極坐標(biāo)數(shù)控加工程序在VERICUT中的仿真加工

摘 要：文章以某盤(pán)類零件在數(shù)控鉆鏜床taurus上進(jìn)行鉆孔為例，介紹了如何在VERICUT仿真環(huán)境下，對(duì)極坐標(biāo)形式的鉆孔加工程序進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：VERICUT；極坐標(biāo)；仿真加工

引言

虛擬仿真加工技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一，直接影響先進(jìn)設(shè)備尤其是數(shù)控設(shè)備的應(yīng)用水平。提高仿真技術(shù)的應(yīng)用水平是有效提高數(shù)控設(shè)備利用率、提升數(shù)控加工水平的技術(shù)關(guān)鍵。

虛擬仿真加工應(yīng)用專業(yè)的VERICUT仿真軟件可以對(duì)刀具軌跡進(jìn)行驗(yàn)證，也能夠?qū)?shù)控加工程序直接進(jìn)行驗(yàn)證，因而成為數(shù)控加工程序驗(yàn)證的重要手段。虛擬仿真加工技術(shù)將加工過(guò)程中的零件模型、機(jī)床模型、夾具模型以及刀具模型動(dòng)態(tài)地顯示出來(lái)，模擬和真實(shí)體現(xiàn)零件的實(shí)際加工過(guò)程，能夠檢查NC代碼中的語(yǔ)法錯(cuò)誤和完整性以及準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)干涉、過(guò)切、殘留校驗(yàn)，并直觀安全地模擬、驗(yàn)證、分析切削過(guò)程。目前我們已成功的將VERICUT仿真軟件應(yīng)用到直角坐標(biāo)系下的數(shù)控程序仿真，但是有些設(shè)備有時(shí)也會(huì)使用極坐標(biāo)編程，這樣會(huì)使程序相對(duì)簡(jiǎn)單，特別是在相同半徑的圓周上加工多個(gè)孔、型槽，凹腔等的操作，使用極坐標(biāo)編程使程序易于編制且易懂。通過(guò)對(duì)西門(mén)子系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)編程指令、宏指令以及VERICUT軟件本身的研究，以數(shù)控鉆鏜床taurus為例，詳細(xì)論述如何使用VERICUT軟件實(shí)現(xiàn)極坐標(biāo)程序的仿真加工。

1 西門(mén)子數(shù)控系統(tǒng)使用極坐標(biāo)指令編制的鉆孔子程序

西門(mén)子數(shù)控系統(tǒng)，可以通過(guò)數(shù)據(jù)通道實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)變量和外部R參數(shù)之間的相互傳遞，因此比較容易通過(guò)宏指令去實(shí)現(xiàn)數(shù)控程序的循環(huán)功能，而且西門(mén)子控制系統(tǒng)也支持極坐標(biāo)指令，所以采用極坐標(biāo)指令編制鉆孔加工循環(huán)程序，會(huì)使程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易懂。下面的程序就是將R1附值，通過(guò)R1值的遞增及子程序的調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)50個(gè)孔的加工循環(huán)，而其中的子程序就是使用了極角、極半徑編制的極坐標(biāo)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(diào)用極坐標(biāo)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(shí)現(xiàn)以上主程序及子程序的循環(huán)仿真加工，我們主要進(jìn)行的是將子程序中的G10、A、U在VERICUT配置菜單的Word/Address中進(jìn)行配置，使虛擬仿真環(huán)境可識(shí)別NC程序中的這些代碼。

2 用VERICUT進(jìn)行鉆孔加工循環(huán)的仿真驗(yàn)證

2.1 機(jī)床定義

機(jī)床定義的內(nèi)容包括*.mch文件（定義機(jī)床、夾具等）和*.ctl（定義控制系統(tǒng)）文件兩方面。由于機(jī)床的結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化，控制系統(tǒng)類型繁多，所以通常采用基于Vericut內(nèi)嵌的控制系統(tǒng)文件結(jié)合具體的機(jī)床結(jié)構(gòu)來(lái)定義機(jī)床。

2.1.1 機(jī)床結(jié)構(gòu)的定義

主要內(nèi)容包括確定機(jī)床坐標(biāo)系、定義運(yùn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)關(guān)系和各組件模型的添加。機(jī)床各組件模型建議使用UGNX軟件創(chuàng)建，因?yàn)閁GNX不僅有強(qiáng)大的建模、裝配功能而且可以將工作坐標(biāo)系設(shè)定到機(jī)床零點(diǎn)上，當(dāng)導(dǎo)出的機(jī)床組件*.stl模型添加到VERICUT各運(yùn)動(dòng)組件下時(shí)，可保持UGNX中原有的裝配位置關(guān)系和坐標(biāo)零點(diǎn)，避免在VERICUT中進(jìn)行組件間的位置調(diào)整。

用VERICUT進(jìn)行機(jī)床結(jié)構(gòu)的定義，首先要定義機(jī)床的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。各運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)關(guān)系是在VERICUT環(huán)境下的結(jié)構(gòu)樹(shù)對(duì)話框中構(gòu)建的，以Y軸為例，創(chuàng)建步驟是選擇工具欄中的component tree圖標(biāo)或選擇configuration菜單下的component tree選項(xiàng)，在彈出的Component Tree對(duì)話框中選取“BASE”→“右鍵”→“insert”→“Y Linear”，其它運(yùn)動(dòng)軸的定義如Y軸的定義步驟，各運(yùn)動(dòng)軸主動(dòng)及從動(dòng)的關(guān)系一定要準(zhǔn)確，機(jī)床的運(yùn)動(dòng)方式才能準(zhǔn)確。機(jī)床各運(yùn)動(dòng)軸添加后，機(jī)床運(yùn)動(dòng)關(guān)系也確定了，但還需各組件的模型，機(jī)床結(jié)構(gòu)才能夠完善，各組件模型的添加順序?yàn)椋弘p擊某組件，在彈出的Modeling對(duì)話框選取“model” →“Browse...”→選取相應(yīng)組件的*.stl文件→“OK”即完成組件模型的添加。機(jī)床所有組件模型添加完成，機(jī)床就有了完整的結(jié)構(gòu)。

2.1.2 機(jī)床控制系統(tǒng)的定義

控制系統(tǒng)的定義主要包括編程零點(diǎn)的設(shè)定及G代碼、M代碼定義。此機(jī)床的控制系統(tǒng)是西門(mén)子控制系統(tǒng)，可以用Vericut內(nèi)嵌的西門(mén)子控制系統(tǒng)如sin840d.ctl進(jìn)行所需配置。要鉆孔零件的編程原點(diǎn)位于零件的旋轉(zhuǎn)中心，所以需將編程零點(diǎn)設(shè)定到零件的旋轉(zhuǎn)中心，其操作步驟是選擇Project→Processing Options→G-Code→Settings，然后在G-Code Settings對(duì)話框中選擇Tables選項(xiàng)，在該選項(xiàng)下添加G54的坐標(biāo)值，即完成了編程零點(diǎn)的設(shè)定。

上述鉆孔程序段中有些代碼在Vericut內(nèi)嵌的sin840d.ctl控制系統(tǒng)中是不可識(shí)別的，為了能夠?qū)崿F(xiàn)鉆孔循環(huán)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(shí)現(xiàn)仿真加工的關(guān)鍵代碼，這些代碼都是在Configuration菜單下的Word/Address對(duì)話框中進(jìn)行設(shè)置的。G10在程序段中的含義是調(diào)用極坐標(biāo)加工，所以在G10的定義中需添加PolarInterpolation和SetPolarInput兩個(gè)宏，并設(shè)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(gè)宏，并需設(shè)置其輸出條件為在極坐標(biāo)加工的情況下輸出。

2.2 定義數(shù)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(biāo)系和VERICUT軟件中的加工坐標(biāo)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(shí)別的格式導(dǎo)出。此鉆孔程序沒(méi)有夾具，所以只需創(chuàng)建毛坯及零件的三維模型。

2.3 加工刀具庫(kù)的定義

從刀具文件夾中選擇刀具庫(kù)或者自定義刀具庫(kù)，確定鉆孔所用刀具類型、刀具直徑、長(zhǎng)度等參數(shù)，定義刀具裝夾點(diǎn)、刀尖點(diǎn)和驅(qū)動(dòng)點(diǎn)。

2.4 加載數(shù)控程序

將編制好的數(shù)控程序加載到VERICUT軟件仿真環(huán)境中，可以批量添加，也可單個(gè)添加。當(dāng)鼠標(biāo)放置到Add/Modify Programs...命令位置，雙擊鼠標(biāo)進(jìn)入加載程序操作界面，選擇鉆孔用的數(shù)控加工程序，即完成了程序的添加。

2.5 加工過(guò)程仿真

在定義好毛坯、控制系統(tǒng)、機(jī)床和刀具的基礎(chǔ)上，設(shè)置好仿真動(dòng)畫(huà)顯示參數(shù)，就可以進(jìn)行切削過(guò)程仿真了。如果需要，還可以對(duì)夾具、材料、視窗等輔助內(nèi)容進(jìn)行定義。切削過(guò)程和切削結(jié)果均顯示在圖形窗口中，干涉與否可通過(guò)日志文件和提示行查看。

3 結(jié)束語(yǔ)

Vericut是集多種功能于一體的切削仿真系統(tǒng)。文章闡述了基于Vericut極坐標(biāo)鉆孔程序仿真加工的實(shí)現(xiàn)方法。利用該平臺(tái)能夠以形象直觀的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控代碼的校驗(yàn)，對(duì)于保證數(shù)控程序的正確性具有重要意義，可以將過(guò)切與干涉等不安全因素消除在機(jī)床加工之前。文章也旨在通過(guò)VERICUT軟件對(duì)極坐標(biāo)指令處理方式的介紹，將VERICUT軟件更好地用到實(shí)際工作中去，同時(shí)去開(kāi)發(fā)更多功能為我們服務(wù)。

參與文獻(xiàn)

[1]VERICUT數(shù)控加工仿真應(yīng)用教程[S].北京新吉泰軟件有限公司.