康義

摘 要：隨著數(shù)控加工在全球各領域的廣泛深入的應用，加工零件的大型化、復雜化、高精度化在不斷提高，數(shù)控加工程序隨之也越來越復雜 ，如何保證數(shù)控加工程序合理性與正確率是每個數(shù)控程序編程人員面臨的現(xiàn)實難題。所以，虛擬仿真技術應運而生，作為先進制造技術的關鍵輔助技術之一，其廣泛的應用，也成為有效提高數(shù)控設備利用率、減輕編程人員勞動強度、大幅提升數(shù)控加工綜合技術水平重要手段。

關鍵詞：Vericut軟件;5軸機床;建模

引言： Vericut軟件是美國CGTech公司開發(fā)的基于Windows及UNIX系統(tǒng)平臺，在計算機上專用于數(shù)控加工仿真的軟件，它采用先進的三維顯示及虛擬制造技術，對數(shù)控加工過程的模擬達到了極其逼真的程度，并且能模擬機床的運動過程和虛擬的工廠環(huán)境。該軟件的仿真效果好，功能強大，其應用的范圍越來越廣泛，尤其是在航空企業(yè)中，已經(jīng)將Vericut軟件做為數(shù)控加工必用輔助軟件。

1、Vericut的兩種機床構建方式

機床模型構建可以采用兩種方式，一是使用Vericut軟件下自帶的簡單建模方法，這種建模方式只能構建的機床組件，而且建模功能簡單、靈活性差。如果機床的結構較為復雜，則需要應用三維建模軟件建立出機床的模型，而后導入Vericut軟件下相對應的組件結構下，構建出機床模型。

目前，能夠進行三維建模的軟件有很多，如CATIA、UG、MasterCAM等都可以進行三維建模，使用此類軟件建立機床的模型后，可以通過軟件提供的接口程序將建立的模型轉存為Vericut軟件能夠識別的類型文件。

2、Vericut機床構建流程

2.1建立機床運動組件拓撲結構

要建立VERICUT機床模型拓撲結構必須先了解機床各軸之間的相互運動關系及相關參數(shù)。尤其是5坐標機床，各組件之間相對位置關系相對復雜，轉動中心之間的偏置、轉動中心軸線到主軸軸線的偏置和轉動中心到主軸端面的距離，這些參數(shù)尤其重要，參數(shù)的正確與否直接決定仿真結果的真實性。

根據(jù)機床的運動部件進行結構拆分，對于三坐標機床，基本上可以將機床的結構拆分為X軸向運動部件、Y軸向運動部件、Z軸向運動部件以及其余的如換刀部件、電氣控制部件、冷卻系統(tǒng)等輔助部件。而對于五坐標機床，則是增加了A軸、B軸、C軸等轉動軸的對應部件。部件拆分的目的是確定相互之間的運動連接關系，此關系具體的體現(xiàn)是在仿真軟件下組件結構樹的建立。對于復雜的機床結構，單存的使用X、Y、Z、A、B、C等六個運動軸不能完全的對機床的運動過程進行仿真，因此在Vericut軟件下又增加了U、V、W、A2、B2、C2等六個相同的控制軸，并且可以將運動組件設置為不同的子系統(tǒng)號，以便于更好的控制各個組件的先后運動順序。

2.2 機床組件結構簡化與建模

在實際的仿真過程中，并不是將所有的運動細節(jié)都進行仿真，僅需要對部件的移動過程進行仿真即可。實際上，所有被仿真的部件的運動過程都經(jīng)過了簡化，而對于整體運動仿真影響較小的部分運動過程省略， 結構簡化一是可以減少建模的工作量，二是能夠提高仿真軟件的運行速度，因此滿足功后的合理的結構簡化是必要的。明確機床各組件的拓撲關系并進行運動過程簡化后，精確測量各組件幾何尺寸，用三維建模軟件建模

2.3 機床結構樹構建

組件結構樹建立的目的是為了確定再仿真軟件下各個部件的相互運動關系，其建立的關系需要符合實際的機床運動關系，否則仿真的結果不一定是正確地。

初始的組件樹窗口內(nèi)沒有任何組件，僅有Base（基礎）、Attach、Fixture（工裝）、Stock（毛坯）、Design（設計零件），這5項內(nèi)容對于所有的仿真文件都是需要的，而且Base的位置不能移動，是組件樹建立的基礎，其余的所有組件都是建立在Base基礎上，其相當于機床的地基。在此基礎上，將需要的運動部件加入，對于三坐標機床，一般增加X、Y、Z等運動軸即可，但是需要確認三個軸之間相互的運動及支撐關系。如X軸單獨運動，Z軸

在Y軸上運動等。依據(jù)不同的機床運動關系，建立的機床組件結構樹也是不同的，如圖1所示。

所有的組件結構樹都有一個共同點，即Attach組件都是關聯(lián)在運動工作臺組件上，即如果工作臺是B軸，則Attach組件在B軸下，如果X軸為工作臺，則Attach組件在X軸下，這是因為工裝、毛坯等實物在實際中是安裝在工作臺上進行加工的，因此在組件結構樹中，Attach組件一定處于工作臺所在的組件下。

另外，在建立組件結構樹時，盡可能的將主要運動部件（X軸、Y軸、Z軸、A軸、B軸、C軸）放在最開始的部位，其余的運動軸在其后。

2.4 ?添加機床組件模型

組件結構樹建立完成后，需要將對應的機床模型導入至Vericut軟件下。在組件結構樹上對應的組件上雙擊，選擇MODEL界面，選擇對應的組件模式Model File，既可以將各個組件的模型導入至Vericut軟件下。

在Vericut軟件的6.0以上版本，可以將CATIA軟件建立的機床模型直接導入至Vericut軟件下使用（需要購買相應的模塊），或者將CATIA軟件建立的機床結構模型轉換為STL文件，然后導入至Vericut軟件下。

2.5 ?控制系統(tǒng)設置

設置好數(shù)控機床的組成和結構后，機床還不能動。還需配置操作系統(tǒng)。Vericut軟件提供的控制系統(tǒng)的能涵蓋市面上絕大多數(shù)的機床，但是有很多時候，其軟件提供的控制系統(tǒng)中有些指令功能與實際的機床不吻合，因此需要針對各自不同的機床要求，對控制系統(tǒng)通過宏指令功能進行局部修改，以使得機床仿真的動作與實際的運動過程相同。

2.6 ?運動仿真

組件的模型導入后，需要驗證建立的機床結構是否正確，一般通過Vericut軟件下的MDI模式進行驗證。如果各個部件的運動都合格，則機床模型構建工作已經(jīng)完成。

小結

Vericut目前是功能較為強大的數(shù)控加工仿真軟件，本文結合本人實際應用的經(jīng)驗，概述了五坐標機床構建的基本方法。希望本文能對初學者有一個方向指導性的作用，在明確基本的機床構建流程后，進一步深入研究，挖掘Vericut更為強大的功能。

參考文獻：

[1]Vericut數(shù)控加工仿真技術 ?楊勝群 ? 清華大學出版社 2010

[3]Vericut數(shù)控加工仿真技術與應用實例詳解 ? ?鄭貞平 ? 機械工業(yè)出版社 2015