Vericut下5軸機(jī)床構(gòu)建

康義

摘 要：隨著數(shù)控加工在全球各領(lǐng)域的廣泛深入的應(yīng)用，加工零件的大型化、復(fù)雜化、高精度化在不斷提高，數(shù)控加工程序隨之也越來(lái)越復(fù)雜 ，如何保證數(shù)控加工程序合理性與正確率是每個(gè)數(shù)控程序編程人員面臨的現(xiàn)實(shí)難題。所以，虛擬仿真技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，作為先進(jìn)制造技術(shù)的關(guān)鍵輔助技術(shù)之一，其廣泛的應(yīng)用，也成為有效提高數(shù)控設(shè)備利用率、減輕編程人員勞動(dòng)強(qiáng)度、大幅提升數(shù)控加工綜合技術(shù)水平重要手段。

關(guān)鍵詞：Vericut軟件;5軸機(jī)床;建模

引言： Vericut軟件是美國(guó)CGTech公司開(kāi)發(fā)的基于Windows及UNIX系統(tǒng)平臺(tái)，在計(jì)算機(jī)上專用于數(shù)控加工仿真的軟件，它采用先進(jìn)的三維顯示及虛擬制造技術(shù)，對(duì)數(shù)控加工過(guò)程的模擬達(dá)到了極其逼真的程度，并且能模擬機(jī)床的運(yùn)動(dòng)過(guò)程和虛擬的工廠環(huán)境。該軟件的仿真效果好，功能強(qiáng)大，其應(yīng)用的范圍越來(lái)越廣泛，尤其是在航空企業(yè)中，已經(jīng)將Vericut軟件做為數(shù)控加工必用輔助軟件。

1、Vericut的兩種機(jī)床構(gòu)建方式

機(jī)床模型構(gòu)建可以采用兩種方式，一是使用Vericut軟件下自帶的簡(jiǎn)單建模方法，這種建模方式只能構(gòu)建的機(jī)床組件，而且建模功能簡(jiǎn)單、靈活性差。如果機(jī)床的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，則需要應(yīng)用三維建模軟件建立出機(jī)床的模型，而后導(dǎo)入Vericut軟件下相對(duì)應(yīng)的組件結(jié)構(gòu)下，構(gòu)建出機(jī)床模型。

目前，能夠進(jìn)行三維建模的軟件有很多，如CATIA、UG、MasterCAM等都可以進(jìn)行三維建模，使用此類軟件建立機(jī)床的模型后，可以通過(guò)軟件提供的接口程序?qū)⒔⒌哪Ｐ娃D(zhuǎn)存為Vericut軟件能夠識(shí)別的類型文件。

2、Vericut機(jī)床構(gòu)建流程

2.1建立機(jī)床運(yùn)動(dòng)組件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

要建立VERICUT機(jī)床模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)必須先了解機(jī)床各軸之間的相互運(yùn)動(dòng)關(guān)系及相關(guān)參數(shù)。尤其是5坐標(biāo)機(jī)床，各組件之間相對(duì)位置關(guān)系相對(duì)復(fù)雜，轉(zhuǎn)動(dòng)中心之間的偏置、轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸線到主軸軸線的偏置和轉(zhuǎn)動(dòng)中心到主軸端面的距離，這些參數(shù)尤其重要，參數(shù)的正確與否直接決定仿真結(jié)果的真實(shí)性。

根據(jù)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)拆分，對(duì)于三坐標(biāo)機(jī)床，基本上可以將機(jī)床的結(jié)構(gòu)拆分為X軸向運(yùn)動(dòng)部件、Y軸向運(yùn)動(dòng)部件、Z軸向運(yùn)動(dòng)部件以及其余的如換刀部件、電氣控制部件、冷卻系統(tǒng)等輔助部件。而對(duì)于五坐標(biāo)機(jī)床，則是增加了A軸、B軸、C軸等轉(zhuǎn)動(dòng)軸的對(duì)應(yīng)部件。部件拆分的目的是確定相互之間的運(yùn)動(dòng)連接關(guān)系，此關(guān)系具體的體現(xiàn)是在仿真軟件下組件結(jié)構(gòu)樹的建立。對(duì)于復(fù)雜的機(jī)床結(jié)構(gòu)，單存的使用X、Y、Z、A、B、C等六個(gè)運(yùn)動(dòng)軸不能完全的對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行仿真，因此在Vericut軟件下又增加了U、V、W、A2、B2、C2等六個(gè)相同的控制軸，并且可以將運(yùn)動(dòng)組件設(shè)置為不同的子系統(tǒng)號(hào)，以便于更好的控制各個(gè)組件的先后運(yùn)動(dòng)順序。

2.2 機(jī)床組件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化與建模

在實(shí)際的仿真過(guò)程中，并不是將所有的運(yùn)動(dòng)細(xì)節(jié)都進(jìn)行仿真，僅需要對(duì)部件的移動(dòng)過(guò)程進(jìn)行仿真即可。實(shí)際上，所有被仿真的部件的運(yùn)動(dòng)過(guò)程都經(jīng)過(guò)了簡(jiǎn)化，而對(duì)于整體運(yùn)動(dòng)仿真影響較小的部分運(yùn)動(dòng)過(guò)程省略， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化一是可以減少建模的工作量，二是能夠提高仿真軟件的運(yùn)行速度，因此滿足功后的合理的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化是必要的。明確機(jī)床各組件的拓?fù)潢P(guān)系并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)過(guò)程簡(jiǎn)化后，精確測(cè)量各組件幾何尺寸，用三維建模軟件建模

2.3 機(jī)床結(jié)構(gòu)樹構(gòu)建

組件結(jié)構(gòu)樹建立的目的是為了確定再仿真軟件下各個(gè)部件的相互運(yùn)動(dòng)關(guān)系，其建立的關(guān)系需要符合實(shí)際的機(jī)床運(yùn)動(dòng)關(guān)系，否則仿真的結(jié)果不一定是正確地。

初始的組件樹窗口內(nèi)沒(méi)有任何組件，僅有Base（基礎(chǔ)）、Attach、Fixture（工裝）、Stock（毛坯）、Design（設(shè)計(jì)零件），這5項(xiàng)內(nèi)容對(duì)于所有的仿真文件都是需要的，而且Base的位置不能移動(dòng)，是組件樹建立的基礎(chǔ)，其余的所有組件都是建立在Base基礎(chǔ)上，其相當(dāng)于機(jī)床的地基。在此基礎(chǔ)上，將需要的運(yùn)動(dòng)部件加入，對(duì)于三坐標(biāo)機(jī)床，一般增加X(jué)、Y、Z等運(yùn)動(dòng)軸即可，但是需要確認(rèn)三個(gè)軸之間相互的運(yùn)動(dòng)及支撐關(guān)系。如X軸單獨(dú)運(yùn)動(dòng)，Z軸

在Y軸上運(yùn)動(dòng)等。依據(jù)不同的機(jī)床運(yùn)動(dòng)關(guān)系，建立的機(jī)床組件結(jié)構(gòu)樹也是不同的，如圖1所示。

所有的組件結(jié)構(gòu)樹都有一個(gè)共同點(diǎn)，即Attach組件都是關(guān)聯(lián)在運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)組件上，即如果工作臺(tái)是B軸，則Attach組件在B軸下，如果X軸為工作臺(tái)，則Attach組件在X軸下，這是因?yàn)楣ぱb、毛坯等實(shí)物在實(shí)際中是安裝在工作臺(tái)上進(jìn)行加工的，因此在組件結(jié)構(gòu)樹中，Attach組件一定處于工作臺(tái)所在的組件下。

另外，在建立組件結(jié)構(gòu)樹時(shí)，盡可能的將主要運(yùn)動(dòng)部件（X軸、Y軸、Z軸、A軸、B軸、C軸）放在最開(kāi)始的部位，其余的運(yùn)動(dòng)軸在其后。

2.4 ?添加機(jī)床組件模型

組件結(jié)構(gòu)樹建立完成后，需要將對(duì)應(yīng)的機(jī)床模型導(dǎo)入至Vericut軟件下。在組件結(jié)構(gòu)樹上對(duì)應(yīng)的組件上雙擊，選擇MODEL界面，選擇對(duì)應(yīng)的組件模式Model File，既可以將各個(gè)組件的模型導(dǎo)入至Vericut軟件下。

在Vericut軟件的6.0以上版本，可以將CATIA軟件建立的機(jī)床模型直接導(dǎo)入至Vericut軟件下使用（需要購(gòu)買相應(yīng)的模塊），或者將CATIA軟件建立的機(jī)床結(jié)構(gòu)模型轉(zhuǎn)換為STL文件，然后導(dǎo)入至Vericut軟件下。

2.5 ?控制系統(tǒng)設(shè)置

設(shè)置好數(shù)控機(jī)床的組成和結(jié)構(gòu)后，機(jī)床還不能動(dòng)。還需配置操作系統(tǒng)。Vericut軟件提供的控制系統(tǒng)的能涵蓋市面上絕大多數(shù)的機(jī)床，但是有很多時(shí)候，其軟件提供的控制系統(tǒng)中有些指令功能與實(shí)際的機(jī)床不吻合，因此需要針對(duì)各自不同的機(jī)床要求，對(duì)控制系統(tǒng)通過(guò)宏指令功能進(jìn)行局部修改，以使得機(jī)床仿真的動(dòng)作與實(shí)際的運(yùn)動(dòng)過(guò)程相同。

2.6 ?運(yùn)動(dòng)仿真

組件的模型導(dǎo)入后，需要驗(yàn)證建立的機(jī)床結(jié)構(gòu)是否正確，一般通過(guò)Vericut軟件下的MDI模式進(jìn)行驗(yàn)證。如果各個(gè)部件的運(yùn)動(dòng)都合格，則機(jī)床模型構(gòu)建工作已經(jīng)完成。

小結(jié)

Vericut目前是功能較為強(qiáng)大的數(shù)控加工仿真軟件，本文結(jié)合本人實(shí)際應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，概述了五坐標(biāo)機(jī)床構(gòu)建的基本方法。希望本文能對(duì)初學(xué)者有一個(gè)方向指導(dǎo)性的作用，在明確基本的機(jī)床構(gòu)建流程后，進(jìn)一步深入研究，挖掘Vericut更為強(qiáng)大的功能。

參考文獻(xiàn)：

[1]Vericut數(shù)控加工仿真技術(shù) ?楊勝群 ? 清華大學(xué)出版社 2010

[3]Vericut數(shù)控加工仿真技術(shù)與應(yīng)用實(shí)例詳解 ? ?鄭貞平 ? 機(jī)械工業(yè)出版社 2015