基于UG—VERICUT軟件平臺的VTC160AN五軸加工中心仿真模型構建及應用研究

摘 要：文章從探索《中國制造2025》“高端裝備創新工程”實現的角度出發，研究了用UG和VERICUT軟件構建VTC160AN五軸加工中心仿真模型技術，并用這一機床仿真模型執行了一葉片的仿真加工過程，驗證了葉片加工程序在VTC160AN五軸加工中心的可行性和機床仿真模型建立的正確性。

關鍵詞：中國制造2025；高端裝備；VERICUT；五軸加工；葉片

1 概述

《中國制造2025》關于“高端裝備創新工程”提到：組織實施大型飛機、航空發動機及燃氣輪機等一批創新和產業化專項、重大工程。這一工程的關鍵技術之一就是其中一些裝備關鍵零部件（如航空發動機葉片）的多軸加工技術，目前，多軸加工技術多采用仿真技術來確保程序的正確性。VERICUT軟件作為美國CGTECH公司開發的世界上應用最廣泛的數控加工仿真軟件，提供了一些世界知名品牌多軸加工機床的仿真模型可供用戶直接調用，但很多時候我們需要構建多軸加工機床的仿真模型，這也是目前大多數機床和軟件用戶遇到的瓶頸問題。文章以VTC160AN五軸加工中心為例，研究在UG-VERICUT軟件平臺上其仿真模型的構建和應用技術。

2 用UG軟件構建VTC160AN五軸加工中心實體模型

VTC160AN五軸加工中心是由寧夏小巨人機床有限公司生產的“3+2”結構的雙轉臺五軸加工中心，五軸分別為X軸、Y軸、Z軸、A軸、C軸，其行程分別為560mm、410mm、510mm、-120°～30°、0°～360°，刀庫可裝24把刀具，主軸最高轉速達10000r/min，配置的數控系統為Maztrol640mn系統。文章采用UG軟件構建VTC160AN五軸加工中心實體模型，圖1即為構建完成的機床實體模型。

圖1 VTC160AN五軸加工中心實體模型

3 用VERICUT軟件構建VTC160AN五軸加工中心仿真模型

在UG軟件構建機床實體模型的基礎上，利用VERICUT軟件構建VTC160AN五軸加工中心仿真模型，其步驟如下：

（1）新建項目，名稱為“VTC160AN”。（2）分析VTC160AN五軸加工中部件運動關系。根據該機床的結構及運動特點，可以把機床分為“刀具分支”和“工件分支”兩個分支，其中“刀具分支”的拓撲關系為“X軸-Y軸-Z軸-主軸-刀具”，“工件分支”的拓撲關系為“A軸-C軸-附屬（包括夾具和毛坯）”。（3）往兩分支中添加相應的機床組件模型。（4）調整相關組件的組件坐標系位置。在VERICUT軟件平臺中，將兩分支中的“X軸、Y軸、Z軸、主軸、A軸、C軸”等稱為組件，且各有獨立的組件坐標系，在添加為機床組件模型之后，由于這些組件是基于UG機床實體建模坐標系導入的，組件坐標系原點均與UG建模坐標系原點（C軸上表面中心點）重合。這樣的結果對“X軸、Y軸、Z軸、C軸”是正確的，對“主軸、A軸”而言，需做組件坐標系平移調整，“主軸”組件坐標系原點需移至主軸端面中心， “A軸”組件坐標系原點需移至A軸旋轉中心線中點處，移動坐標可利用VERICUT相關距離測量工具測量出來。（5）保存機床，配置數控系統。在VERICUT控制系統庫中選擇與實際機床相同的控制系統“maz640m.ctl”。（6）機床行程極限與碰撞檢查設置。行程極限設置必須與機床實際行程一致，碰撞檢查設置主要是設置一個碰撞參數，當刀具與工件或機床工作臺距離小于該碰撞參數時，認為碰撞發生，應該產生警惕，是一種安全設置。（7）保存所有文件，完成VTC160AN五軸加工中心仿真模型建立。

4 “葉片”加工仿真應用實例

葉片主要應用于航空發動機、汽輪機等領域，其表面為非可展扭轉曲面，是典型的五軸加工零件，現以一葉片在VTC160AN五軸加工中心仿真模型中加工為例，闡述其仿真應用過程。

（1）在UG軟件中生成葉片加工的刀具軌跡并后置處理成NC

代碼程序。（2）用VERICUT軟件打開上面構建好的VTC160AN五軸加工中心仿真模型，在項目樹中“Attach”下“Stock”內添加毛坯模型，模型類型為方塊，尺寸為“105×55×100”。（3）在“Design”下添加設計模型，即零件模型。（4）創建一個坐標系統“Program zero”放置在程序加工零點上，這也就是我們通常說的工件坐標系。（5）創建一個“G-代碼偏置”，偏置名為“工作偏置”，寄存器名稱為“54～59”中的一個，具體數值要與加工程序中的數值一致，選擇從“組件Spindle”到“坐標原點Program zero”，也就是從刀具到工件的加工方式。（6）創建刀具。打開刀具管理器，添加兩把刀具：圓鼻刀D25R5（主要用于葉片的粗加工）及球頭刀D10R5（主要用于葉片的精加工）。（7）添加葉片NC代碼程序并執行仿真，圖2為葉片的仿真加工。（8）過切、殘留及碰撞干涉檢查。在菜單欄“分析”下選擇“自動-比較”，VERICUT軟件會自動檢查加工程序是否存在過切、殘留及碰撞干涉，檢查結果會以不同顏色顯示。如果存在“過切、殘留或碰撞干涉”現象，說明加工程序有問題，需分析如何調整并返回修改程序。

圖2 葉片的仿真加工

5 結束語

要實現《中國制造2025》“高端裝備創新工程”目標，從而讓我國邁入世界制造強國行列，必須研究和掌握多軸加工技術，讓航空發動機等裝備關鍵零部件加工技術自主化。VERICUT作為多軸加工仿真軟件，很好的解決了程序與機床的銜接關系，降低了機床使用的風險，值得推廣應用。

參考文獻

[1]楊勝群.VERICUT數控加工仿真技術[M].第2版.北京：清華大學出版社，2013.

[2]雷蔓，呂健.基于UG與VERICUT的復雜曲面加工仿真[J].機械設計與制造，2014（11）.

作者簡介：唐建林（1982-），男，2006年畢業于哈爾濱工業大學機械系，獲工學碩士學位，現任登云科技職業學院機電工程系數控教研室主任，講師職稱，主要研究方向：數控加工技術、數控裝調技術。

黃志輝（1963-），男，副教授，現任登云科技職業學院機電工程系系主任，主要研究方向：數控加工技術、模具制造技術。