VERICUT虚拟加工仿真过程研究
随着现代工业的发展，零件的复杂程度、精度要求越来越高，经过软件自动生成的刀具路径处理后，生成的NC程序也更加复杂。因此，如何保证NC程序的精确性,成为数控加工生产中的一个难点。虚拟制造技术正是在这种背景下近年来出现的一种新的先进制造技术；在实际加工过程前，能够对具体加工过程进行仿真、优化,并对虚拟结果进行分析，可预先发现和改进实际加工中出现的问题，以较优的加工工艺投入生产。虚拟制造技术由建模技术、仿真技术、控制技术及支撑技术组成。其中，建模与仿真是虚拟制造技术的基础与核心。虚拟制造依靠建模与仿真技术模拟制造、生产和装配过程。虚拟加工环境是进行制造过程仿真、预测加工问题的前提和基础。
本文将在虚拟制造软件VERICUT平台上，提出建立仿真机床的方法与过程，并结合具体实例，说明在VERICUT平台上进行虚拟机床建模的过程。
1 VERICUT主要功能
VERICUT是CGTech公司提供的一种专用于数控加工仿真的软件，具有较强的机床和NC 程序的仿真功能。其主要功能模块如下：
1)Verification：三轴加工验证及分析。
2)OptiPath：对切削用量进行优化设计，以满足最小加工时间的目标函数及最大机床功率等约束条件的要求。
3)Model Export：从NC刀具路径创建CAD兼容模型。
4)Machine Simulation：提供虚拟机床及其工作环境建模功能；解读可识别的数控代码。
5)Mult-iAxis：四轴及五轴验证。
6)AUTO-DIFF：实时擦伤检查和模型分析，并与CAD设计模型相比较。
7)Machine Developerps Kit：定制VERICUT功能，用来解释复杂或不常用的数据。
8)AdvancedMachine Features：提高VERICUT仿真复杂机床功能的能力。
9)CAD/CAM Interfaces：可从Pro/E、UG、CATIA等CAD/CAM系统内部无缝运行VERICUT。
10)VERICUT Utilities：模型修复工具和转换器(包括在验证模块中)。
2 虚拟机床的建模
虚拟机床是随着虚拟制造技术的发展而提出的一个新的研究领域，通过虚拟机床加工系统可以优化加工工艺、预报和检测加工质量,同时还可以优化切削参数、刀具路径,提高机床设备的利用率和生产效率。
在虚拟制造软件的研究领域中，建模的对象大多是局限于某一种或某一系列的机床，这种建模的方法不仅通用性差，工作量大，而且效率不高，影响仿真效果、制造周期和生产成本。针对不同类型机床的通用化建模方法是解决问题的必然出路，下面综合分析机床的结构特点，抽象出其功能模块，总结出通用性的建模方法。
机床结构分析与模块分解：常见的数控机床在结构上主要有床身、立柱、运动轴和工作台等部件，再配合刀具、夹具和一些辅助部件共同组成。其中床身起到支承和承载机床组件的作用；立柱在结构上起到了拉开加工刀具和工件的空间距离，实现运动轴的布局；工作台则用来摆放工件，通过夹具等辅助工具实现工件的定位与夹紧。根据结构的特点可将机床的组件划分为三种类型：通用模块、辅助模块、专用模块。其中，通用模块是指各类机床共有的零/部件，如床身、立柱、工作台等等；辅助模块是指刀具、夹具等机床工具；专用模块是为特种机床的特殊零/部件所设立。在机床的建模过程中，应针对三种不同类型的模块，
采取相应的建模策略，综合运用几何建模与运动学建模相结合的方法来实现。
3 运用VERICUT进行虚拟机床的建模流程
1)准备工作。明确机床CNC系统型号、机床结构形式和尺寸、机床运动原理、各运动轴的行程、机床坐标系统以及所用到的毛坯、刀具和夹具等。
2)机床构建。软件中提供了常见的几种机床模型，可供调用,但一般不能满足需求。此时用户需自己构建机床。
3)机床控制系统设置。软件本身提供了几十种控制系统，用户可以根据实际使用机床的后处理系统进行选择，非常方便灵活。如果控制系统不存在,还可以自己定制控制系统。
4)建立刀具库。
5)设置机床系统参数。
4 关键问题分析
在机床的建模过程中主要是实现其几何实体建模与运动学建模。对于实体模型主要完成机床的各个模块的几何模型及辅助模块。为实现模拟加工中的准确真实性，对于加工中有影响的尺寸务必与机床实际情况一致。至于其他的部分，可随意绘制，但最好相近，这样更形象逼真。
实体模型分为参数模型和模型文件两种类型:参数模型是通过参数建立的立方体、圆柱、圆锥等简单模型，这些形状提供最短的仿真时间和最优化的机床显示和消隐。模型文件是通过其他CAD系统建立的(如IGES，STL和HTML文件)，这里建议使用STL格式的文件可使模型更加清晰准确。对于组件较简单的，可以直接在VERICUT中组建，若形状复杂可调用CAD 软件组建，然后输出CAD模型。在VERICUT中，从基体开始依次添加能够反映实际机床结构和运动学特性的组件，用机床坐标系定位整个机床，务必保证在组件各自的机床零点位置定义所有组件。
在模型转档的时候，可能引起其位置变化，这样在VERICUT中其所需要移动的坐标值，可以由CAD软件的测量功能来求得，所以要用旋转及移动的方式，得到所需要的状况。
5 应用实例
加工如图5.1所示零件。
图5.1加工零件
由于零件本身相对简单，所以采用Vericut软件自带的三轴铣削机床样本即可满足要求。1）打开→文件→样本→3_axis_mill_fanuc.vcproject。
2）设置毛坯尺寸114*114*30，使夹具夹紧毛坯。
3）设置毛坯上表面中心为编程原点。
4）设置刀具库。本次加工刀具有三把端铣刀：1号刀Φ30采用刀具半径补偿15、2号刀Φ20、3号刀Φ14。
5）添加程序代码。按照轮廓进行编程，G代码如下：
%
T1M6
G54G90S1000M03
G00X70Y-70
G43H01Z50
Z5
G42G01Z-10F200 D01
X55Y-60
Y55
X-55
Y-55
X55
Y0
G03I-55J0
G01Y39
Z-5
X-14
G03X-25.51Y32.98R46
G02X-39.31Y19.94R46
G03X-46Y8R14
G01X-46Y-8
G03X-39.31Y-19.34R14
G02X-25.51Y-32.98R46
G03X-14Y-39R14
G01X26Y-39
G03X40Y-25R14
G01Y25
G03X26Y39R14
G40G00Z50
M05
T2M6
S1000M03
G00X0Y0
G01Z-10
Z50
M05
T3M6
S1000M03
G00X-27.19Y12.68
G01Z-3
G03X-27.19Y-12.68R30
G00Z50
M30
%
以txt格式保存。
6）仿真结果如图5.2、图5.3。
图5.2
图5.3
6 结语
在实际加工过程前，虚拟制造技术能够对具体加工过程进行仿真、优化，并对虚拟结果进行分析，可预先发现和改进实际加工中出现的问题，以较优的加工工艺投入生产。在数控加工中，NC程序的编制相当复杂，虽然目前采用CAD/CAM技术由计算机辅助生成程序，但是必须确保程序的正确性和高效性。
在程序编制过程中，利用VERICUT对其进行验证、分析和优化，可有效地保证刀具路径精度零件质量和避免机床碰撞。
（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）