極坐標數控加工程序在VERICUT中的仿真加工

摘 要：文章以某盤類零件在數控鉆鏜床taurus上進行鉆孔為例，介紹了如何在VERICUT仿真環境下，對極坐標形式的鉆孔加工程序進行仿真驗證。

關鍵詞：VERICUT；極坐標；仿真加工

引言

虛擬仿真加工技術是先進制造技術的關鍵技術之一，直接影響先進設備尤其是數控設備的應用水平。提高仿真技術的應用水平是有效提高數控設備利用率、提升數控加工水平的技術關鍵。

虛擬仿真加工應用專業的VERICUT仿真軟件可以對刀具軌跡進行驗證，也能夠對數控加工程序直接進行驗證，因而成為數控加工程序驗證的重要手段。虛擬仿真加工技術將加工過程中的零件模型、機床模型、夾具模型以及刀具模型動態地顯示出來，模擬和真實體現零件的實際加工過程，能夠檢查NC代碼中的語法錯誤和完整性以及準確性，實現干涉、過切、殘留校驗，并直觀安全地模擬、驗證、分析切削過程。目前我們已成功的將VERICUT仿真軟件應用到直角坐標系下的數控程序仿真，但是有些設備有時也會使用極坐標編程，這樣會使程序相對簡單，特別是在相同半徑的圓周上加工多個孔、型槽，凹腔等的操作，使用極坐標編程使程序易于編制且易懂。通過對西門子系統標準編程指令、宏指令以及VERICUT軟件本身的研究，以數控鉆鏜床taurus為例，詳細論述如何使用VERICUT軟件實現極坐標程序的仿真加工。

1 西門子數控系統使用極坐標指令編制的鉆孔子程序

西門子數控系統，可以通過數據通道實現系統變量和外部R參數之間的相互傳遞，因此比較容易通過宏指令去實現數控程序的循環功能，而且西門子控制系統也支持極坐標指令，所以采用極坐標指令編制鉆孔加工循環程序，會使程序結構簡單、易懂。下面的程序就是將R1附值，通過R1值的遞增及子程序的調用來實現50個孔的加工循環，而其中的子程序就是使用了極角、極半徑編制的極坐標加工程序（子程序代碼如下）。

%SPF100 （子程序名）

N100 G10 X0 Y0 A=R1 U=330.2 （G10調用極坐標加工，A為極角，U為極半徑。）

N110 G00 Z-3.85

N120 G01 Z-17 F100

N130 G0 Z50

N140 R1=R1+3.75 （角度增量為3.75）

N150 M17

%

要在VERICUT中實現以上主程序及子程序的循環仿真加工，我們主要進行的是將子程序中的G10、A、U在VERICUT配置菜單的Word/Address中進行配置，使虛擬仿真環境可識別NC程序中的這些代碼。

2 用VERICUT進行鉆孔加工循環的仿真驗證

2.1 機床定義

機床定義的內容包括*.mch文件（定義機床、夾具等）和*.ctl（定義控制系統）文件兩方面。由于機床的結構千變萬化，控制系統類型繁多，所以通常采用基于Vericut內嵌的控制系統文件結合具體的機床結構來定義機床。

2.1.1 機床結構的定義

主要內容包括確定機床坐標系、定義運動軸運動關系和各組件模型的添加。機床各組件模型建議使用UGNX軟件創建，因為UGNX不僅有強大的建模、裝配功能而且可以將工作坐標系設定到機床零點上，當導出的機床組件*.stl模型添加到VERICUT各運動組件下時，可保持UGNX中原有的裝配位置關系和坐標零點，避免在VERICUT中進行組件間的位置調整。

用VERICUT進行機床結構的定義，首先要定義機床的運動關系。各運動軸的運動關系是在VERICUT環境下的結構樹對話框中構建的，以Y軸為例，創建步驟是選擇工具欄中的component tree圖標或選擇configuration菜單下的component tree選項，在彈出的Component Tree對話框中選取“BASE”→“右鍵”→“insert”→“Y Linear”，其它運動軸的定義如Y軸的定義步驟，各運動軸主動及從動的關系一定要準確，機床的運動方式才能準確。機床各運動軸添加后，機床運動關系也確定了，但還需各組件的模型，機床結構才能夠完善，各組件模型的添加順序為：雙擊某組件，在彈出的Modeling對話框選取“model” →“Browse...”→選取相應組件的*.stl文件→“OK”即完成組件模型的添加。機床所有組件模型添加完成，機床就有了完整的結構。

2.1.2 機床控制系統的定義

控制系統的定義主要包括編程零點的設定及G代碼、M代碼定義。此機床的控制系統是西門子控制系統，可以用Vericut內嵌的西門子控制系統如sin840d.ctl進行所需配置。要鉆孔零件的編程原點位于零件的旋轉中心，所以需將編程零點設定到零件的旋轉中心，其操作步驟是選擇Project→Processing Options→G-Code→Settings，然后在G-Code Settings對話框中選擇Tables選項，在該選項下添加G54的坐標值，即完成了編程零點的設定。

上述鉆孔程序段中有些代碼在Vericut內嵌的sin840d.ctl控制系統中是不可識別的，為了能夠實現鉆孔循環的仿真加工，其中必須要定義的代碼有G10、A極角、U極半徑，也是要實現仿真加工的關鍵代碼，這些代碼都是在Configuration菜單下的Word/Address對話框中進行設置的。G10在程序段中的含義是調用極坐標加工，所以在G10的定義中需添加PolarInterpolation和SetPolarInput兩個宏，并設置其值為“1”。極角和極半徑的定義是在原有的A、U寄存器下添加SetPolarAngle、SetPolarRadius兩個宏，并需設置其輸出條件為在極坐標加工的情況下輸出。

2.2 定義數控工藝模型

通常采用UGNX建立零件的工藝模型，包括毛坯、零件、夾具等，注意使UG中工作坐標系和VERICUT軟件中的加工坐標系重合，這樣在VERICUT中易于模型的裝配。定義模型的文件格式，在UG中將建立好的工藝模型以*.stl或*.igs等VERICUT軟件能夠識別的格式導出。此鉆孔程序沒有夾具，所以只需創建毛坯及零件的三維模型。

2.3 加工刀具庫的定義

從刀具文件夾中選擇刀具庫或者自定義刀具庫，確定鉆孔所用刀具類型、刀具直徑、長度等參數，定義刀具裝夾點、刀尖點和驅動點。

2.4 加載數控程序

將編制好的數控程序加載到VERICUT軟件仿真環境中，可以批量添加，也可單個添加。當鼠標放置到Add/Modify Programs...命令位置，雙擊鼠標進入加載程序操作界面，選擇鉆孔用的數控加工程序，即完成了程序的添加。

2.5 加工過程仿真

在定義好毛坯、控制系統、機床和刀具的基礎上，設置好仿真動畫顯示參數，就可以進行切削過程仿真了。如果需要，還可以對夾具、材料、視窗等輔助內容進行定義。切削過程和切削結果均顯示在圖形窗口中，干涉與否可通過日志文件和提示行查看。

3 結束語

Vericut是集多種功能于一體的切削仿真系統。文章闡述了基于Vericut極坐標鉆孔程序仿真加工的實現方法。利用該平臺能夠以形象直觀的方式實現對數控代碼的校驗，對于保證數控程序的正確性具有重要意義，可以將過切與干涉等不安全因素消除在機床加工之前。文章也旨在通過VERICUT軟件對極坐標指令處理方式的介紹，將VERICUT軟件更好地用到實際工作中去，同時去開發更多功能為我們服務。

參與文獻

[1]VERICUT數控加工仿真應用教程[S].北京新吉泰軟件有限公司.