VERICUT虛擬加工仿真過(guò)程研究

1、VERICUT虛擬加工仿真過(guò)程研究隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，零件的復(fù)雜程度、精度要求越來(lái)越高，經(jīng)過(guò)軟件自動(dòng)生成的刀具路徑處理后，生成的NC程序也更加復(fù)雜。因此，如何保證NC程序的精確性,成為數(shù)控加工生產(chǎn)中的一個(gè)難點(diǎn)。虛擬制造技術(shù)正是在這種背景下近年來(lái)出現(xiàn)的一種新的先進(jìn)制造技術(shù)；在實(shí)際加工過(guò)程前，能夠?qū)唧w加工過(guò)程進(jìn)行仿真、優(yōu)化,并對(duì)虛擬結(jié)果進(jìn)行分析，可預(yù)先發(fā)現(xiàn)和改進(jìn)實(shí)際加工中出現(xiàn)的問(wèn)題，以較優(yōu)的加工工藝投入生產(chǎn)。虛擬制造技術(shù)由建模技術(shù)、仿真技術(shù)、控制技術(shù)及支撐技術(shù)組成。其中，建模與仿真是虛擬制造技術(shù)的基礎(chǔ)與核心。虛擬制造依靠建模與仿真技術(shù)模擬制造、生產(chǎn)和裝配過(guò)程。虛擬加工環(huán)境是進(jìn)行制造過(guò)程仿真、預(yù)測(cè)

2、加工問(wèn)題的前提和基礎(chǔ)。本文將在虛擬制造軟件VERICUT平臺(tái)上，提出建立仿真機(jī)床的方法與過(guò)程，并結(jié)合具體實(shí)例，說(shuō)明在VERICUT平臺(tái)上進(jìn)行虛擬機(jī)床建模的過(guò)程。1 VERICUT主要功能 VERICUT是CGTech公司提供的一種專(zhuān)用于數(shù)控加工仿真的軟件，具有較強(qiáng)的機(jī)床和NC程序的仿真功能。其主要功能模塊如下：1)Verification：三軸加工驗(yàn)證及分析。2)OptiPath：對(duì)切削用量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以滿(mǎn)足最小加工時(shí)間的目標(biāo)函數(shù)及最大機(jī)床功率等約束條件的要求。3)Model Export：從NC刀具路徑創(chuàng)建CAD兼容模型。4)Machine Simulation：提供虛擬機(jī)床及其工作環(huán)境建

3、模功能；解讀可識(shí)別的數(shù)控代碼。5)Mult-iAxis：四軸及五軸驗(yàn)證。6)AUTO-DIFF：實(shí)時(shí)擦傷檢查和模型分析，并與CAD設(shè)計(jì)模型相比較。7)Machine Developerps Kit：定制VERICUT功能，用來(lái)解釋復(fù)雜或不常用的數(shù)據(jù)。8)AdvancedMachine Features：提高VERICUT仿真復(fù)雜機(jī)床功能的能力。9)CAD/CAM Interfaces：可從Pro/E、UG、CATIA等CAD/CAM系統(tǒng)內(nèi)部無(wú)縫運(yùn)行VERICUT。10)VERICUT Utilities：模型修復(fù)工具和轉(zhuǎn)換器(包括在驗(yàn)證模塊中)。2 虛擬機(jī)床的建模 虛擬機(jī)床是隨著虛擬制造技術(shù)的

4、發(fā)展而提出的一個(gè)新的研究領(lǐng)域，通過(guò)虛擬機(jī)床加工系統(tǒng)可以?xún)?yōu)化加工工藝、預(yù)報(bào)和檢測(cè)加工質(zhì)量,同時(shí)還可以?xún)?yōu)化切削參數(shù)、刀具路徑,提高機(jī)床設(shè)備的利用率和生產(chǎn)效率。 在虛擬制造軟件的研究領(lǐng)域中，建模的對(duì)象大多是局限于某一種或某一系列的機(jī)床，這種建模的方法不僅通用性差，工作量大，而且效率不高，影響仿真效果、制造周期和生產(chǎn)成本。針對(duì)不同類(lèi)型機(jī)床的通用化建模方法是解決問(wèn)題的必然出路，下面綜合分析機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，抽象出其功能模塊，總結(jié)出通用性的建模方法。機(jī)床結(jié)構(gòu)分析與模塊分解：常見(jiàn)的數(shù)控機(jī)床在結(jié)構(gòu)上主要有床身、立柱、運(yùn)動(dòng)軸和工作臺(tái)等部件，再配合刀具、夾具和一些輔助部件共同組成。其中床身起到支承和承載機(jī)床組件的作

5、用；立柱在結(jié)構(gòu)上起到了拉開(kāi)加工刀具和工件的空間距離，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軸的布局；工作臺(tái)則用來(lái)擺放工件，通過(guò)夾具等輔助工具實(shí)現(xiàn)工件的定位與夾緊。根據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)可將機(jī)床的組件劃分為三種類(lèi)型：通用模塊、輔助模塊、專(zhuān)用模塊。其中，通用模塊是指各類(lèi)機(jī)床共有的零/部件，如床身、立柱、工作臺(tái)等等；輔助模塊是指刀具、夾具等機(jī)床工具；專(zhuān)用模塊是為特種機(jī)床的特殊零/部件所設(shè)立。在機(jī)床的建模過(guò)程中，應(yīng)針對(duì)三種不同類(lèi)型的模塊，采取相應(yīng)的建模策略，綜合運(yùn)用幾何建模與運(yùn)動(dòng)學(xué)建模相結(jié)合的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。3 運(yùn)用VERICUT進(jìn)行虛擬機(jī)床的建模流程1)準(zhǔn)備工作。明確機(jī)床CNC系統(tǒng)型號(hào)、機(jī)床結(jié)構(gòu)形式和尺寸、機(jī)床運(yùn)動(dòng)原理、各運(yùn)動(dòng)軸的行程、機(jī)床

6、坐標(biāo)系統(tǒng)以及所用到的毛坯、刀具和夾具等。2)機(jī)床構(gòu)建。軟件中提供了常見(jiàn)的幾種機(jī)床模型，可供調(diào)用,但一般不能滿(mǎn)足需求。此時(shí)用戶(hù)需自己構(gòu)建機(jī)床。3)機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)置。軟件本身提供了幾十種控制系統(tǒng)，用戶(hù)可以根據(jù)實(shí)際使用機(jī)床的后處理系統(tǒng)進(jìn)行選擇，非常方便靈活。如果控制系統(tǒng)不存在,還可以自己定制控制系統(tǒng)。4)建立刀具庫(kù)。5)設(shè)置機(jī)床系統(tǒng)參數(shù)。4 關(guān)鍵問(wèn)題分析在機(jī)床的建模過(guò)程中主要是實(shí)現(xiàn)其幾何實(shí)體建模與運(yùn)動(dòng)學(xué)建模。對(duì)于實(shí)體模型主要完成機(jī)床的各個(gè)模塊的幾何模型及輔助模塊。為實(shí)現(xiàn)模擬加工中的準(zhǔn)確真實(shí)性，對(duì)于加工中有影響的尺寸務(wù)必與機(jī)床實(shí)際情況一致。至于其他的部分，可隨意繪制，但最好相近，這樣更形象逼真。實(shí)體模

7、型分為參數(shù)模型和模型文件兩種類(lèi)型:參數(shù)模型是通過(guò)參數(shù)建立的立方體、圓柱、圓錐等簡(jiǎn)單模型，這些形狀提供最短的仿真時(shí)間和最優(yōu)化的機(jī)床顯示和消隱。模型文件是通過(guò)其他CAD系統(tǒng)建立的(如IGES，STL和HTML文件)，這里建議使用STL格式的文件可使模型更加清晰準(zhǔn)確。對(duì)于組件較簡(jiǎn)單的，可以直接在VERICUT中組建，若形狀復(fù)雜可調(diào)用CAD軟件組建，然后輸出CAD模型。在VERICUT中，從基體開(kāi)始依次添加能夠反映實(shí)際機(jī)床結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特性的組件，用機(jī)床坐標(biāo)系定位整個(gè)機(jī)床，務(wù)必保證在組件各自的機(jī)床零點(diǎn)位置定義所有組件。在模型轉(zhuǎn)檔的時(shí)候，可能引起其位置變化，這樣在VERICUT中其所需要移動(dòng)的坐標(biāo)值，可以

8、由CAD軟件的測(cè)量功能來(lái)求得，所以要用旋轉(zhuǎn)及移動(dòng)的方式，得到所需要的狀況。5 應(yīng)用實(shí)例加工如圖5.1所示零件。圖5.1加工零件由于零件本身相對(duì)簡(jiǎn)單，所以采用Vericut軟件自帶的三軸銑削機(jī)床樣本即可滿(mǎn)足要求。1） 打開(kāi)文件樣本3_axis_mill_fanuc.vcproject。2） 設(shè)置毛坯尺寸114*114*30，使夾具夾緊毛坯。3） 設(shè)置毛坯上表面中心為編程原點(diǎn)。4） 設(shè)置刀具庫(kù)。本次加工刀具有三把端銑刀：1號(hào)刀30采用刀具半徑補(bǔ)償15、2號(hào)刀20、3號(hào)刀14。5） 添加程序代碼。按照輪廓進(jìn)行編程，G代碼如下：%T1M6G54G90S1000M03G00X70Y-70G43H01Z5

9、0Z5G42G01Z-10F200 D01X55Y-60 Y55X-55Y-55X55Y0G03I-55J0G01Y39Z-5X-14G03X-46Y8R14G01X-46Y-8G03X-14Y-39R14G01X26Y-39G03X40Y-25R14G01Y25G03X26Y39R14G40G00Z50M05T2M6S1000M03G00X0Y0G01Z-10Z50M05T3M6S1000M03G01Z-3G00Z50M30%以txt格式保存。6） 仿真結(jié)果如圖5.2、圖5.3。圖5.2圖5.36 結(jié)語(yǔ)在實(shí)際加工過(guò)程前，虛擬制造技術(shù)能夠?qū)唧w加工過(guò)程進(jìn)行仿真、優(yōu)化，并對(duì)虛擬結(jié)果進(jìn)行分析，可預(yù)先發(fā)現(xiàn)和改