基于VERICUT数铣仿真加工系统的研究

薛茂超,杜金凤

(新乡职业技术学院，河南 新乡 453006)

基于VERICUT数铣仿真加工系统的研究

薛茂超,杜金凤

(新乡职业技术学院，河南 新乡 453006)

数控铣床是一种加工功能很强大的机床，主要采用铣削方式加工工件，它能够进行平面、曲面、外形轮廓及三维复杂型面的铣削，在数控加工中占据了非常重要的地位.随着计算机技术的高速发展，仿真加工技术越来越得到广泛的应用，已经成为数控技术一个非常重要的方面.

数铣仿真；VERICUT；CAXA实体设计；CAXA制造工程师

0 引言

近年来,各大院校都在进行扩招，实训中的数控机床的数量与实际的教学需求差距很大.数控机床价格不菲，任何一所院校都难以拥有类型比较齐全的数控机床并及时对设备进行更新换代；另外由于学生个人操作失误引起的设备损坏，以及在实训当中要损耗大量的材料和刀具等原因，都对学生的动手机会造成影响，导致学生对数控编程和数控加工工艺知识理解得不透彻，教学效果难以保证.

基于以上原因，加强对数控仿真加工系统进行研究，通过构建数铣仿真系统对具体加工过程进行仿真、优化，并对仿真结果进行分析，既提高了学生学习的兴趣，也取得了良好的教学效果.

1 虚拟数控铣床的构建

虚拟机床是将实际机床按照实际尺寸进行描绘，按照各部分构件间的逻辑关系和运动依附关系组合而成的机床抽象模型.虚拟机床构建完成后，可以对机床进行简单的检测，例如主轴的旋转运动、工作台的移动方式等[1]22.本文选用XK713型三轴立式铣床为模型进行仿真机床的构建.

1.1 创建虚拟机床各部分实体模型

选择用CAXA实体设计建立机床几何模型，当构建好所有机床主要构件后，将各构件在CAXA实体设计软件中组装成一个完整的机床三维模型，分别输出成STL格式文件，然后等待后面添加使用.

1.2 在VERICUT中构建数控铣床模型

根据XK713型铣床的结构，可以抽象提炼出其主要机械结构包括床身基体、左右运动部件(X轴)、前后运动部件(Y轴)、上下运动部件(Z轴)、主轴部件等几个部分.根据对铣床机械结构的抽象结果和各结构之间的运动关系及相互位置关系，就能在VERICUT软件中构建铣床的组件树以形成铣床的运动学模型，其具体操作步骤如下：

2 虚拟数控铣床的设定

在VERICUT软件菜单栏中,打开“机床设定”命令:选择“配置(Setting)”→“机床设定(Machine Setting)”命令，打开“机床设定(Machine Setting)”对话框.

2.1 铣床干涉检查设置

首先选择“开机床仿真”的复选框，然后在“碰撞检测(Collision Detect)”的标签页中，选择“碰撞检测(Collision Detect)”的复选框.在“忽略在切刀和毛料间的碰撞”下拉列表框中选择“否”.在“碰撞间隙”文本框中输入“1”，单击“设置所有”按钮，这个参数用于设置两部件间碰撞检查的最小距离.

2.2 铣床初始化位置的设置

在“机床设定(Machine Setting)”对话框中，点击“表(Locations)”标签，选择“机床台面”,在“位置名”的下拉列表框中，选择“初始机床位置”项目，单击“添加”按钮，在“值”文本框中输入“X-250 Y-200 Z0” ，设置机床的初始位置.

2.3 铣床行程的设置

在“机床设定(Machine Setting)”对话框中，点击“行程极限”的标签，选择“允许运动超出限制”与“超程错误”的复选框.

2.4 轴优先的设置

运动轴优先级按默认设置即可.到此，完成机床初始化设置.

3 刀具库的建立

首先建立一把直径为16 mm的平底铣刀，BT40的刀柄.在软件项目树中，选择“加工刀具” ，单击鼠标右键，在其下拉菜单里选择“刀具管理器 ” ，创建直径为16 mm的平底铣刀，装夹点设置为“0 0 117”，同时还要再建立一把直径为10 mm 的平底铣刀.

4 虚拟数控铣床的仿真加工

在完成了虚拟机床的建模和刀具库建模，就可以在机床上进行数控仿真加工了.

4.1 前期准备工作

打开“vericut”软件以后，在其上方系统菜单中点击“配置”→“机床” →“打开”，调出已经建立好的三轴立式虚拟铣床，同样鼠标双击“加工刀具”，调出前面已经建立好的刀具库.

为了能够使仿真过程更加逼真，还应该对加工过程中的夹具进行设定.

夹具设置好了以后，铣削加工时要求毛坯上表面超出平口钳钳口10 mm，为了能够使其加工时处在正确的位置，首先应当设定毛坯组件的位置，仿真系统默认的毛坯组件坐标系的原点坐标是(0，0，0)，现将其坐标修改为(0，0，-448).

本文根据数控加工的需要，模型的大小设置为长方体形状，具体尺寸为80mm×60mm×20mm.

用CAXA制造工程师软件自动生成的G代码，不能直接调用到VERICUT系统中进行仿真加工，因为程序当中缺少刀具号和刀补等信息，需要用户自己动手去修改和添加.

4.2 数控铣床仿真加工

复位后，数控铣床就处在待加工的状态.通过VERICUT仿真系统右下方区域的仿真控制工具栏，就可以开始进行各种仿真操作了.

如图1显示的是仿真加工过程中的一个动画演示截图.可以看出VERICUT仿真系统的工作界面中既有零件毛坯加工细节，又有机床整体效果的显示方式，体现了VERICUT仿真系统相对于其他仿真软件在加工显示上的优越性.

图1 VERICUT系统仿真加工的界面

加工仿真结束以后，VERICUT系统将自动生成文本格式的日志文件(.log)，其内容包括数控加工仿真的过程中所有错误、警告以及其他一些信息.对于错误与警告可以准确地定位到某一个加工程序段，因为错误与警告部分包括：产生加工错误的刀轨所用加工刀具、刀轨代码、所在程序行数，另外通过和“刀具轨迹重放”功能相结合，可以更进一步将图形显示区域刀具所处位置与错误刀具轨迹对应起来[2]136-137.

4.3 数铣加工仿真系统的实验验证

为了充分验证VERICUT软件在数铣仿真加工中及应用上的可行性和实用性，用前面进行仿真加工的数控程序在XK713数控铣床上进行了实际的加工.通过详细对比，两种结果在尺寸上一样(如图2所示)，这就有力地证明了利用 VERICUT软件系统平台进行数铣加工仿真是一种有效的办法.

图2 仿真加工零件模型的真实零件

5 结语

通过本论文所做的一些研究工作，可以证明VERICUT仿真软件与CAXA实体设计及CAXA 制造工程师相结合来进行数铣加工仿真是一种可行的方法.从更深的意义上来讲，该方法也可用于数控机床的新产品开发上面，可以节省很多试制时间，也节约数控机床的研制费用[3]58.

[1] 薛茂超．基于VERICUT数铣仿真加工系统的研究[D]．南京：南京理工大学，2013．

[2] 杨胜群．VERICUT数控仿真技术[M]．北京：清华大学出版社，2010．

[3] 魏 林．基于VERICUT的数控加工仿真系统的研究[D]．沈阳：沈阳理工大学，2008．

[责任编辑 迎客松]

The Research of NC Milling Manufacture Simulation System Based on VERICUT

XUE Maochao, DU Jinfeng

(XinxiangVocationalandTechnicalCollege,Xinxiang453006,China)

CNC milling machine has strong functions of processing. It mainly uses milling way to process workpiece, and it can be used in milling on plane, curved surface, outline, three-dimensional intricate contour and surface. Nc milling machine has an important position in Nc processing. With the rapid development of computer technology, machining simulation technology becomes more widely used and a very important aspect of Nc technology.

NC milling simulation; VERICUT; CAXA physical design; CAXA Manufacturing Engineer

2015-05-01

薛茂超(1982- )，男，河南封丘人，新乡职业技术学院讲师，主要从事数控仿真研究。

1671-8127(2015)05-0059-04

TG659

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