VERICUT软件

VERICUT软件（精选六篇）

VERICUT软件 篇1

随着数控技术的快速发展, 数控加工已经逐渐代替传统加工手段成为机械加工的主流。VERICUT软件作为先进的仿真模拟软件, 能对切削过程中的刀具动作及切削状态进行逼真的、立体的模拟显示, 同时又可验证NC程序在加工过程中是否出现过切、欠切现象以及是否会出现刀具与工件、刀具与夹具之间的碰撞干涉现象, 可以直观、形象地模拟数控加工的全过程。对实际生产能够起到缩短试切时间、减少浪费的作用, 从而大大提高生产效率。

2 仿真技术应用的必要性

当数控加工程序编制完成后, 工程师需要对编制完毕的数控程序进行验证, 以确保程序的正确性。如果数控程序存在错误, 轻则会导致工件过切或欠切, 影响零件质量, 重则刀具、夹具、工作台这几者之间会产生干涉碰撞, 造成危险。所以对数控程序进行验证已成为零件加工前必不可少的步骤。如何对数控程序进行正确性验证随之成为人们急需解决的问题。

2.1 传统程序验证方式

传统的程序检验方式一般为人工检查和试切: (1) 人工检查。需逐段逐句进行检查, 且只能对简单的数控程序进行检验; (2) 试切。对零件毛坯进行试加工, 根据加工结果对数控程序的正确性进行检验。这两种检验方式效率低下, 成本高, 而且需要占用机床, 延缓了生产周期。

2.2 仿真技术应用下的程序验证

零件仿真技术具有以下特点: (1) 快速、直观地反映现实情况, 对程序的正确性合理性进行判断和验证。 (2) 缩短产品生产周期, 降低劳动成本, 提高零件质量。 (3) 减轻编程人员工作量、提高数控机床的使用率。

3 数控加工仿真平台的建立

数控加工仿真平台就是在计算机中建立虚拟的数控机床、控制系统、加工刀具, 通过加入毛坯模型、数控程序等实现虚拟加工仿真, 从而用于现场实际加工指导。下面以实例介绍如何在VERICUT软件中建立仿真平台。

3.1 机床模型及控制系统的设置

3.1.1 机床模型的设置

在VERICUT仿真软件中, 软件机床库自带了许多常用机床模型, 用户可直接进行选择, 若没有即需要用户自行设置。自行设置机床模型时, 根据实际测量的机床数据建立机床部件模型, 在建立时, 在满足条件的前提下可简化机床模型, 并注意部件坐标系的父子依附关系。打开工具栏中“组件树”图标, 明确机床的结构形式后进行设置。图1所示为建立好的三轴立式铣床组件树及机床模型, 此机床为工作台移动方式, 是本文实际加工生产中所用机床。

3.1.2 控制系统的设置

VERICUT软件本身为用户提供了几乎所有常见的数控系统, 包括各种型号的FANUC、SIEMENS等控制系统, 用户可根据需要自行选用。当自带的控制系统满足不了实际要求时, VERICUT还支持用户开发定制符合使用要求的控制系统。

打开菜单中“配置”→“控制”, 在弹出的对话框中VERICUT安装目录机床库子目录打开控制系统 (.ctl) 文件;再打开菜单中“配置”→“字/地址”, 弹出图2所示对话框, 即可进行所需机床控制系统的设置, 包括G代码、M代码、寄存器地址以及状态指令等, 并保存该文件。

3.1.3 零件毛坯的设置

当零件毛坯较为简单时, 可直接在模型设置中输入毛坯尺寸;或者建立形状为扫面或旋转面的模型文件, 保存之后直接导入模型设置中即可。

当零件毛坯较为复杂时, 可用UG等三维软件将毛坯建好, 再通过STL格式导入到VERICUT中。

3.1.4 坐标系的建立

零件毛坯建立好后就可以设立坐标系了, 一般选择编程原点为零件的坐标系。点击项目树中的“坐标系统”选项, 出现如图3对话框。坐标系的建立十分方便, 既可在“位置”一栏手动输入, 又可在毛坯上直接选取。

3.1.5 刀具的设置

利用VERICUT的刀具管理模块, 可以实现任意刀具的建模。VERICUT软件本身包含了大量的常用刀具信息, 用户在使用时可直接选取, 若没有则需用户自己建模。

刀具的建模需要建立刀具和刀套两部分, 并与实际所用的刀具相符合。在项目树中点击“加工刀具”选项, 则弹出如图4对话框。点选所需刀具的刀具或刀套, 则可进行刀套或刀具的参数设置。

3.1.6 添加合适的程序文件

在项目树中点击“数控程序”选项, 出现如图5所示对话框, 在“数控程序”一栏中导入需要进行仿真模拟的数控程序文件即可。

3.2 系统参数设定

机床模型设置完后, 还要对机床进行参数设置, 打开“项目”→“处理选项”→“G-代码”→“设定”, 出现如图6所示对话框。依次设置机床的碰撞检测、行程极限、轴优先等选项, 在表的选项中设置机床初始位置、机床零点、刀具补偿等参数。

3.3 仿真模式的选择

VERICUT软件提供多种仿真模式, 包括:单步执行程序;设定仿真自动停止在每次换刀处;设定仿真自动在程序的某一段停止;设定仿真自动停止在每个错误处。设定仿真自动停止在每个设置结尾处等等。用户可在“运动”选项中根据不同的需要选择不同的仿真模式。

至此, 数控加工仿真平台就建立好了, 即可开始对其进行仿真模拟。

4 仿真模拟结果分析

4.1 几何外形及其尺寸检查

VERICUT仿真软件属于几何仿真软件, 最直观也最准确的就是仿真后零件的几何外形。当仿真结束时, 首先判断的就是零件几何外形的正确性。仿真结束后可利用软件的放大缩小功能进行零件的缩放, VERICUT软件仿真后的模型解析度高, 零件表面的刀具纹路清晰可见, 能够逼真地显示加工结果。利用图形显示, 可以准确掌握零件模型的实际加工表面情况, 为编程提供指导。图7为某零件放大后的仿真结果, 在圆框处的余量残留清晰可见。

判断完零件形状的正确性后就需测量零件各个尺寸是否正确。在VERICUT软件界面菜单一栏中点选“分析”→“X-测量规”。X-测量规对仿真零件的不同形状提供了不同的测量方法, 如距离/角度、特征/记叙、空间距离等。用户可根据实际零件选择相应的测量方法。

4.2 自动-比对

在程序的编制过程中, 一些零件的形状轮廓无法利用尺寸检查功能进行检测, 表面的缺陷、过切及残余难以发现, 此时可以利用系统的自动-比对模块, 选择菜单中“分析”→“自动-比对”选项进行设置, 导入设计模型, 进行加工后模型和设计模型的比较, 确定是否有过切和欠切现象。

如图8所示, 某型号零件部分形状为CAM曲面。为了验证是否存在过切欠切现象, 在仿真后, 使用“自动-比对”功能进行对比分析。过切量将显示为用户定义的颜色, 并可生成自动-比对报告。

4.3 碰撞干涉检查

在程序编制过程中, 由于未考虑到现场实际加工条件, 刀具与零件之间, 刀具与夹具之间可能会出现碰撞干涉的现象, 一个有问题的运动轻则使零件报废, 重则可能导致机床部件损坏。既造成昂贵的损失又会影响产品的加工周期。所以对程序是否会产生碰撞干涉现象进行检查是十分必要的。

某型号零件20工序装夹方式采用压板压紧, 建立压板模型后进行仿真, 仿真结果发生刀具与夹具的碰撞。碰撞部分以用户定义的颜色显示出来。如图9。

信息栏提示的错误信息显示程序在27行、28行出现碰撞, 根据信息栏提示可修改相应数控程序。

4.4 程序的显示验证

当采用CAM软件编制复杂型腔或表面的程序时, 编制好的程序是由定义好的模型、加工参数、边界参数等自动生成, 走刀路径全部为点对点的加工, 程序动辄上千道。一旦程序出现问题, 很难定位到出错位置, 不便于手工调整。

点击工具栏中的“检视数控程序”图标, 可对加工轨迹进行单步演示, 程序每走一段, 刀具按轨迹前进一段。这样可以准确地分析出每段程序的对错, 方便编程人员手动修改程序段, 掌握程序的实际加工情况。

5 结论

将以上几种试验零件仿真完成后的程序调入机床, 跟随现场批次零件进行加工验证。加工后的零件经检验全部合格。与原先传统程序验证方法相比, 大大地提高了首件合格率并且缩短了试切时间, 为生产现场提供了强有力的技术手段。

通过验证, VERICUT仿真软件为现场实际加工实现了以下几点功能: (1) 数控加工生产准备周期明显缩短。仿真后的程序可直接进行加工, NC程序、刀具类型及刀长可直接上传至机床, 无需繁琐的试切验证过程, 从根本上转变了以“试切为主”的数控编程模式。 (2) 数控人才队伍建设。通过VERICUT仿真软件的几何仿真, 打破了以往工人加工工人编程的传统模式, 通过VERICUT与UG/CAM、Mastercam编程软件以及DNC、MES管理系统相配合, 可以培养出一批高素质的数控技术人才, 为数控加工领域提供高效优质的服务。 (3) 建立共享数据库。可针对数字化仿真建立专用的数据库, 将仿真创建的机床模型、控制系统、刀具库, NC程序、毛坯模型、刀具模型等存入其中, 作为共享文件, 为建立信息数据库提供基本数据。

摘要：VERICUT软件可对NC程序进行验证及优化, 并且同时可对切削全过程进行逼真的、立体的模拟显示。通过对部分生产实例实施模拟仿真, 进行了VERICUT软件的使用及功能介绍。

关键词：模拟仿真,VERICUT软件,验证程序

参考文献

[1]李云龙, 曹岩.数控机床加工仿真VERICUT[M].西安:西安交通大学出版社, 2005.

[2]彼得.斯密德.数控编程手册[M].北京:化学工业出版社, 2005.

VERICUT软件 篇2

Vericut是全世界NC验证软件的领导者。使用Vericut可在产品实际加工之前仿真NC加工过程,以检测刀具路径中可能存在的错误,并可用于验证G代码和CAM软件输出结果。它是美国的CGTech公司于1988年开发的,现在已经发展到了VT7.0版本。该软件的基本思想就是在进行真实地加工之前,尽可能真实地在虚拟的环境里模拟加工的整个过程和加工的结果,避免在真实地加工中出现零件的过切、欠切,避免发生机床碰撞,并最大程度地优化NC程序、延长刀具使用寿命,提高加工的效率和加工质量。程序验证就是验证程序的正确性,说得通俗一点就是检查G代码的正确性。因此,对于从事机械加工行业的人来说,学习和掌握Vericut就显得尤为重要。

1 零件加工过程的模拟和仿真

一个零件加工过程的模拟和仿真,需要完成以下内容:

(1)建立机床模型,并定义好机床的各个运动副,如图一所示。

(2)建立刀具模型,并对应好相应的刀号,如图二所示。

(3)建立好夹具模型,并将其装配到机床上正确的位置,如图三所示。

(4)建立好毛坯、零件的模型,并将其装配到夹具上正确的位置,如图四所示。

(5)生成NC程序代码,将其导入到Vericut,如图五所示。

(6)设置好加工坐标系,使之与编程坐标系一致,如图六所示。

完成这所有的内容以后就可以进行程序验证、机床模拟和程序优化了。需要说明的是,如果只需要进行程序验证,只需要完成2、4、5、6就可以了,对于学校教学则学生用5就可以了。

Vericut功能强大,让学生掌握有一定的难度。数控老师适当地设置和准备,学生只要学会几个简单的操作,就能顺利进行数控编程验证。

2 数控车程序验证步骤

学生进行数控车程序验证的步骤如下:

(1)编写数控车程序,以.txt格式保存到指导老师指定文件夹,如图七所示。

(2)运行Vericut软件。

方法:双击程序图标。

(3)打开指导老师指定的fanuc-lathe.vcproject文件。

方法:File—Open弹出对话框找到老师的fanuc-lathe.vcproject文件。

(4)调入编写好的数控车程序

双击左侧的Projet树下的NC Programs弹出如下画面,如图八所示。

(1)NC Program Type选G-Code Data。

(2)Tool Change By选Tool Number。

(3)点击Add找到E盘下的老师指定文件夹下的guojixiangqi.txt文件。

(4)点击ok确定。

(5)运行程序,进行模拟加工,如图九所示。

(6)根据运行结果,修改程序直到程序合格,如图十所示。

其仿真效果如图十一所示。

3 结束语

利用Vericut进行数控编程模拟实验就如同在虚拟环境下操作数控机床,具有极高的真实性,因此,必将获得良好的教学效果。

总之,有如下好处:

(1)减少程序错误。

(2)节省在真实机器上验证数控车程序时间和试切削过程。

(3)增强编程自信心。

(4)减少空刀和改善零件质量。

(5)提供更好的档案管理。

参考文献

[1]李云龙.数控机床加工仿真系统Vericut[M].西安:西安交通大学出版社,2005.

[2]杨胜群.Vericut数控加工仿真技术[M].北京:清华大学出版社,2010.

VERICUT软件 篇3

在职业院校数控技术教学过程中, 数控仿真软件凭借其仿真过程的生动性、良好的交互性、安全性、节约性、高效性及加工过程的全面性发挥着非常重要的作用。数控宏程序作为高技能学生必须掌握的一种程序形式, 有其理论难度和抽象性, 因此让学生通过仿真软件来实现数控宏程序的编制及仿真就显得尤为重要。

VERICUT软件是美国CGTECH公司开发的数控加工仿真系统, 由NC程序验证模块、优化路径模块、自动比较模块等组成, 可仿真数控车床、加工中心等多种加工设备的加工过程, 也能进行NC程序优化, 缩短加工时间, 并且可以对切削模型进行尺寸测量, 并能保存切削模型供检验、后续工序切削加工使用。

1 建立数控机床仿真平台

在三维实体软件UG中按机床实际位置尺寸绘制各组成部分模型.并转化为STL格式导入VERICUT, 在模型-组件树中, 依次添加实体, 定义机床的组成部分, 添加顺序为base, Z, Y+X+Fixture Stock, 这样就得到机床组件树, 如图1所示, 构建好的数控机床仿真平台如图2所示。

2 机床参数设置

在数控宏程序编程中, 刀具半径动态补偿是一个有难度, 但又要必须掌握的知识。本文以刀具半径动态补偿指令编制内孔倒圆角程序为例说明了利用VERICUT仿真时的机床参数设置。

在Fanuc控制系统中可以通过特殊G10L12P_R_指令实现动态半径补偿数据的写入, 在字/地址窗口中定义好指令L12, 如图3所示。

宏“SetTableValues”是仿真时, 在G代码里自动添加各种Tool offsets。

在Registers节点下的P中定义G10对应的宏“WorkCoordIndex”和“TableIndex”, 在节点R中定义G10对应的宏“TableValues”, Vericut使用TableIndex来对应刀具号, 使用TableValues对不同Tool Offsets写入程序输入数值, 如图4和图5所示。

在Registers节点下的D中定义宏“AutosetCutterCompVars”, 用来设置对应的变量用于存储刀具的半径补偿值;宏“ToolCutterComp”用于读取Vericut刀具库设置的对应的半径补偿值, 宏“CutterCompValue”, 用于使用所读取的补偿值。这样就完成了动态半径补偿指令G10L12P_R_的设置。

3 基于VERICUT的宏程序仿真

利用设置好的动态指令对一内孔进行倒圆角试验, 刀具选用半径为4的圆鼻刀, 圆角半径为6。

试验结果如图7所示, 证明了刀具半径补偿指令设置的正确性。

4 结论

本文对于职业技能院校基于VERICUT的数控宏程序仿真问题进行了研究, 说明了机床的构建及机床参数的设置, 并进行了动态半径补偿的仿真试验, 试验证明了设置的正确性, 为数控宏程序的教学提供了一种有效的途径。

参考文献

[1]雷保珍, 方新, 孙红花.基于VERICUT虚拟机床建模技术的研究与应用[J].机床与液压, 2008, 7.

[2]匡和碧, 孙卫和.基于VERICUT软件的四轴联动数控铣床仿真技术[J].现代制造, 2006, 8.

[3]刘剑光.数控加工的仿真技术与实现方法[J].成飞科技, 2008, 1.

VERICUT软件 篇4

VERICUT是由CGTECH公司开发的数控加工仿真专用软件,具备同时进行刀具轨迹和机床运动仿真的功能,采用先进的三维显示及虚拟现实技术,对数控加工过程的模拟达到了逼真的程度,同时,VERICUT还具有刀具轨迹优化功能,能够提高零件加工效率、缩短加工时间和制造周期。

2 VERICUT模块功能简介

VERICUT是美国CGTech公司开发的基于Windows及UNIX平台的模拟数控机床加工仿真软件,它不仅能够对NC程序进行仿真、验证、分析和优化,而且能够进行机床切削仿真,主要由以下模块[1,2]构成,见表1。

3 数控机床建模

数控机床的形式和类别多种多样,如何实现面向不同类型机床的通用化建模方法是进行数控仿真的关键。下面在综合分析不同类型机床结构特点的基础上,分解各个部件单元,抽象出各个功能模块,通过几何建模和运动学建模的方法实现了多种型号机床的通用化建模。数控机床通用建模过程如图1所示。

3.1 机床结构分析

要建立面向不同类型机床的通用建模方法首先需要分析机床的结构特点,综合机床的共同特性。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、夹具和一此辅助部件共同组成。其中床身起到支撑和承载机床部件作用;立柱在结构上起到了拉开加工用具和被加工件的空间距离,实现运动轴的布局;运动轴分为刀具运动轴和工件运动轴,具体的描述见机床运动链的分解;工作台承载被加工件,通过夹具等辅助工具的配合实现工件的定位。

3.2 机床模块分解

通过对机床的结构分析、机床结构特点的共性提炼,下一步工作需要分解出机床的模块。鉴于不同类型机床的结构差别,可以将机床的整体结构[3]划分为三种类型模块: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;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,做为机床建模过程中的后备和补充。

3.3 模块的几何建模

针对机床三种不同类型的模块,可以有不同的建模策略。

(1)通用模块的建模

机床在床身、立柱等共有零部件的外形上有着细节的差异,但在仿真环境中均可以通过基本的体素或不同类型体素的布尔运算来表征。这种表示方法在不影响模型零部件功能使用的基础上实现了模型的语义表达,提高了建模效率。

(2)辅助模块的建模

不同加工要求的机床所配用的刀具、夹具也有所区别,可以针对不同类型的刀具、夹具进行小范围通用建模,建立辅助工具库,配合机床的构建,起到调用和装配的功能。

(3)专用模块建模

这类模块在数量上并不多,对仿真环境起到重要作用的必需零部件可以进行单独建模,通过预定义的装配关系完成装配。

3.4 运动学建模

结合数控机床几何模型和数控机床的运动特征,可以按以下步骤建立数控机床的运动模型:

(1)定义坐标系

加工现场的机床由部件装配而成,部件由零件组成,可以根据这种关系建立不同的坐标系:

部件坐标系(Xc,Yc,Zc):机床上每个部件都有它自己的坐标系,作为该部件的定位和尺寸定量显示。可以通过Model菜单来定义部件或将部件与其他部件相连接。

模型坐标系(XM,YM,ZM):机床上每一块模型有它自己的坐标系,模型之间的连接形成部件用以表达三维属性。

机床坐标系(XMC,YMC,ZMC):VERICUT的世界坐标系,用于在虚拟环境中定位机床。

工件坐标系(XWP,YWP,ZWP):该坐标系用于Stock,Fixture和Design部件的联结。它只在工件视图下显示,并且根据仿真环境中机床的不同定义情况有所意义上的区别。例如:在仿真环境中,机床上运行G代码形式的刀具轨迹文件,工件坐标系原点与部件坐标系原点重合;如果机床运行APT_CLS形式的刀具轨迹文件,工件坐标系原点设定为不发生位移的“基座”部件的原点。

(2)建立运动关系树

根据机床装配体中的各个部件的相对运动关系建立运动关系树,相对于机床坐标系不发生位移的零部件定义为静止零部件,反之定义为运动部件。

(3)定义运动节点和运动轴

分析机床的运动关系可知,机床加工过程的实现是两条运动链的相互运动形成:“机架—刀具”运动链、“机架—工件”运动链,它们均由若干个运动副(移动副或转动副)串联而成,每一个发生位移的运动副终点即可定义为运动节点,节点发生运动的直接驱动来源即可定义为运动轴。

(4)建立运动轴和运动节点的关系,定义运动节点在运动轴上的极限行程,根据实际机床加工中的性能要求定义运动节点的最大行程,防止在仿真过程中发生运动失效的结果。

4 应用实例

VERICUT将虚拟机床建模过程中的几何建模和运动学建模合在一起同时进行。下面以一个带有A、B两个旋转轴的五轴联动加工中心为例,介绍在VERICUT软件上进行建模的过程。

4.1 机床结构和运动分析

该机床在结构上主要由床身、立柱、运动轴和工作台等部件组成,其中X、Y轴为直线运动,由工作台完成,Z轴直线运动和A、B旋转运动由主轴头完成。机床构成如图2所示。

4.2 机床建模过程

(1)初始设置

主要选择单位显示方式,选择控制系统,并建立坐标系。

(2)建立机床组件树

添加“Z”直线轴到“Base”床身组件,在“Z”的基础上增加“B”轴,在“B”的基础上增加“A”轴,给“A(0,0,0)”轴组件上增加刀具;给床身“Base”增加“Y”轴组件,给“Y(0,0,0)”增加X轴组件,给“X(0,0,0)”增加夹具组件;给“Fixture(0,0,0)”组件增加工件毛坯并删除“Design”组件,这样就建立了这台五轴A、B双倾斜头机床组件树,如图3所示。

(3)修改机床的相关运动特性,定义机床初始位置并使机床复位,在这台机床中,我们采用的是A、B轴作为旋转倾斜轴的方案,选择合适的距离作为起倾斜头旋转中心点到机床主轴的距离,并修改刀具单元的位置特性。

(4)依次加入机床X轴上的模型,Y轴模型,机床床身Base三模型,Z轴模型的装配。五轴加工中心机床床身和X、Y、Z三直线轴模型装配完成后结果如图4所示。

(5)加入机床B轴两模型,结果如图5所示

添加A轴三模型并装配成型,五轴加工中心装配完成后结果如图6所示。

(6)保存机床文件和用户文件,进行MDI测试后如图7所示。机床将按照Selection中的数据实现位移变化,并以此来检验机床运动学建模的正确性,在VERICUT中位移的进给是按照绝对坐标系来定义的。

5 结束语

虚拟制造软件VERICUT在建模功能上将几何建模和运动学建模进行了有效的结合,面向多种类型数控机床实现快速便捷的建模与装配,在建模方式上除了提供基本几何体素之外还可以通过导入外部文件获得所需要的零部件模型。五轴加工中心的建模过程在实践上证明了VERICUT建模功能的强大和建模对象的广泛,能够为加工仿真、数控程序检验和路径优化提供正确的模型。

参考文献

[1]李云龙,曹岩.数控机床加工仿真系统VERICUT,西安交通大学出版社.2005

[2]CGTech公司.VERICUT User Manual.2001

[3]华茂发,唐健.数控机床加工工艺,北京:机械工业出版社,2004

VERICUT软件 篇5

关键词：虚拟现实,机床仿真,教学,编程

虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)是用计算机仿真的方式生成一种虚拟环境(Virtual Environment,简称VE),通过各种传感设备,将用户“投入”到该环境中,实现用户与该环境直接进行自然交互的技术,它具有沉浸-交互-构想(Immersion-Interaction-Imagination)3个基本特征。近年来,虚拟现实技术尤其是桌面虚拟现实技术在生产实践中得到了广泛的应用。基于虚拟现实技术的虚拟制造(Virtual Manufacturing)是实际制造在计算机上的本质体现,它是各种计算机辅助技术面向产品全生命周期的集成化综合运用。

随着科技的发展，产品需求的多样化进一步扩大，个性化需求得到迅速增强，能否以最低的成本、最好的质量以及最快的响应速度响应市场需求决定着企业的效益。这就要求企业采取措施提高产品设计成功率，缩短产品设计周期。而虚拟制造可以弥补传统设计分析工具的不足，可以帮助设计师和工艺师进行产品设计和制造;加工过程的可视化展示技术的应用可以提高设计的成功率，及时发现加工过程、装配过程中存在的问题，从而指导设计阶段的工作。虚拟制造所能起到的作用已被越来越多的企业所意识到，目前正得到越来越广泛的应用。

1 虚拟仿真常用的方法

在数控机床的教学中实际感受机床的功能对学生的直观学习有很大的好处，但是因为经济的原因使教学很难在需要的时候就能满足这种要求，因此虚拟仿真系统在教学中起着举足轻重的作用。虚拟仿真系统的开发可以有多种形式，目前用得比较多的主要有以下方式：

(1)主模块的开发选择VC++编辑器，实体图形模块采用AutoCAD，可以使用支持ObjectARX库函数来访问AutoCAD;

(2)软件使用VC++设计开发，使用交互式OpenGL技术实现机床三维显示，以及数控加工过程仿真;

(3)平台使用VC++和VRML虚拟现实语言建立实体模型;

(4)基于UG建立实体模块，采用Vericut进行数控仿真;

(5)由MasterCAM得到加工过程的数控G代码，采用Vericut仿真系统完成数控仿真。

前三种方式通过编程实现仿真灵活性较强，但是开发难度较大，编程工作量很大，第四种的UG方式主要被机械类专业人员使用，UG的功能强大，但被掌握的难度相应也比较大，而MasterCAM软件功能齐全，并且学习的难度不大，因此本文基于Vericut和Mastercam,建立了一个虚拟数控机床仿真系统，可以满足教学中数控的仿真过程，使学生能有身临其境的感觉，实现“在计算机上实现制造的本质内容[1]”。

2 Vericut和Mastercam的功能和特点

VEerictu是一款专为制造业设计的CNC数控机床加工仿真和优化软件，取代了传统的切削实验部件方式，Vericut通过模拟整个机床加工过程和校验加工程序的准确性，帮助清除编程错误和改进切削效率。

Vericut是全世界NC验证软体的领导者。使用Vericut可在产品实际加工之前，模拟NC加工过程，以检测刀具路径中可能存在的错误，并可用於验证G代码和CAM软体输出结果，Vericut可在UNIX、Windows NT/XP等系统下进行。本系统有三大主要功能：常规工作模拟/验证与分析、刀具路径最优化/工具机与控制器系统模拟。

Mastercam是由美国CNC Software NC公司推出的基于PC平台的CAD/CAM一体化软件。作为基于平台的CAD/CAM软件，由于对硬件的要求不高，可以在普通计算机上运行，且操作灵活，易学易用，效率高。它包括3个功能模块，分别是Design、Mill和Lathe，其中Design为CAD模块，Mill和Lathe为CAM模块。用户可以通过CAD模块进行几何图形的绘制，然后通过CAM模块编制刀具路径，通过后处理转换成NC程序，传送至数控机床中进行加工。

3 数控机床仿真模块的建立

3.1 建立机床结构模型

打开Vericut，在工具栏选择Component Tree，依次定义机床的各个组成部分，得到机床组件树如图1所示。

按机床的实际位置尺寸绘制各个组成部分的模型，以机床夹具模型为例，单击Fixture(0,0,0)组件，选择Model标签，设置Type=Block，输入模型的长、宽、高：Length(X)=400,Width(Y)=300,Height(Z)=40.8，单击“Add”按钮，单击Position，输入(-200-150 0)，单击“Apply”按钮。同样的方法添加机床其余组件，生成机床的几何模型如图2所示：

3.2 生成刀具文件

双击“Tools”按钮，进入Tool manager刀具定义界面。单击“add”—Tool—New—Mill，输入相应的数值生成一把10mm的球头铣刀;单击Add—Tool component—Holder，添加相应的刀柄，设置完成后保存刀具文件。

3.3 转换MasterCAM NCI数据

利用MasterCAM NCI转换器并遵循以下操作把NCI文件转换成比ASCII码低层次APT刀具路径文件。

(1)打开MasterCAM转换窗口：在Vericut中，单击“file”—“convert”—“mastercam”命令。

(2)输入或选择包含NCI数据的文件。

(3)输入或选择转换后的APT刀具路径文件。(4)输入刀具高度参数。

(5)输入圆弧误差。

(6)输入换刀抬刀高度。

(7)选择刀具的控制点。

(8)单击运行进行转换。

4 机床加工过程仿真

机床仿真可以逼真的显示刀具、夹具、机床的运行过程，其过程如下：

(1)打开机床模型，设置毛坯大小及形状;

(2)打开Configuration—Control—Open，设置Shortcut=CGTECH-LIBRARY，选择ge_2000mc.ctl控制文件;

(3)添加已经建立的刀具文件;

(4)单击Project—NC program—G-code Data，单击add按钮，选择MasterCam生成的刀轨文件，作为NC驱动程序;

(5)单击Reset按钮，再点击Play to End按钮，运行加工过程的仿真，结果如图3所示：

5 总结

作为仿真的一种方法，本文将Vericut和MasterCAM结合，实现了机床的仿真过程，该仿真易学易用，可以作为教学中对机床教学的一种补充形式。这样的仿真过程可以加深学生对机床操作的理解，在仿真后熟悉机床的功能和注意事项的基础上进一步对机床进行相应的操作，既可以弥补实体机床的不足，又可以在对实体机床的操作中避免一些不必要的损坏。

参考文献

[1]肖田元.虚拟制造研究进展与展望[J].系统仿真学报,2004,16(9):1879-1883.

[2]王栋.俞涛,虚拟数控机床仿真系统的研究与实现[J].机床与液压,2006,(9):33-36.

[3]魏娟,肖云娜.基于VERICUT数控机床仿真系统的建立与应用[J].机床与液压,2007,(11):141-142,145.

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VERICUT软件 篇6

本文设计的系统主要目的在于提高数控系统的模块化以及通用性,降低了复杂机床建模的难度,增强了NC代码的可修改性及其正确性,并减少了工件试切和可能发生碰撞所造成的成本与风险。

1 总体设计

通常数控加工过程主要包括对图样进行分析,确定需要数控加工的部分; 并利用图形软件对所需加工的部分进行几何造型; 根据加工条件,选择合适的加工参数,生成刀具轨迹,最终进行仿真检验,生成NC程序并传给机床。本文设计的数控系统软件结构,如图1所示。结合HC - 80 开发过程,本软件开发过程主要包括: 软件模块功能与设计,实现PC与PMAC通讯,用户界面的设计,自动编程模块的编码实现与调试,应用软件的集成、调试与运行等。数控系统软件设计分为上位机和下位机两部分,其中上位机掌控软件的整体布局,包括运行界面和人机交互等功能,下位机主要实现机床加工的伺服控制过程。其间通过动态链接库实现通讯,前者通过调用后者的程序完成控制功能。

2 数控系统软件设计

2. 1 主结构设计

软件平台系统的主体结构设计分布如图2 所示。从作用和需要负责的主要性能上可将主窗口区划分为主题栏区、公共菜单区、速度等显示区、视图菜单区和视图主界面区5 部分。

( 1) 主标题栏区。选择将要进行的操作,对于已选定的模块,标题栏会出现相应的高亮显示,还可根据当前加工进程观察各轴的运动情况; ( 2) 视图菜单区;( 3) 公共菜单区。视图菜单区将出现不同的按钮图标随着公共菜单区图标按钮选择的不同; ( 4) 视图主界面区。用户可根据视图主界面区的内容详细完整地了解各个模块的运行情况; ( 5) 位置速度显示区。用户可根据此区提供的信息了解各种正在加工的道具运行情况,包括进给量和主刀转速,同时用户还可根据上述信息实时调整加工进度,提高加工精度和效率。

2. 2 上位机PC与PMAC间的通讯

由于单片机成本低、集成度高、使用方便,已在自动化设备的运动控制中广泛应用,但受其性能限制,难以控制3 轴以上的设备; PLC工作可靠、控制的I/O点数多,但控制2 个电机进行插补运动困难,控制多轴设备时,运动控制器的成本较高。

PMAC其性价比高,尤其是软件功能强大,其的应用使自动化设备控制系统的性能大幅提高、研发周期明显缩短,在编写指标过程中,可能需要使用另一个指标特定的某些值,尤其是几个策略或指标均要用到这些值时,若按照一般写法,需每个策略或指标均重新编写。为节省空间,减少重复工作,金字塔提供了模块化编程,可将使用频率较高的某些特定值集中在一个公用的模块内,PMAC 2A - PC /104 运动控制卡的主要性能,其运动控制卡采用标准的嵌入式PC /104 计算机结构,尺寸小巧、系统扩展方便。其主板采用Motorola56300 系列DSP作为其CPU,主频为40 MHz。 有128 k B SRAM、512 k B闪存。可控制4 ~ 8 轴各类电机,如: 步进电机、交流伺服电机、直流伺服电机等。主板上有4 个电机接口和一个RS - 232 接口,其外观令4个电机需要接在电机接口扩展板ACC - 1P上,其是用104 总线插座和主板相连接,每个电机接口均提供1 个12 位的 ± 10 V模拟控制信号; 1 组脉冲和方向控制信号; 3 个PWM控制信号; 3 个编码器输入信号; 4 个输入2 个输出开关信号,用于限位、回零、使能控制,也可定义为通用I/O。具有先进的PID及前馈伺服控制算法,且带有陷波滤波器,能有效限制设备振动的问题。

PMAC运动控制卡具有类似与BASIC形式的PMAC编程语言,用该语言编程,可使控制卡独立工作,还提供了运动控制软件的动态连接库,使用户能方便的在VB、VC下编写自身的软件,控制PMAC运动控制卡,PMAC编程语言可执行数控机床的程序,其将G、M、T和D代码作为子程序来调用,使得软件编写格式和数控程序相同,用户易于接受。当程序中遇到G{ data} 时,其将调用运动程序10n0 中的第m × 1000 行命令,其中n是data的百位数,m是data的个位数和十位数。

2. 3 自动编程模块的实现

根据各关节的变量q1、q2、Z3值,用运动学方程( 1) 可计算出机器人末端点在工作站坐标系的位置。但若要进行机器人末端点的轨迹控制,必须进行运动学反解,即根据点P0( X0,Y0,Z0) 计算各关节的变量、q2、Z3值,反解算法较多,但由于两个旋转关节的关系简单,可直接用几何法进行运动学反解。用余弦公式的关系可得到,由于PMAC运动控制卡允许定义2 个直角坐标系: X、Y、Z和U、V、W以及3 个旋转坐标A、B、C,文中定义了3 个虚拟轴X、Y、Z,用G代码计算点胶轨迹,不断在内存中读取每步运动的坐标( M,N,Z0) ; 然后用运动学反解公式计算出相应的q1、q2、Z3,进而控制3个关节运动,实现SCARA机器人的轨迹控制。

对于多轴机器人和多轴自动化设备,其运动轨迹计算复杂,可充分利用PMAC编程语言具有的矩阵运算功能,在高速运动停止过程中会出现振动现象,根据Vericut软件获得加工参数的主要过程包括虚拟数控机床建模,毛坯和夹具建模,而刀具建模根据不同机床所使用的不同加工程序建立特定的主刀具库。设置系数参数,主要包括工件编程原点和道具补偿两个方面。流程图如图3 所示。

3 数控系统软件性能测试

首先将工件在UG模块中进行加工,根据在UG模块中获取的参数,包括刀具参数信息和主轴的运动过程,然后将刀具信息导入VS2005 的后开发处理模块,经转换后生成对应于实验机床能识别的数控程序代码段,最终通过对加工成型后工件尺寸进行测量,修正部分参数来实现加工过程误差量的最小化,根据最终的测量数据评判所设计的数控软件功能的正确性。移植UG的刀具信息而最终获得工件加工过程,如图4 所示,通过实际应用发现,该数控系统软件实现的加工是准确且稳定可靠的,同时节省了人力物力,降低了加工成本,提高了工作效率。

4 结束语

开放式软件平台具有良好的开放性和互操作性、可互换性、可移植性、友好的人机界面以及良好的系统柔性和性价比高等特点。本文设计并开发的基于Vericut的数控系统的目的是为用户提供一个开放式的软件平台,通过系统软件的标准化后可使大量用户通过该平台上规定的设计步骤简化系统设计过程和刀具走刀过程的基本模块及流程,实现硬件和软件结构的自主控制,且允许与任何第三方的技术或产品进行集成。本文通过Vericut软件获取零件加工过程的NC文件,在VS2005 平台上根据NC文件实现了自动编程的目的。加工后,得到的结果与通过UG软件得到的工件造型基本相同,证明VS2005 开发的自动编程模块的正确性,其可代替UG处理过程复杂的加工器件和过程,获取能被当前机床识别的NC代码,本文所设计的开放式数控软件控制系统可用于实际加工。

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