VERICUT数控加工仿真技术在数控实训中的应用

徐 敏 赵燕伟

（浙江工业大学，浙江 杭州 310014）

1 引言

随着先进制造业的快速发展，数控设备的大量使用，企业急需大量的数控应用型人才，职业学校担负着培养数控应用型人才的重任。但由于受资源和资金的限制，数控设备的数量有限，已经满足不了日益增长的数控人才培养需要。而在传统的数控实训教学中，常因为设备少，学生多而使得学生实际的上机操作时间大为减少，实习效果不理想。在实习过程中会因为一些操作疏忽导致安全事故，数控实习一般属于纯消耗型的加工，消耗大量的刀具和材料。为解决这些矛盾，数控仿真技术被应用到数控专业的教学，成为数控教学的一种重要手段。由美国GGTECH公司开发的VERICUT软件是目前较为先进的数控加工仿真软件，在企业院校广泛应用。就我校数控设备少，场地有限这一教学条件现状，我们尝试利用VERICUT软件进行数控仿真教学，提高学生的数控设备应用能力。

2 VERICUT数控加工仿真软件

2.1 VERICUT软件简介

VERICUT由数控程序验证模块，优化切削模块，机床运动仿真模块，AUTO-DIFF实体比较模块，多轴模块和CAD/CAM接口等模块组成。可进行数控车床，数控铣床，加工中心，电加工机床等多种数控设备的仿真过程。目前国内的宇龙和斯沃等数控仿真教学软件，主要的功能是基于机床面板操作的仿真，学生可以通过这些软件掌握数控机床基本的操作方法。而VERICUT是基于工艺过程的仿真软件，可以还原真实的机床实际加工过程，不但能验证数控加工程序，优化切削，分析检测加工结果，还能及时发现加工过程中出现的工艺问题。适合学生进行数控工艺知识和综合性数控加工训练。

2.2 VERICUT软件的主要功能模块

2.2.1 验证模块。验证模块是运行其他功能模块的前提，软件提供1-3轴验证功能，可检测出碰撞、快进、后置处理、超行程等错误，并将出错的程序序号全部记入日志文件。

2.2.2 机床仿真模块。该模块可以使VERICUT能够模拟由控制系统驱动的三维数控机床实时动画，使虚拟机床按照G代码或其他可识别的数控代码来模拟实际机床的加工运动和虚拟的工厂环境。

2.2.3 优化模块。可根据金属切除率及用户设定的优化参数重新计算并修正不同加工阶段的进给速度，从而获得高效率和高质量的数控加工工艺方案，而这一优化过程并不会改变原来的加工轨迹。

2.2.4 接口模块。可以从UG、CATIA、Pro/E等CAM软件的加工模块里直接调用VERICUT进行仿真和优化，减少操作步骤和中间格式的图形数据。并且此模块支持手工编制的程序。

3 VERICUT进行数控加工工艺系统的教学仿真环境构建

3.1 VERICUT数控加工仿真的基本过程

要进行NC程序仿真教学，需要预先构建整个工艺系统的仿真环境，一般过程如下：（1）工艺系统分析，明确机床CNC系统型号、机床结构形式和尺寸、机床运动原理、机床坐标系统以及所用到的毛坯、刀具和夹具等；（2）建立机床几何模型，用三维CAD软件建立机床运动部件和固定部件的实体几何模型，并转换成VERICUT软件可用的STL格式；（3）建立刀具库；（4）在软件中新建用户文件，设置所用CNC系统，并建立机床运动模型，即部件树；（5）添加各部件的几何模型，并准确定位；（6）设置机床参数；（7）保存所有文件。

3.2 数控加工仿真工艺系统的仿真教学环境建模实例

下面以CAK6132机床为例进行说明

（1）机床概述。此车床为卧式、平床身、前刀座、四工位电动刀架、伺服电机驱动的经济型车床。所用数控系统为FANUC-0T，X、Z两轴二联动控制，分别控制纵向、横向滑板。X轴部件上装四工位电动方刀架（转动轴线垂直）、主轴箱为固定部件，夹具为三爪卡盘。机床坐标原点为卡盘右端面中心。（2）部件分类。依VERICUT软件部件分类规则，部件分类如表1所示。

表1 机床部件分类

（3）建立部件的3D模型。在完成机床各个部件的二维测绘后，用proe软件进行三维实体造型，以运动单元建模，之后在VERICUT中装配。主轴箱建模不考虑内部传动机构，只建外形模型。X、Z轴传动链可简化不建，建立几何模型后，另存为STL格式。（4）建立部件树，完成机床的运动建模。先设系统控制为“FANUC-0T”：选菜单“配置→控制→打开”，在 机床库“中选”fan0t.ctl“。点击部件树按钮，弹出部件树对话框，单击”BASE→右键单击→在光标菜单选“添加”→选Z线性，添加Z轴，单击Z线性→右键单击→在光标菜单选添加“→选X线性”，添加X轴。同样方法，添加其他部件，得到部件树如图1所示。 因为机床坐标系的X轴正方向指向操作者方向，则在添加Z轴部件时，由于默认Z轴部件的X轴正方向为远离操作者方向，因此应绕Z轴正方向转动180°，这样，Z轴部件的X轴正方向才指向操作者。添加四把刀具时，刀架控制点为刀架转动中心，它应使后一把刀具比前一把刀具绕Y轴同一方向多转90°，并从每把刀的“刀具属性”中改“刀具索引”分别为 1、2、3、4，即指定刀具号。

图1 所得到的目录树

（5）在刀具管理器中建立刀具库。以常用的外圆粗车刀、精车刀、螺纹刀、切断切槽刀为例，分别记为1、2、3、4号刀。刀柄先用proe软件建模，并将其转换成STL格式，便于使用时调入和调整位置。（6）添加机床几何模型：a.先添加工件、卡盘、主轴、四把刀具、刀架转动部分，按“浏览”找到相应STL格式文件，工件STOCK可用VERICUT的圆柱体建模，设置工件的半径、长度。b.调节刀架转动部分部件，应定位X、Z向位置使转动中心在坐标系原点，并调整Y方向位置使装刀位置与刀柄底部接触。c.其他部件可调入后用配合方式定位。（7）设置参数。选菜单“项目→G-代码→设定”，在弹出对话框中选“表”选项，在“机床台面”列表框中选择如下参数进行添加：机床初始位置：300 0 750（X Y Z坐标用空格间隔）

机床参考点：300 0 750

工件编程原点：0 0 200（200为Z方向工件原点距机床坐标系原点距离）

还有一些参数，如刀具表、机床行程、换刀方式、NC程序类型和碰撞设置等，可进行相应操作，这里不再重复。

（8）保存文件

分别保存用户文件USR、控制系统文件CTL、机床文件MCH。为便于使VERICUT软件开始运行即进入自己的用户文件，可编辑VERICUT.BAT文件，将其中VERICUT.USR改为所需的用户文件名。另外，为了开始运行VERICUT即进入所需工作目录，可将VERICUT.BAT复制到所需工作目录中运行，并在桌面建立快捷方式。图2是我们所建立的虚拟机床环境。

图2 虚拟机床环境

3.3 数控仿真教学项目的开发

利用以上建立的虚拟数控车床为平台，可开发若干个数控车仿真实训教学项目。应用在实际教学中，取得了良好的教学效果，部分实训项目列表如下。

结语

本文基于VERICUT软件构建了数控车床加工的仿真教学环境，用同样方法可构建数控铣床、加工中心的教学仿真环境。教学实践证明，VERICUT的应用极大地提高了教学效果。在虚拟环境下，解决了教学用数控设备种类少，加工条件差的难题，对提高学生的工艺能力起到了不可替代的作用。我们在此基础上还将进一步拓展教学思路，使数控仿真软件更好的为我国的数控技术教育服务。

表2 数控仿真实训项目表

[1]杨圣群.VERICUT7.0数控加工仿真技术[M].北京：清华大学出版社，2010.

[2]李云龙等.数控机床加工仿真系统VERICUT[M].西安交通大学出版社，2005.

[3]韩俊平.虚拟数控加工在教学中的应用 [J].现代企业教育，2007，（6）：23-24.

[4]张喜江.仿真软件VERICUT在数控教学中的应用[J].CAD/CAM与制作业信息化，2007，12:86-89.