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VERICUT软件车床仿真系统构建与应用探讨 |
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作者：杨欣荣 韩德印 |
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摘要： 随着数控加工技术的不断发展，虚拟制造和仿真技术得到快速应用，Vericut软件作为一种专业的第三方数控仿真软件，能够很好地检查数控程序的正确性，减少大型复杂零件的研制周期，提高研制效率，降低研制风险。本文重点介绍Vericut软件车加工机床仿真系统的构建方法和数控车加工程序仿真技术的应用，论述了软件的技术特点及实际应用情况。
关键词： 虚拟仿真 机床结构树 数控程序
一、概述
Vericut软件是一款专为制造业设计的CNC数控机床加工仿真和优化软件，是在数控加工领域广泛使用的虚拟加工验证软件，可以取代传统的切削部件试验方式，Vericut软件通过模拟整个机床加工过程和校验加工程序的准确性，来帮助您清除编程错误、改进切削效率和优化切削方案,提高大型复杂零件研制效率，降低研制风险。该软件能够真实的再现实际机床全部加工过程，而且能够根据相关的设置分析数控程序干涉以及过切等情况，同时作为第三方软件可以对其他软件所编制数控程序进行验证，本文将以一个数控立车仿真系统构建过程和在航空发动机盘类零件数控车加工仿真应用为例，介绍该技术的特点以及应用方法。
二、Vericut机床三维实体模型的构造
构建一个完整的Vericut机床仿真系统，通常在工程上选择UG、CATIA、Pro/E等CAD软件建立几何模型，当建造好全部所有机床主要部件后（如机床外形、底座、立柱），将各部件在UG软件中组装成一个完整的机床三维模型，按照机床底座、X轴、Z轴、工作台和主轴等功能模块分别输出成IGES、STL、STEP等格式文件，然后通过VericutA软件中图形转换输入接口选项导入实体模型到机床仿真系统中。图1为UG软件构建的立车三维模型，图中不同颜色属于不同的机床功能部件。图2为UG软件输出STL文件的操作过程，按照该项操作就能够将三维实体模型输出为Vericut软件能够识别的文件，导入Vericut软件各功能组件中就构成了虚拟实体机床。
图1 UG软件构件的数控立车三维模型
图2 UG软件导出STL模型操作界面
三、在Vericut软件中构建虚拟数控立式车床机床仿真系统
Vericut软件通过定义毛坯、夹具和切削刀具等组件与模型，同真实加工时实体间的相对连接关系一样，用相应的刀位轨迹进行仿真切削加工。图3为数控机床结构树，从图中可以看出在机床底座（Base）上有车床工作台C轴，在工作台上有夹具、零件毛坯和零件设计模型。在底座（Base）上有X轴，X轴上依附着Z轴，Z轴上有加工刀具。通过这个结构树可以非常明确的看到机床各功能部件的结构关系。图4为已经导入实体模型的Vericut仿真机床模型。
图 3 立车VERICUT机床组件树
图 4 已经导入实体模型的VERICUT仿真机床模型
四、Vericut在航空发动机盘类零件车加工仿真中的应用
下面本文将以航空发动机盘类零件数控车加工仿真过程全部为例,介绍如何实现在Vericut软件中车加工数控程序的仿真：
（1）启动Vericut软件新建一个文件，文件名字为DS. vcproject注意所选择的单位为毫米。
（2）建立一个体现该机床各轴运动关系的机床结构树(如图5所示)，该结构树中各轴的相互依托关系到机床是否能正确的仿真。将机床文件保存为DS.mch文件，各轴的行程等相关参数要查阅机床手册。
图5 DS数控立车的结构树
(3) 添加机床使用的控制系统文件，在软件控制系统库中选择sin840d.ct1，该系统能够支持西门子控制指令的执行（Vericut软件本身提供了数十种控制系统文件）。操作方法：进入配置—控制—MenuOpenCtl选择sin840d.ctl。对于特殊的控制系统命令可以根据实际需要对控制系统进行编辑与修改。
(4) 创建仿真刀库文件DS_TURNING．tls ，切削刀具库文件一般是由切削刀具部分和刀柄部分两部分构成，程序运行时当遇到调刀指令后软件就会调用相应刀具。刀库结构图如图6所示，该刀库中包含11把车刀，仿真时刀具轨迹颜色也会随着加工刀具的变化而变化。
图6车加工刀库结构图
`(5) 将零件模型、毛坯模型、夹具模型导入Vericut仿真系统。模型文件一般由UG、CATIA、Pro/E等CAD软件设计好并存为*.STL、*.STEP等文件格式，用鼠标双击软件项目树节点，在弹出菜单中选择由模型文件导入即可。
(6）导入所要仿真的数控程序。进入项目菜单—选择数控程序选项双击，在弹出的菜单中添加要仿真的数控程序即可。这里需要注意的是必须按照相应的加工顺序进行程序的添加，如果没有按照加工顺序添加，也可以在展开的程序视图中利用鼠标拖拽的方式排列加工程序序列。
(7 )机床加工坐标系的设置，与实际加工机床加工前设置加工坐标系一样，设置的原则是编程原点与工件原点重合。本加工数控程序采用的坐标系命令是G54。设置方法为进入项目—处理选项—G代码－设定，在表菜单项选择添加/修改命令，在表名项中选择Work Offsets，在子系统名中选择1，在Register项中输入54。在输入偏置项中输入编程原点与机床原点的差值即可。
(8) 进行程序仿真。选择右下角的“放送到末端”按扭就可以开始了，图7为正在加工仿真过程中的机床，从图中可以看出Vericut软件可以实现现场实际加工的计算机虚拟再现。
图7 正在加工仿真过程中的机床
(9) 结果分析。选择分析→自动—比对，在弹出菜单中进行相关参数设定即可，软件操作界面如图8所示。通过与原设计模型比较,能分析出最终工件的过切与欠切情况，而且能够给出详细的报告文件，说明程序中那条语句过切或欠切，量值是多少，能够指导编程人员修改程序。
图8 自动比较操作界面
(10) 保存DS. vcproject文件。该文件中已包含有毛坯信息、机床信息、控制系统信息和刀具信息，下一次需要仿真时直接打开该文件就可以进行仿真，不必调用机床、控制系统和刀具等相关文件。
(11)将仿真合格的数控程序传到现场机床进行真实零件的加工。
五、结束语
通过Vericut虚拟仿真加工技术，使程序编制中各种意想不到的错误得到及时发现，例如刀具的路径是否合理、快速进给错误、刀具切削深度和步距是否符合要求、刀具擦伤零件和潜在的碰撞、工件哪些加工部位加工会有残留或过切等都会仿真出来，从而指导数控编程人员检查程序错误，合理优化数控程序加工轨迹，调整加工方案和加工步骤。随着航空发动机结构零件越来越复杂，单个零件的价值越来越大，通过Vericut虚拟仿真对加工程序的验证，必将降低加工成本，将大大提高加工的安全性，这也充分体现了虚拟仿真技术的重要性。(end)
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(7/24/2012) |
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