VERICUT的數(shù)控仿真加工及改進辦法分析

馮揚

摘? 要：文章在研究中以VERICUT數(shù)控仿真加工為核心，利用CATIA軟件進行零件實體造型，明確加工工藝與加工程序，并通過VERICUT軟件進行零件數(shù)控仿真加工，提出VERICUT數(shù)控仿真加工的改進與優(yōu)化，進而保證加工效率和精度，以供參考。

關(guān)鍵詞：VERICUT軟件;數(shù)控仿真加工;優(yōu)化;模型

中圖分類號：TG659? ? ? ? ?文獻標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）10-0107-02

Abstract： This paper takes the VERICUT NC simulation machining as the core， uses the CATIA software to carry on the part solid modeling， defines the machining technology and the machining program， and carries on the part CNC simulation machining through the VERICUT software， and puts forward the improvement and optimization of the VERICUT CNC simulation machining， so as to ensure the machining efficiency and precision for reference.

Keywords： VERICUT software; CNC simulation machining; optimization; model

仿真加工主要是在計算機上進行零件加工過程的模擬和仿真，檢查數(shù)控加工程序的精準(zhǔn)性，已經(jīng)成為現(xiàn)代制造業(yè)加工的有效手段。就當(dāng)前而言，大多數(shù)仿真加工類軟件只是顯示出刀具切削零件過程，無法根據(jù)實際需求構(gòu)建機床或是刀具模型，被動化選擇預(yù)設(shè)的仿真環(huán)境，無法實現(xiàn)數(shù)控加工虛擬化。而VERICUT軟件的應(yīng)用徹底打破了這一局面，在實際應(yīng)用中，可以根據(jù)加工需求構(gòu)建虛擬機床，仿真效果更好，并對加工過程進行完全虛擬制造，模擬走刀路線，防止過切現(xiàn)象和潛在碰撞危險，進而大大提高了數(shù)控加工效率和精度。在這樣的環(huán)境背景下，探究VERICUT的數(shù)控仿真加工及改進辦法分析具有非常重要的現(xiàn)實意義。

1 CATIA建模

在數(shù)控加工中，CATIA軟件是零件設(shè)計與加工中數(shù)字化造型與驗證方式工具，屬于交互式CAD/CAM系統(tǒng)類型，可以精準(zhǔn)構(gòu)建復(fù)雜實體與造型，并具備CAM功能，而數(shù)控加工中也會使用CATIA軟件進行加工零件實體造型。首先，利用CATIA軟件對加工件各個零部件進行三維立體建模，并導(dǎo)出三維實體零件STL模型;其次，在VERICUT軟件中構(gòu)建各個零部件拓撲關(guān)系，將STL模型直接導(dǎo)入到VERICUT軟件中;最后，根據(jù)機床情況選擇與之相配的數(shù)控系統(tǒng)，并利用已經(jīng)構(gòu)建的拓撲關(guān)系進行虛擬機床建模。其中，在CATIA軟件進行零件三維建模的過程中，加工人員要掌握數(shù)控機床各個零部件的測量尺寸和相關(guān)數(shù)據(jù)信息，嚴(yán)格根據(jù)各個零部件間拓撲關(guān)系來裝配，進而實現(xiàn)數(shù)控機床零件實體建模。

2 VERICUT的數(shù)控機床仿真加工

在VERICUT軟件中，要利用組件樹進行機床運動模型的真實描述，構(gòu)建機床組件樹模型，并通過幾何模型進行機床仿真模型的構(gòu)建，進而明確運動機床加工中的運動鏈，即為“工件-機架”、“刀具-機架”等兩條運動鏈，而機床旋轉(zhuǎn)軸運動與直線坐標(biāo)軸運動互不干擾而相互獨立。

2.1 機床設(shè)置

機床模型構(gòu)建后，加工人員要設(shè)置機床參數(shù)，在軟件菜單中找到“控制系統(tǒng)-機床設(shè)定”，對碰撞檢查系數(shù)、機床參考點、行程極限以及換刀位置等相關(guān)參數(shù)進行一一設(shè)定。機床建模工作全部完成后，加工人員要開始運行虛擬機床，并設(shè)定一系列參數(shù)，讓虛擬機床根據(jù)設(shè)定的數(shù)控程序進行運行，避免干涉、過切、超行程或是碰撞等加工問題的出現(xiàn)。

2.2 建立刀具庫

數(shù)控機床加工中，刀具是一種有效而必要的加工工具，VERICUT仿真加工前必須構(gòu)建刀具庫文件，主要涉及到刀具切削部分、刀具夾持部分以及刀桿等相關(guān)數(shù)據(jù)信息。刀具參數(shù)設(shè)置中，選擇直徑為16mm、10mm、6mm的立銑刀和直徑為6.8mm的鉆頭，正面加工中使用夾具進行裝夾，將工件上端面中心設(shè)定成工件坐標(biāo)系原點，按照加工要求來進行刀具的選擇。同時，為了提高零件加工質(zhì)量，加工人員要正確設(shè)定切削用量，粗加工中考慮經(jīng)濟性，半精加工與精加工中，兼顧加工質(zhì)量、加工成本以及切削效率。

2.3 設(shè)定數(shù)控程序仿真加工

在VERICUT軟件應(yīng)用中，支持多種數(shù)控程序進行零件加工文件仿真，加工人員需要利用CATIA軟件設(shè)定刀位點，在后置處理完成后形成G代碼數(shù)控程序，并把G代碼數(shù)控程序直接導(dǎo)入至VERICUT軟件中。同時，加工人員要在VERICUT系統(tǒng)中設(shè)定左、右加工仿真視圖，左視圖選擇機床的“切削模型”，對數(shù)控機床加工中的坐標(biāo)軸運行軌跡進行監(jiān)控，而右視圖選擇“工件”，對數(shù)控機床加工中的毛坯材料去除情況與走刀軌跡進行監(jiān)控。仿真結(jié)果出來后，發(fā)現(xiàn)機床仿真中可以根據(jù)程序進行加工，但Y軸與Z軸方向發(fā)生超行程問題，造成這一現(xiàn)象的原因主要是CATIA軟件形成的數(shù)控程序與VERICUT軟件設(shè)定參數(shù)不符合，加工人員需要把自動生成程序調(diào)整到機床行程范圍內(nèi)，保證數(shù)控程序可以正常運行在機床加工中。

3 VERICUT的數(shù)控加工仿真的改進優(yōu)化

3.1 優(yōu)化刀具軌跡

VERICUT仿真優(yōu)化和改進主要是模擬加工生產(chǎn)過程，參考數(shù)控程序中的刀具選擇及運行軌跡，計算加工程序中的切削量，并對比切削參數(shù)值，在計算分析后，若余量過大，加工人員要降低進給速度;若余量較小，加工人員要提高進給速度，并修改程序，導(dǎo)入新的進給速度，進而保證數(shù)控加工程序的高效性與安全性。在加工切削中改進進給速度后，可以明顯優(yōu)化刀具路徑，減少零件加工周期，進而達到提高加工效率的作用。同時，優(yōu)化改進數(shù)控程序后，可以提高數(shù)控加工的平穩(wěn)性，控制加工中刀具顫振問題，防止刀具過度磨損，有效延長刀具壽命，進而保證加工件表面質(zhì)量。在刀具軌跡優(yōu)化中，加工人員要在VERICUT軟件中導(dǎo)入加工設(shè)備與設(shè)計零件，并導(dǎo)入數(shù)控程序，做好刀具軌跡改進與優(yōu)化的準(zhǔn)備工作，設(shè)定優(yōu)化后的程序，通過交互式界面形成刀具軌跡庫，優(yōu)化刀具記錄，進而實現(xiàn)刀具軌跡的優(yōu)化和改進。

3.2 優(yōu)化加工仿真過程

為了防止數(shù)控加工中的超行程問題，加工人員可以選擇“fanuc0”控制程序，將CATIA軟件中構(gòu)建的虛擬機床模型，導(dǎo)入到該控制程序中，并輸入到夾具與加工零件模型，并開展虛擬機床仿真加工，觀察過程中是否存在碰撞或是干涉等問題，從菜單界面中找到“自動比較”，對仿真加工件進行殘留、過切對比。

3.3 優(yōu)化控制程序

在VERICUT軟件中，操作人員點擊項目樹中的“加工刀具”，進入到刀具管理界面中，對刀具進行優(yōu)化，右擊“添加優(yōu)化”，進入到新的優(yōu)化指令中，系統(tǒng)會自動彈出“優(yōu)化名”，操作人員選擇1號刀具優(yōu)化庫，并調(diào)整對應(yīng)的零件材料與機床名稱。重復(fù)這一操作步驟對后續(xù)刀具進行優(yōu)化。同時，點擊“進給/轉(zhuǎn)速”項，設(shè)定軸向切深、主軸轉(zhuǎn)速以及每分進給等參數(shù)，并在“極限”項目中預(yù)設(shè)最小切削進給率、最大切削進給率，并將本次優(yōu)化記錄添加到刀具庫表格中。在刀具軌跡改進完成后，操作人員點擊菜單界面中的“優(yōu)化控制”選項，并選擇優(yōu)化方式，啟動優(yōu)化功能，在優(yōu)化文件中選擇對應(yīng)的文件保存路徑，控制系統(tǒng)會根據(jù)文件內(nèi)容生成文件名，操作人員可以自定更改。在材料選擇中，設(shè)定零件毛坯材料屬性，制定專門的數(shù)控加工機床，并“確定”來進行數(shù)控機床設(shè)定。在菜單界面中，點擊“信息”生成圖表，并對數(shù)控模型進行重置，并輸出已經(jīng)優(yōu)化改進完成的數(shù)控程序文件。

4 VERICUT數(shù)控加工仿真改進優(yōu)化結(jié)果對比

在完成數(shù)控加工仿真的改進與優(yōu)化后，VERICUT系統(tǒng)中的NC程序文件會在工作目錄中保存，操作人員可以在主界面菜單中的“比較文件”中，查看改進優(yōu)化前后的NC程序?qū)Ρ冉Y(jié)果。如表1所示，改進優(yōu)化前后的NC程序?qū)Ρ惹闆r。

由此可見，改進優(yōu)化后縮短了數(shù)控加工時間，特別是針對復(fù)雜曲面的工件，精銑型腔的改進優(yōu)化效率已高達69.84%，改進優(yōu)化后，數(shù)控程序段也明顯增加，減少刀具步進距離，其切削運動也隨之減少，這就大大增加空行程進給速度，并根據(jù)切削深度、角度和寬度進行刀具進給速度的調(diào)整，而并非是固定的切削速度。

除此之外，操作人員可以使用NC Viewer軟件進行NC程序代碼的仿真，并對CAD/CAM軟件形成的NC程式進行檢查和驗證，保證其運行中的可靠性。操作人員可以在NC Viewer軟件中對比檢查改進優(yōu)化前后刀具路徑，點擊操作進行改進優(yōu)化前刀具運動軌跡的模擬，同時模擬出改進優(yōu)化后刀具運動軌跡，前后并無任何變化，加工效率的提高主要是因為加工時間大大縮短，刀具空行程進給速度加快，且切削參數(shù)優(yōu)化，進而大大提高了數(shù)控加工效率。

5 結(jié)束語

綜上所述，VERICUT軟件的仿真機床視覺效果與實際機床加工十分接近，可以有效模擬整個零件數(shù)控仿真加工過程，特別是針對復(fù)雜加工零件而言，具有仿真加工檢驗的功能，可以有效預(yù)防機床碰撞或是工件過切的情況，進而有效提高零件加工精度與表面質(zhì)量。但是在實際操作中，操作人員要對數(shù)控加工仿真進行優(yōu)化和改進，優(yōu)化刀具軌跡、仿真加工過程和控制程序，并對比改進優(yōu)化結(jié)果，縮短加工周期，進而大大提高了數(shù)控加工效率。

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