)刀具的安裝位置。

圖3　銑頭刀具設(shè)定

主軸組件(spindle)的方向要根據(jù)各個(gè)銑頭的真實(shí)方向做出定義。如直角銑頭，刀具為水平方向安裝，那么主軸組件的Z方向應(yīng)被定義為水平的方向(見(jiàn)圖4)。如不能顯示組件坐標(biāo)系的方向，可以在圖形區(qū)域單擊右鍵，顯示所有軸，以勾選組件的方式打開(kāi)組件坐標(biāo)系的顯示。

圖4　主軸組件方向

銑頭的更換主要包含如下3個(gè)部分。

1)記錄更換銑頭的編號(hào)，并與主軸上現(xiàn)在的銑頭號(hào)進(jìn)行對(duì)比，以判斷更換銑頭的動(dòng)作執(zhí)行順序(代碼如下)。如主軸上的銑頭與更換的銑頭相同，則跳轉(zhuǎn)到9000程序段，結(jié)束子程序；如不同，則先執(zhí)行卸載銑頭部分，再執(zhí)行加載新銑頭部分；如主軸上沒(méi)有銑頭，則直接執(zhí)行更換新銑頭部分。在該部分還要對(duì)主軸上刀具的狀態(tài)做出相應(yīng)的處理。如在更換銑頭時(shí)，主軸上已有刀具的，是發(fā)出報(bào)警還是執(zhí)行換刀動(dòng)作，將刀具送回刀具庫(kù)。在本例中不做具體判斷，而是直接執(zhí)行“T0 M6”指令，將刀具送回刀具庫(kù)。

T0 M6

#10100=#20 (T-New head)

IF[#10100 EQ #20100] GOTO 9000

CGTECH_MACRO "CaxisMachineMotion" "" 0.0

CGTECH_MACRO "ProcessMotion"

CGTECH_MACRO "XaxisMachineMotion" "" 0.0

CGTECH_MACRO "ProcessMotion"

CGTECH_MACRO "YaxisMachineMotion" "" -4000

CGTECH_MACRO "ProcessMotion"

(Check which head is loaded)

IF #20100 EQ 1000 GOTO 101000

IF #20100 EQ 1100 GOTO 101100

IF #20100 EQ 1200 GOTO 101200

IF #20100 EQ 1300 GOTO 101300

IF #20100 EQ 1500 GOTO 101500

GOTO 4000

……

N4000

(check for new head)

IF #10100 EQ 1000 GOTO 201000

IF #10100 EQ 1100 GOTO 201100

IF #10100 EQ 1200 GOTO 201200

IF #10100 EQ 1300 GOTO 201300

IF #10100 EQ 1500 GOTO 201500

GOTO 9000

2)卸載主軸上現(xiàn)有的銑頭。卸載1000號(hào)銑頭的代碼如下(其他銑頭卸載代碼僅與卸載1000號(hào)銑頭的位置和銑頭名稱(chēng)不同)：

N101000

(Return Head 1000)

CGTECH_MACRO "TurnOnOffGagePivotOffset" "" 0

CGTECH_MACRO "C2AxisMachineMotion" "" 0.0

CGTECH_MACRO "ProcessMotion"

CGTECH_MACRO "WaxisMachineMotion" "" -900

CGTECH_MACRO "ProcessMotion"

CGTECH_MACRO "ZaxisMachineMotion" "" -900

CGTECH_MACRO "ProcessMotion"

CGTECH_MACRO "YaxisMachineMotion" "" -5000

CGTECH_MACRO "ProcessMotion"

CGTECH_MACRO "ConnectCompName" T1000

CGTECH_MACRO "ConnectToCompName" Spindle_holder_T1000

CGTECH_MACRO "ZaxisMachineMotion" "" 0.0

CGTECH_MACRO "ProcessMotion"

CGTECH_MACRO "WaxisMachineMotion" "" 600.

CGTECH_MACRO "ProcessMotion"

3)加載要更換的銑頭。更換1000號(hào)銑頭的代碼如下(其他銑頭更換代碼僅與更換1000號(hào)銑頭的位置和銑頭名稱(chēng)不同)。銑頭更換后都要跳轉(zhuǎn)到9000程序行，該程序行后的代碼主要用來(lái)定位主軸從主軸庫(kù)更換完畢后移動(dòng)的位置以及一些機(jī)床輔助功能的開(kāi)啟(具體代碼略)。

N201000

(Load Head 1000)

CGTECH_MACRO "C2AxisMachineMotion" "" 0.0

CGTECH_MACRO "ProcessMotion"

CGTECH_MACRO "WaxisMachineMotion" "" -900

CGTECH_MACRO "ProcessMotion"

CGTECH_MACRO "ZaxisMachineMotion" "" -785

CGTECH_MACRO "ProcessMotion"

CGTECH_MACRO "YaxisMachineMotion" "" -5000

CGTECH_MACRO "ProcessMotion"

CGTECH_MACRO "ZaxisMachineMotion" "" -900

CGTECH_MACRO "ProcessMotion"

CGTECH_MACRO "ConnectCompName" T1000

CGTECH_MACRO "ConnectToCompName" C

CGTECH_MACRO "ActiveTool" "" 1000

CGTECH_MACRO "PivotOffsetCompName" "C"

CGTECH_MACRO "TurnOnOffGagePivotOffset" "" 1

GOTO 9000

子程序中的VERICUT宏ConnectCompName用來(lái)定義連接的銑頭。宏ConnectTocompName用來(lái)定義銑頭與組件連接。在卸載銑頭時(shí)，將銑頭連接到銑頭的原組件位置上，加載銑頭時(shí)，將銑頭連接到主軸組件“C”上。宏ActiveTool用來(lái)激活對(duì)應(yīng)銑頭上的刀具，使得換刀指令能將刀具換到當(dāng)前使用的銑頭上。宏P(guān)ivotOffsetCompName用來(lái)定義計(jì)算偏執(zhí)的組件名稱(chēng)。宏TrunOnOffGagePivotOffset用來(lái)打開(kāi)偏執(zhí)計(jì)算。

2　坐標(biāo)變換功能的實(shí)現(xiàn)

坐標(biāo)變換主要用于直角銑頭和五軸銑頭，該功能能通過(guò)指令“G65 P9711 X_ Y_ Z_ A_ B_ (X、Y、Z：坐標(biāo)偏移的位置；A：繞X軸旋轉(zhuǎn)的角度；B：繞Z軸旋轉(zhuǎn)的角度)”來(lái)移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，并使主軸的方向能自動(dòng)的定義到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的Z軸方向。首先要定義子程序O9711并將程序添加到VERICUT軟件中。子程序O9711的內(nèi)容如下：

IF #10100 EQ 1000 GOTO 666

IF #10100 EQ 1200 GOTO 666

IF #10100 EQ 1100 GOTO 777

IF #10100 EQ 1300 GOTO 777

IF #10100 EQ 1500 GOTO 888

N666

G68X#24Y#25Z#26I0J0K0

GOTO 999

N777

C=#2

G68X#24Y#25Z#26I0J0K1.0R[-#2+90]

G68X0.Y0.Z0.I1.J0K0R[-#1+90]

GOTO 999

N888

C=#2 A=#1

IF[#1 LT 0] GOTO 775

G68X#24Y#25Z#26I0J0K1.0R[-#2+90]

G68X0.Y0.Z0.I1.J0K0R[#1]

GOTO 999

N775

G68X#24Y#25Z#26I0J0K1.0R[-#2-90]

G68X0.Y0.Z0.I1.J0K0R[-#1]

GOTO 999

N999 M99

程序開(kāi)始首先要對(duì)主軸上的銑頭做出判斷，加長(zhǎng)銑頭、直角銑頭和五軸銑頭分別對(duì)應(yīng)程序段N666、N777和N888。在程序段N666中，加長(zhǎng)銑頭只對(duì)應(yīng)坐標(biāo)系的偏移，無(wú)旋轉(zhuǎn)動(dòng)作；在N777程序段中，直角銑頭的C軸旋轉(zhuǎn)角度定義為B參數(shù)的數(shù)值，坐標(biāo)系在偏移后繞Z軸旋轉(zhuǎn)90°-B的參數(shù)值；在程序段N888中，五軸銑頭C軸旋轉(zhuǎn)角度定義為B參數(shù)的數(shù)值，A軸旋轉(zhuǎn)角度定義為A參數(shù)的數(shù)值，坐標(biāo)系在偏移后繞Z軸旋轉(zhuǎn)90°-B的參數(shù)值，再繞A軸旋轉(zhuǎn)A參數(shù)的數(shù)值。

3　其他指令

該機(jī)床還有G65 P9710 C_ 指令。該指令中的C后面的值為工作偏置的寄存器號(hào)碼。所以只需創(chuàng)建O9710子程序，子程序內(nèi)容如下：

O9710

IF #3 EQ 54 GOTO 54

IF #3 EQ 55 GOTO 55

IF #3 EQ 56 GOTO 56

IF #3 EQ 57 GOTO 57

IF #3 EQ 58 GOTO 58

IF #3 EQ 59 GOTO 59

N54 G54

M99

N55 G55

M99

N56 G56

M99

N57 G57

M99

N58 G58

M99

N59 G59

M99

G65 P8100指令使Z軸回機(jī)床零點(diǎn)，并取消刀具的半徑和長(zhǎng)度補(bǔ)償。創(chuàng)建O8100子程序，子程序內(nèi)容如下：

O8100

G91 G28 Z0.0

G49 G40

G69 G90

M9

M99

4　變量的使用

在配置如更換銑頭等程序時(shí)，經(jīng)常要使用變量對(duì)當(dāng)前的一些狀態(tài)做出記錄和判斷。在程序調(diào)用時(shí)也需要對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行傳遞。如在本例的三菱龍門(mén)機(jī)床中，就使用了#10100來(lái)記錄要更換的銑頭的號(hào)碼，使用#20100來(lái)記錄當(dāng)前機(jī)床上正在使用的附件頭。通過(guò)對(duì)這2個(gè)變量值進(jìn)行判斷來(lái)確定機(jī)床的動(dòng)作。在變量的使用中，應(yīng)注意和控制系統(tǒng)的變量能夠區(qū)分開(kāi)。如三菱的龍門(mén)為發(fā)那科系統(tǒng)，不僅要避免和用戶(hù)程序中的變量沖突，而且應(yīng)注意不能和系統(tǒng)的變量同名。同時(shí)變量#1～#33為系統(tǒng)局部變量，這些變量?jī)H僅在當(dāng)前程序有效，所以不能用來(lái)作為狀態(tài)記錄和判斷的變量使用。

參數(shù)在不同程序之間的傳遞要使用VERICUT宏MacroVar來(lái)實(shí)現(xiàn)。該宏可以把程序中A～Z后面對(duì)應(yīng)的數(shù)值賦給變量#1～#26(變量的對(duì)應(yīng)關(guān)系可參考發(fā)那科用戶(hù)手冊(cè)中自變量的指定)。這也是上述提到的要把“M95”代替成“G65 P9021”的一個(gè)原因。這樣執(zhí)行程序“M95 T1500”就相當(dāng)于執(zhí)行了“G65 P9021 T1500”，不但調(diào)用了9021子程序，同時(shí)也把T后的1500傳遞給了子程序9021的局部變量#20。所以在9021程序中有#10100=#20這樣的賦值，來(lái)對(duì)要更換的銑頭號(hào)碼做出記錄。在銑頭更換完畢后，又有#20100=#20(這里也可以使用#20100=#10100)的賦值，來(lái)記錄當(dāng)前主軸上的銑頭號(hào)碼。

5　結(jié)語(yǔ)

在應(yīng)用VERICUT軟件仿真一些結(jié)構(gòu)特殊的機(jī)床時(shí)，常會(huì)遇到由機(jī)床廠商定義的一些特殊指令或子程序。因?yàn)檫@些功能沒(méi)有包含在標(biāo)準(zhǔn)的控制器中，就需要在配置機(jī)床時(shí)單獨(dú)地做出定義。本文通過(guò)自行建立的子程序解決了機(jī)床更換附件頭和坐標(biāo)變換等問(wèn)題，使得構(gòu)建的機(jī)床能夠仿真該機(jī)床的所有加工程序。避免了錯(cuò)誤程序在車(chē)間的使用，極大地提高了程序的正確性和可靠性。同時(shí)，通過(guò)VERICUT的仿真，也為合理規(guī)劃加工流程，改善工藝路線提供了很大的幫助。

[1] 劉東曉,董曉,張傳峰. 基于VERICUT的數(shù)控加工仿真驗(yàn)證[J]. 新技術(shù)新工藝, 2015(12):97-100.

[2] 楊勝群. VERICUT數(shù)控加工仿真技術(shù)[M].2版.北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[3] 王啟忠. Vericut中構(gòu)建多銑頭龍門(mén)銑床[J]. 金屬加工(冷加工)，2009(5):32-34.

責(zé)任編輯鄭練

Research of the Processing Simulation Environment with Mitsubishi Gantry Machine Tools (MVR33-39DX) based on VERICUT

WANG Taiji, LI Shitao, SONG Futian, XU Peng

(CSR Qingdao Sifang Locomotive & Rolling Stock Co., Ltd., Qingdao 266111, China)

When building a virtual CNC machine simulation environment in VERICUT, sometimes some machines have a few special commands for special features. These commands need to be configured in the VERICUT control system. Describe how to define special commands in the VERICUT control system for the MVR33-39DX CNC milling machine.

attachments, VERICUT, NC

TG 659

A

王泰吉(1983-)，男，工程師，主要從事動(dòng)車(chē)組車(chē)體加工工藝等方面的研究。

2015-11-13