VERICUT軟件在數控仿真加工中的應用

摘要：數控加工仿真軟件VERICUT具有明顯的優點，本文通過具體實例闡述用VERICUT軟件進行數控加工仿真的一般步驟，以及VERCUT軟件在數控仿真加工中的實用性。

關鍵詞：數控仿真 虛擬制造

仿真加工可以在計算機上模擬實際零件的加工過程，驗證數控程序的正確性，替代零件的試切工作，能夠縮短零件的設計制造周期，具有十分重要的現實意義，也是現代制造技術發展的必然趨勢。當今所使用的一些仿真加工類軟件，大多只能反映出刀具切削零件部分的加工過程，用戶不能建立適合自身條件的機床及刀具模型，只能被動選取軟件提供的仿真環境，因而不能達到完全的數控加工仿真與虛擬化。VERICUT軟件可以建立完整的虛擬機床，不僅仿真效果更加逼真，而且能夠實現全過程的虛擬制造。

一、什么是VERICUT

VERICUT是NC驗證與加工仿真軟件，用來在編程階段校驗加工程序的準確性，能夠讓編程人員對整個數控加工環境進行仿真。使用VERICUT可在產品實際加工之前模擬NC加工過程，檢測刀具路徑中可能存在的錯誤，如：過切工件、損壞夾具、折斷刀具或碰撞機床等。可用于驗證G代碼和CAM軟件的輸出結果。同時VERICUT可以和Mastercam、Pro／E、UG、CATIA、EdgeCAM等軟件無縫集成，以對其生成的NC代碼進行仿真。用戶可以利用該系統完成整個機床及與之配套的刀具庫和夾具的建模，在仿真加工的過程中能夠實時顯示出機床各組成部件間的運動關系，就如同觀看實際機床加工一樣，利用其建立數控加工仿真系統是十分合適的。

二、虛擬機床

1.本體建模

VERICUT軟件能夠根據需要開發出和自身所擁有的實際機床相一致的虛擬機床，實現全過程的仿真加工。這也是該軟件強于其他數控仿真軟件的一個突出優點。機床的建模包括幾何建模和運動學建模兩部分。對實際機床進行結構分析，抽象提煉出其主要的組成部分及各部分間的依附與相互運動關系，進而利用系統的組件樹功能將這一關系形成機床的運動學模型。

本文建立了三軸立式銑床的虛擬模型，從建立好的組件樹可以看出，Y、Z軸位于Base（床身）根節點內部，X軸位于Y軸節點內。而Fixture位于X節點內部，Stock（毛坯）、Design（設計模型）又位于Fixture節點內部。即Stock和Design依附于Fixture，而Fixture跟隨X軸移動。該機床為工作臺移動方式。同理可以反映出X軸放置在Y軸之上，Tool依附在Spindle上，Spindle又依附在Z軸之上，反映出刀具在主軸的帶動下隨Z軸移動。因此VERICUT中組件樹說明了機床各個坐標軸、工裝、毛坯、主軸、刀具等組成部分之間的相互依附與約束關系，體現了機床最基本的運動學結構。它是機床建模的基礎。

利用VERICUT軟件中的建模功能建立組件樹中各組件的幾何模型，并通過坐標將各部分裝配在一起。復雜的模型可以利用其他CAD軟件建立，然后導入到VERICUT系統中，從而形成機床的實體模型。

2.刀具建模

為了實現虛擬加工，還應建立與之配套的刀具。VERICUT提供了刀具管理模塊來實現這一功能。利用該模塊，用戶可以完成任意形狀的刀具建模。

刀具建模包括刀桿（切削部分）與刀柄（夾持部分）兩部分。對于常見形狀的切削刃和刀柄，用戶可以直接利用系統提供的模型進行建立。對于具有復雜形狀的切削刃，用戶可以通過系統內部的CAD繪圖功能自行繪制。用戶可以建立幾把刀具組成跟實際機床相同的刀具庫，如上圖所示。

3.零件毛坯及夾具建模

利用VERICUT系統的建模模塊，可以完成零件毛坯及夾具的幾何建模，并通過設定坐標將其安放到機床的正確位置上。

4.機床參數設定

完成以上步驟后，虛擬機床還不能夠進行運動。要為其配置與實際機床相一致的各種系統參數，包括機床原點、各軸行程、初始位置等。這一切是通過VERICUT系統中的機床管理模塊實現的。同時還應根據實際情況為虛擬機床選擇數控系統。VERICUT為用戶提供的幾乎所有常見的數控系統，包括各種型號的FANUC、SIEMENS的數控系統。VERICUT系統還提供了機床開發工具箱，可以讓用戶開發定制適合自身要求的控制系統。

完成以上各步驟后，復位機床。虛擬機床就處于待加工狀態了。

三、零件的仿真加工

利用VERICUT的程序管理功能調入由外部CAM軟件生成的零件數控加工程序，系統能夠自動識別G代碼并按其進行走刀完成零件的加工過程。在這一過程中，用戶可以像觀察實際機床加工一樣看到虛擬機床各軸之間的聯動，看到刀具切除毛坯材料形成零件的實時圖像。利用前文所建立的虛擬三軸銑床對某一零件進行加工仿真時的界面，可以看出VERICUT提供了不同的視圖來同時顯示機床的整體運行情況和零件的切削情況，既有加工細節又有整體效果的顯示方式，體現了VERICUT系統在加工顯示上的優越性，這是其他同類數控仿真軟件所做不到的。利用VERICUT系統還可以進行暫停或單步執行等操作，對視圖進行旋轉、縮放、平移等操作，更好地觀察仿真效果。如果在加工過程中發生了過切、撞刀或機床各部件間產生了干涉現象，系統會用紅色加以突出顯示以提醒用戶，將發生錯誤的現象及所在程序行自動記入到報告文件中，以方便用戶查詢與修改。

利用VERICUT所進行的虛擬加工與真實加工，無論是加工過程還是最后的加工效果都完全一樣。用戶利用該系統可以在實際機床加工之前就預先在計算機上模擬出全部的加工過程，實現了完整的仿真加工過程。

利用VERICUT系統建立的虛擬機床進行零件的仿真加工，與實際機床加工效果相對比，驗證了利用VERICUT軟件進行零件的仿真加工與虛擬制造是行之有效的辦法。該軟件所采用的一些仿真軟件，如用戶可自行進行機床、刀具與夾具的開發設計、逼真實用的仿真控制與界面等，可實現全過程的數控加工仿真。采用該方法不僅可以縮減程序的調試時間，還可以減少加工設備和資源的消耗。

（作者單位：渤海船舶職業學院）