VERICUT7.2构建五轴机床模型及仿真加工过程分析

许昌烟草机械有限责任公司机加二分厂 (河南 461000) 王红宾

随着数控技术的快速发展及广泛应用，机械加工零件的复杂程度及精度进一步提高，各种合金材料、复合材料等一些难加工材料也越来越普遍，以及智能化生产经营管理模式逐步深入，因此，数控加工的仿真技术也显得越来越重要。利用仿真加工技术，可以消除数控程序的错误，避免切伤工件及夹具，避免折断刀具及碰撞机床，提高机床加工效率，从而达到降低加工成本的目的。

由于VERICUT7.2软件本身建模功能的局限，本文采用在SIEMENS NX8.5软件中建立机床模型，然后通过数据接口导入到VERICUT7.2软件中。

1.建立机床模型

以一台HEIDENHAIN系统的型号为HPM1150的五轴加工中心为例来具体说明，首先确定这台五轴加工中心的结构及各项技术参数，这台型号为HPM1150的五轴加工中心为主轴摆动加工作台旋转的结构，表1是这台五轴加工中心的结构技术参数。

表1 HPM1150五轴加工中心结构技术参数

知道了机床的各项结构技术参数，就可以在SIEMENS NX8.5软件中根据机床的实际结构尺寸去建立机床模型了。要注意的是在NX8.5软件中建立的机床模型每个部件都要是独立的，不能对各个部件进行布尔运算合成一个整体，否则机床模型导入到VERICUT7.2仿真软件中后无法分解，从而无法建立各个可以移动的线性轴。机床模型在NX8.5软件中建立好之后，保存为“STEP或 STL”格式，以便于向VERICUT7.2仿真软件中进行输入。图1所示为在SIEMENS NX8.5软件中建立的HPM1150五轴加工中心的机床模型。

在NX8.5软件中把机床模型建立好之后，把文件保存为“STEP或STL”格式，退出NX8.5软件。

图1

2.构建HPM1150机床仿真模型

现在打开VERICUT7.2仿真软件，新建一个项目，选择毫米 (mm)单位，把“显示机床组件”置为激活状态，然后在左侧项目树里选中“Base(000)”选项，点击鼠标右键，在右键选项里选择“添加模型”→“模型文件”，在此，找到上面所保存的“STEP或STL”格式的机床模型文件，全部选中打开之后，在NX8.5软件中建立机床模型组件就会导入到VERICUT7.2软件中来，可以把每个组件设定不同的颜色，如图2所示。

图2

机床模型组件导入至VERICUT7.2软件中后，就可以根据HPM1150机床的实际状态在VERICUT7.2软件中去建立仿真机床模型，首先在“控制”选项里为机床选择控制系统，HPM1150五轴联动加工中心的系统为 HEIDENHAIN iTNC530系统，然后在“机床”选项里选择机床的型号，接着在“Base(000)”选项下面去分配X/Y/Z各线性轴及A/C各旋转轴。首先来建立Y线性轴，仍然是选中“Base(000)”选项，点击鼠标右键，在右键选项里选择“添加”→“Y线性”，这时候在项目树里“Base(000)”下面就建立了一个“Y(0，0，0)”的线性轴，把上面导入至VERICUT7.2软件中代表机床Y轴的组件剪切拷贝至“Y(0，0，0)”的线性轴下面，至此，就把仿真机床的Y轴建立好了。如图3所示，可以打开“项目”菜单下的“手工数据输入”选项来检查一下是否成功建立了Y线性轴，如图4所示。

图3

图4

上面介绍了 Y线性轴的建立方法，由于HPM1150五轴加工中心的结构是Z轴附属在Y轴之上，A旋转轴附属在Z轴之上，主轴附属在A轴之上，所以在VERICUT7.2软件中建立Z线性轴的时候仍然要让它附属在Y线性轴之下，把A旋转轴附属在Z轴之下，把主轴附属在A旋转轴之下，同样的办法去建立X线性轴和C旋转轴，把机床的其他不做仿真运动的组件一同放在 Other(0，0，0)选项下面，图5所示是建立好的HPM1150五轴加工中心仿真模型的各线性轴和旋转轴。

图5

3.SIEMENS NX8.5软件与VERICUT7.2机床仿真软件的无缝连接

由于VERICUT7.2仿真软件本身建模功能的局限，所以更习惯把CAM软件中的刀路轨迹模型直接导入至VERICUT7.2仿真软件中，这样就可以不用再在VERICUT7.2仿真软件中去建立仿真加工零件的模型，从而提高的工作效率，下面来具体讲解一下实现SIEMENS NX8.5软件与VERICUT7.2机床仿真软件无缝连接的方法。

(1)建立新的环境变量。要想实现SIEMENS NX8.5软件与VERICUT7.2软件的无缝连接，需要建立新的“环境变量”，在电脑桌面上右键“我的电脑”选属性→高级→环境变量，打开“环境变量”对话框，新建表2中的几个环境变量。

表2 NX8.5软件与VERICUT7.2软件无缝连接所需的环境变量

注:表2中的变量名是固定不变的，而变量值的盘符是根据VERICUT7.2软件安装的具体位置而定的，如果VERICUT7.2软件安装在了C盘，那么变量值的盘符就是C。另外，如果安装目录X:ProgramFilesCGTechVERICUT7.2.1windows xNX8.5里没有 NX8.5文件夹，可以把里面的NX8.0或NX7.0复制出来重命名为NX8.5，再把此文件夹重新拷贝至原来的位置即可。如果安装的SI-EMENS NX软件是其他的版本，那么在UGII_VENDOR _DIR变量中，变量值接口指向相应的NX版本接口文件即可。

所需的环境变量建立好之后，确定，关闭环境变量对话框，打开的SIEMENS NX8.5软件，进入“加工”模块，这时候，在“工具”下拉菜单里会有“VERICUT”选项，在工具条图标栏里会出现“VERICUT”快捷方式图标，如图6所示。

图6

(2)在NX8.5软件中建立加工模型并直接导入至VERICUT7.2仿真软件中。在SIEMENS NX8.5软件中做好刀路轨迹以后，点击NX8.5软件工具条图标栏里的“VERICUT”快捷方式图标，打开“VERICUT Interface”对话框，如图7所示。

图7

在“VERICUT Interface”对话框里，在“Active Program Group(s)”选项里显示了工位的加工程序，可以对这些内容进行增减，在“选项/几何体”下面的选项里可以选择加工部件，设置毛坯，指定检查体和部件的位置 (即是指定部件的加工坐标系)，在“NC Program File(s)”选项里选定通过后处理文件生成的加工程序/子程序，上面的选项设定好之后，点击对话框下面的“Output and Run”选项，就可以直接打开VERICUT7.2软件，在NX8.5软件中建立的模型、毛坯、坐标系以及刀具等都会直接在VERICUT7.2软件中显示出来，如图8所示。

图8

模型文件导入VERICUT7.2软件中后，还需要在左侧的项目树中指定机床的控制系统，这里选择HEIDENHAIN iTNC530系统，然后选择机床，这里选择HPM1150五轴加工中心。

4.仿真加工方法及步骤

这里以上一步导入VERICUT7.2软件中的叶轮模型为例来。模型从NX8.5软件中导入过来以后，首先在项目树里配置机床系统，然后选择机床，在Fixture(0，0，0)/Stock(0，0，0)分支下会自动显示从NX8.5中导入的模型，在“坐标系统”分支下可以建立多个坐标系，在“G代码偏置”分支下添加“程序零点”，然后对程序零点进行配置，针对不同结构的机床选择不同的配置方式，这里根据HPM1150加工中心的结构，选择从组件 (A旋转轴)到坐标原点 (Stock _origin)的配置方式，也可以在此选项里灵活的调整坐标原点的位置，如图9所示，接下来来添加刀具，如果项目是通过NX8.5与VERICUT7.2无缝连接建立起来的，那么在NX8.5中所用的刀具会自动加载到VERICUT7.2中来，也可以打开“刀具管理器”自己建立刀具，如图10所示，最后来添加数控程序及子程序。至此，完成了仿真前的所有准备工作。

图9

图10

当工位的各个节点配置完成好之后，重置模型，接着就可以对零件进行仿真加工，如图11所示。

图11

5.结语

利用VERICUT软件对机械零件进行仿真加工，能帮助验证并优化数控加工程序，避免机床碰撞工件或夹具，延长刀具寿命，消除零件试切。另外，把SIEMENS NX8.5软件与VERICUT7.2机床仿真软件进行无缝连接，可以把NX8.5中的模型、坐标系、刀具等信息直接转换到VERICUT7.2机床仿真软件中，这就在很大程度上缩短了编程的辅助时间，提高了数控机床的加工效率，从而缩短生产周期，降低生产成本，为企业创造更多的经济效益。