基于VERICUT的多轴参数编程加工仿真

□ 杨国祥

中航工业雷达与电子设备研究院 江苏苏州 215011

随着数控技术的快速发展，多轴加工已占据越来越重要的位置，但由于多轴加工零件形状结构复杂及加工环境的复杂性，以及多轴加工机床昂贵的价格因素，对加工程序的准确性和安全性要求更高，尤其对需要手动参数编程更是难上加难。笔者通过对多轴参数编程和VERICUT软件仿真加工方法，很好地解决了多轴加工零件编程和加工安全等问题，效果良好。

1 基于手动的多轴数控程序编制

数控参数编程就是一般意义上讲的宏程序，是用变量的方式进行数控编程的方法。目前国内常用的宏程序的变量方式大约分 3种：FUNAC系统的“#”、SEIMENS系统的“R”和 HEIDENHAIN 系统的“Q”参数。本文介绍的实例是运用FUNAC系统。如图1所示，利用带第四轴的加工中心在直径100 mm的圆上铣削椭圆槽，椭圆长半轴为 30 mm,短半轴为 20 mm，材料为6061铝合金，椭圆槽宽12 mm，深度5 mm。结合实际情况选用美国HASS带第四旋转轴(A轴)加工中心，具体工艺顺序：1）普通车床车削φ100 mm×150 mm（留50 mm工艺夹持柄）；2）加工中心铣削椭圆槽（采用φ12 mm键槽铣刀）；3）普车车去工艺柄。

▲图1 零件图

四轴椭圆加工宏程序如下：

T12M06

G54G90G0X30Y0A0S5000M03

G43H12Z100M08

Z60

G1Z45F100

#1=0

N10

#2=30*COS［#1］

#3=20*SIN［#1］

#4=［180*#3］/［50*3.14］

G1X［#2］A［#4］F300

#1=#1+1

IF［#1LE360］GOTO10

G90G0Z100M09

M05

M30

2 基于VERICUT7.0.1软件虚拟数控机床的构建

VERICUT软件是美国CGTech公司开发的专用数控加工仿真软件，可以同时进行刀具轨迹和机床仿真。它替代了传统的机床试切方式，通过建立模拟机床、刀具和毛坯，实现仿真切削，最终达到校验加工程序的准确性。它既能准确地找到程序错误，又能合理优化程序，避免零件报废、损坏刀具及机床碰撞等。

2.1 虚拟数控机床构造与数控系统

在VERICUT7.0.1软件中提供了很多种类的虚拟机床库，可以根据实际加工设备建立与之一模一样的虚拟机床，本文介绍软件自带虚拟机床库。具体操作如下：运行VERICUT，选择菜单命令“配置”→“机床”弹出对话框，在工作目录中选择机床库建立所需要的机床，如图2所示，笔者选择与之接近的hass_vf2四轴加工中心。

数控系统是指能按照零件加工程序的数值信息指令进行控制，使机床完成工作运动并加工零件的一种控制系统。VERICUT7.0.1软件中提供了很多种类的数控系统。方法如下：选择菜单命令“配置”→“控制”弹出对话框，在控制文件库选择所需要的控制文件。需要注意的是fan0m.ctl指铣床控制文件，fan0t.ctl指车床控制文件。

2.2 虚拟毛坯及坐标系的建立

2.2.1 毛坯定义

运行VERICUT，在项目树中单击显示机床组件，单击stock,弹出“配置组件”对话框。添加组件类型为“毛坯”，添加模型为“圆柱形”，高150mm，半径 50mm。 利用“移动”、“旋转”、“组合”等命令，将毛坯安装在第四选择轴上，如图3所示。

▲图2 构建机床

2.2.2 坐标系的设定

VERICUT中加工坐标系与实际机床加工坐标系一样，主要是确定以加工原点为基准所建立的坐标系，泛指零件被装夹好后，相应的编程原点在机床坐标系中的位置。首先选择菜单命令“分析”→“测量”，依次选择“坐标原点”到“工作模型原点”，将获得X、Y、Z 3个方向的偏移值。其次，在VERICUT项目树中，配置坐标系统 Csys1中移动从“0，0，0”到3个方向偏移值即可。最后，再一次移动“-60，0，0”就到零件的编程零点。对于程序中G54代码在软件中的设置，在项目树中单击“G代码偏置”选项，在“配置G代码偏置”选项中，将偏置名改为“工作偏置”，寄存器设置为“54”，子系统名和子寄存器都设为“1”，最后在“配置工作偏置”选项中， 对于特征设为从 “组件”、“tool” 到 “坐标原点”、“Csys 1”，具体如图 4 所示。

▲图3 构建毛坯

▲图4 配置加工坐标系

2.3 刀具库的构建

在VERICUT中利用刀具管理模块，可建立适合自己加工工件的刀具库。在项目树中双击“加工刀具”，弹出“刀具管理器”对话框，选取菜单命令“添加”→“铣刀向导”，弹出对话框设置刀柄和刀片两部分。刀柄的形状也可以事先用Ug、Pro/E等软件建模，并将其转换成STL格式。刀片在VERICUT中设置，选择相对应的刀片型号，输入刀片尺寸即可，应注意刀具号应与程序中保持一致。

3 零件加工调试与仿真

3.1 多轴宏程序调试

▲图5 载入仿真程序

息状态的对话框，如图5所示。

单击仿真按钮中的单步运行，可以清楚地看到程序中走到哪一段和对应程序的坐标状态。一旦出现报警和错误时，很快就可以找到当前的程序段，及时进行修改，大大提高了调试程序的速度与准确性。需要说明的是，机床原点、工件原点、程序零点必须正确设置，工件原点与程序零点必须一致。仿真过程中，按step方式

对于一般自动编程的数控程序，各种软件自带仿真、模拟，如 UG、CATIA、Master-Cam、Pro/E、等。 在仿真图形中可以清晰地看到在正式切削之前的过切、干涉与碰撞。对于手动编程特别是多轴参数编程，仿真切削显得尤为重要，VERICUT作为专业的仿真软件给予了很好的平台。

在VERICUT中设置好系统以后，开始进行多轴宏程序调试。在项目树中双击“数控程序”，添加所需要的程序文件，然后选择菜单命令“信息”→“数控程序”，当前需要仿真的数控程序就打开了，此外再选择菜单命令“信息”→“状态”，就会出现关于机床一些基本信进行，每进行一步查看状态栏中宏程序执行到的位置，通过监测变量值的变化来调试程序。

3.2 零件仿真

仿真结果如图6所示。

▲图6 仿真结果

3.3 零件测量与比较

程序仿真切削的目的就是为了检测程序的准确性，避免在正式机床加工引起的材料报废。因此，零件的测量就显得至关重要，在VERICUT 软件中提供了一些测量方法，如图7所示。具体操作如下：首先选择菜单命令 “分析”→“测量”，弹出测量对话框，点击测量“距离/角度”选择方式有很多，这里选择“坐标原点”到“平面”，可以测得内椭圆长半轴的数值，再选择“点”到“平面”，可以测得椭圆深度的数值。

▲图7 测量方法

4 结束语

多轴参数编程、调试、仿真以及加工工艺等多方面知识在生产实践中具有很强的经济性和实用性，也有很好的应用前景。这种基于完整的数控加工系统环境进行多轴联动椭圆加工仿真，比一般的CAD/CAM软件单纯的刀位文件仿真更真实，更接近实际加工情况。有效地解决了实际加工过程中的过切、欠切，以及刀具、工件与机床部件和夹具的碰撞问题，降低了生产成本，提高了生产效率。

［1］ 李云龙，曹岩.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］ 王亚平.基于VERICUT的数控加工仿真及优化［J］.组合机床与自动化加工技术，2004(3).

［3］ 何帅经.基于VERICUT的宏程序调试［J］.CAD/CAM与制造信息化，2007(8).