數(shù)控車削加工教學(xué)實驗仿真-教學(xué)仿真系統(tǒng)設(shè)計說明書

1、.wd.wd.wd.數(shù)控車削加工教學(xué)實驗仿真教學(xué)仿真系統(tǒng)設(shè)計摘 要基于VERICUT的建模技術(shù)，分析虛擬機床的整個建模過程。以數(shù)控車削機床作為實例，應(yīng)用了Pro/e軟件的三維實體建模和典型零件的圖形編程，在VERICUT平臺上實現(xiàn)數(shù)控車削模擬仿真加工。本文提出的數(shù)控車削加工教學(xué)實驗仿真，對數(shù)控加工仿真的假設(shè)干關(guān)鍵技術(shù)進展了研究，以此為根基建設(shè)了數(shù)控加工仿真系統(tǒng)并應(yīng)用到教學(xué)中。學(xué)生利用此系統(tǒng)可以在計算機上模擬加工環(huán)境和數(shù)控加工的過程，校驗整個機床加工過程和加工程序的準確性，來幫助學(xué)生去除編程錯誤和優(yōu)化切削參數(shù)，從而提高加工效率。關(guān)鍵詞： VERICUT ，Pro/e，數(shù)控加工仿真CNCTURNI

2、NG SIMULATION TEACHING TEACHING SIMULATION SYDTEM DEISIGNABSTRACTBased onVERICUTs modeling techniques，analysis of the entire virtual machine modeling process. CNC turning machine to as an example，application of the Pro/e software， the typical three-dimensional solid modeling and graphical programmin

3、g components， VERICUT platform in NC machining simulation turning.In this paper， the teaching of CNC Turning Simulation， NC Machining Simulation of a number of key technologies have been studied， As a basis for the establishment of the NC machining simulation system and applied to teaching.Students

4、use this system can be simulated on the computer processing environment and the CNC machining process，Check the entire machining process and the accuracy of processing， To help students to clear the programming errors and optimize the cutting parameters， Thereby enhancing the processing efficiency.K

5、EYWORDS: VERICUT ，Pro/e， CNC Machining Simulation目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc231793949摘要 PAGEREF _Toc231793949 h IHYPERLINK l _Toc231793950ABSTRACT PAGEREF _Toc231793950 h IIHYPERLINK l _Toc231793952第一章緒論 PAGEREF _Toc231793952 h 1HYPERLINK l _Toc2317939531.1 數(shù)控機床的產(chǎn)生與開展1 PAGEREF _Toc231793953

6、h 1HYPERLINK l _Toc2317939541.2 計算機仿真技術(shù) PAGEREF _Toc231793954 h 1HYPERLINK l _Toc2317939551.3 數(shù)控仿真技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc231793955 h 2HYPERLINK l _Toc2317939561.4 數(shù)控仿真系統(tǒng)開展趨勢8 PAGEREF _Toc231793956 h 3HYPERLINK l _Toc2317939571.5本課題的研究內(nèi)容及方法 PAGEREF _Toc231793957 h 4HYPERLINK l _Toc231793958第二章數(shù)控車床選擇及

7、其建模 PAGEREF _Toc231793958 h 5HYPERLINK l _Toc2317939592.1 選擇數(shù)控車床 PAGEREF _Toc231793959 h 5HYPERLINK l _Toc2317939602 .2 選用三維建模軟件 PAGEREF _Toc231793960 h 6HYPERLINK l _Toc2317939612.2.1 典型三維建模軟件簡介 PAGEREF _Toc231793961 h 6HYPERLINK l _Toc2317939622.1.2采用Pro/e對數(shù)控車床建模 PAGEREF _Toc231793962 h 7HYPERLINK

8、 l _Toc231793963第三章 VERICUT仿真軟件與其它仿真軟件的比較 PAGEREF _Toc231793963 h 8HYPERLINK l _Toc2317939643.1 VERICUT軟件在加工仿真方面的特點 PAGEREF _Toc231793964 h 8HYPERLINK l _Toc2317939653.1.1功能 PAGEREF _Toc231793965 h 8HYPERLINK l _Toc2317939663.1.2在數(shù)控機床加工過程的應(yīng)用 PAGEREF _Toc231793966 h 8HYPERLINK l _Toc2317939673.2其它數(shù)控仿

9、真軟件的特點 PAGEREF _Toc231793967 h 10HYPERLINK l _Toc231793968第四章在VERICUT中的切削仿真 PAGEREF _Toc231793968 h 11HYPERLINK l _Toc2317939694.1創(chuàng)立一個車削工程 PAGEREF _Toc231793969 h 11HYPERLINK l _Toc2317939704.1.1加載車床整體模型 PAGEREF _Toc231793970 h 11HYPERLINK l _Toc2317939714.1.2加載車床控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc231793971 h 23HYPER

10、LINK l _Toc2317939724.1.3創(chuàng)立車刀 PAGEREF _Toc231793972 h 24HYPERLINK l _Toc2317939734.1.4添加毛坯 PAGEREF _Toc231793973 h 26HYPERLINK l _Toc2317939744.1.5選擇加工程序 PAGEREF _Toc231793974 h 27HYPERLINK l _Toc2317939754.1.6添加一個刀具庫 PAGEREF _Toc231793975 h 27HYPERLINK l _Toc2317939764.1.7為加工程序零點創(chuàng)立一個坐標系 PAGEREF _To

11、c231793976 h 28HYPERLINK l _Toc2317939774.2 VERICUT切削仿真 PAGEREF _Toc231793977 h 28HYPERLINK l _Toc2317939784.2.1 圓柱毛坯在VERICUT車削仿真 PAGEREF _Toc231793978 h 28HYPERLINK l _Toc2317939794.2.2發(fā)現(xiàn)并檢查錯誤 PAGEREF _Toc231793979 h 30HYPERLINK l _Toc231793980第五章 VERICUT仿真軟件在教學(xué)上的應(yīng)用 PAGEREF _Toc231793980 h 33HYPERL

12、INK l _Toc23179398151 VERICUT仿真軟件在教學(xué)上的應(yīng)用 PAGEREF _Toc231793981 h 33HYPERLINK l _Toc2317939825.1.1在VERICUT中圖形界面的構(gòu)建 PAGEREF _Toc231793982 h 33HYPERLINK l _Toc2317939835.1.2干預(yù)分析 PAGEREF _Toc231793983 h 34HYPERLINK l _Toc2317939845.1.3 優(yōu)化刀具軌跡控制 PAGEREF _Toc231793984 h 35HYPERLINK l _Toc231793985第六章結(jié)論 PA

13、GEREF _Toc231793985 h 36HYPERLINK l _Toc231793986參考文獻 PAGEREF _Toc231793986 h 37HYPERLINK l _Toc231793987附錄1 局部數(shù)控程序 PAGEREF _Toc231793987 h 39HYPERLINK l _Toc231794062附錄2 三維建模圖 PAGEREF _Toc231794062 h 43HYPERLINK l _Toc231794063致謝 PAGEREF _Toc231794063 h 45第一章 緒論1.1 數(shù)控機床的產(chǎn)生與開展1微電子技術(shù)，自動信息處理，數(shù)據(jù)處理以及電子計

14、算機的開展，給自動化帶來了新的概念，推動了機械制造自動化的開展。采用數(shù)字控制技術(shù)進展機械加工的思想，最早在20世紀40年代提出的，當時美國的一個小型飛機工業(yè)承包商帕森公司在麻省理工學(xué)院伺服機構(gòu)試驗室的協(xié)助下，經(jīng)過三年時間的研究，于1952年試制成功世界第一臺數(shù)控機床試驗性樣機。這是一臺采用脈沖乘法器原理的直線插補三坐標連續(xù)控制銑床，這便是數(shù)控機床的第一代。在早先的數(shù)控機床都采用專用控制計算機的硬邏輯數(shù)控系統(tǒng)，裝有這類數(shù)控系統(tǒng)的機床為普通數(shù)控機床(簡稱NC機床)。隨著計算機技術(shù)的開展，小型計算機的價格急劇下降。小型計算機開場取代專用數(shù)控計算機，數(shù)控的許多功能由軟件程序?qū)崿F(xiàn)。這樣的數(shù)控系統(tǒng)稱為計算

15、機數(shù)控系統(tǒng)(簡稱CNC)。近20年來，微處理機數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機床得到了飛速開展和廣泛應(yīng)用。1.2 計算機仿真技術(shù)隨著社會的開展和技術(shù)的進步，當今制造業(yè)正朝著自動化、柔性化、集成化和智能化的方向開展，由此誕生了許多先進制造技術(shù)和先進制造模式。虛擬制造(VM：virtual manufacturing)是利用信息技術(shù)、仿真技術(shù)、計算機技術(shù)等對真實產(chǎn)品的制造進展動態(tài)模擬，使產(chǎn)品的生產(chǎn)過程、工藝方案、調(diào)度方案、后勤供應(yīng)以及財會、采購和管理等一種集成的、綜合的制造環(huán)境，在真實產(chǎn)品的制造活動之前，就能預(yù)測產(chǎn)品的功能以及制造系統(tǒng)狀態(tài)，從而可以做出前瞻性的決策和優(yōu)化實施方案2。虛擬制造是應(yīng)市場競爭需求，在強調(diào)

16、柔性和快速的前提下，由美國在80年代后期提出并得到迅速開展的一個新思想。虛擬制造技術(shù)涉及面很廣，諸如環(huán)境構(gòu)成技術(shù)、過程特征抽取、元模型、集成根基構(gòu)造的體系構(gòu)造、制造特征數(shù)據(jù)集成、多學(xué)科交駐功能、決策支持工具、接口技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、建模與仿真技術(shù)等。仿真技術(shù)是虛擬制造的核心技術(shù)之一，是應(yīng)用計算機對復(fù)雜的現(xiàn)實系統(tǒng)經(jīng)過抽象和簡化形成系統(tǒng)模型，然后在分析的根基上運行此模型，從而得到系統(tǒng)一系列的統(tǒng)計性能。由于仿真是以系統(tǒng)模型為對象的研究方法，而不干擾實際生產(chǎn)系統(tǒng)，同時仿真可以利用計算機的快速運算能力，用很短時間模擬實際生產(chǎn)中需要很長時間的生產(chǎn)周期，因此可以縮短決策時間，防止資金、人力和時間的浪費。計算

17、機還可以重復(fù)仿真，優(yōu)化實施方案。目前仿真技術(shù)應(yīng)用的范圍很廣，如醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、生物領(lǐng)域、機械制造等領(lǐng)域，都得到了相當廣泛的研究、開發(fā)和應(yīng)用。在機械制造領(lǐng)域，可以虛擬零件的加工過程，來檢驗零件設(shè)計的合理性和經(jīng)濟性，可以建設(shè)零件和產(chǎn)品的虛擬樣機，來檢驗整個產(chǎn)品設(shè)計的可視化模型。仿真的 基本步驟為：研究系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)建設(shè)系統(tǒng)模型確定仿真算法建設(shè)仿真模型運行仿真模型輸出結(jié)果并分析3。數(shù)控加工仿真是先進機械制造技術(shù)的重要組成局部。數(shù)控加工仿真涉及到計算機圖形學(xué)、數(shù)據(jù)庫、機械加工、數(shù)學(xué)、力學(xué)、材料學(xué)等學(xué)科，是CADCAM到機床實際加工的驗證關(guān)口。通過計算機模擬加工過程，從而防止實物試切；找出加工過程的缺陷，以便設(shè)

18、計人員優(yōu)化零件的設(shè)計，從而縮短零件合理設(shè)計的時間，提高零件設(shè)計成品的效率。數(shù)控加工仿真技術(shù)為驗證數(shù)控程序的可靠性及預(yù)測切削過程提供強有力的工具，目前正朝著模型的準確化，仿真計算實時性和圖形顯示的真實感方向開展。1.3 數(shù)控仿真技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國外在數(shù)控加工過程仿真方面作了許多工作4-6，美Maryland大學(xué)開發(fā)了用于培訓(xùn)數(shù)控操作人員的虛擬數(shù)控機床仿真器。作為該方案的一局部，美國NIST也開展了虛擬機床的研究。美國Houston大學(xué)研制了一個NC車床仿真器，可建設(shè)出二維車床模型，模擬車床操作，用于培訓(xùn)學(xué)生NC車削加工編程技術(shù)。韓國TurboTEK公司開發(fā)出面向培訓(xùn)的虛擬數(shù)控銑削加工環(huán)境，能

19、夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)控加工的幾何仿真并配有聲音信息，并進展干預(yù)、碰撞檢查。意大利Bologna大學(xué)用B樣條曲面建設(shè)端銑刀與工作臺模型，采用真實感圖形顯示銑床精加工過程7。日本SONY公司研制的FREDAM系統(tǒng)可對球頭銑刀加工自由曲面進展三維仿真，重點顯示三維刀具軌跡與零件模型。由于數(shù)控加工在機械制造業(yè)中發(fā)揮著日益重要的作用，因此以其為背景出現(xiàn)了一批優(yōu)秀的應(yīng)用軟件，這些軟件基于已被生產(chǎn)實踐檢驗的實體造型核心系統(tǒng)(如Parasolid)，具有先進的管理根基、強大的工程背景、完善的操作功能和專業(yè)化的技術(shù)服務(wù)，能夠顯著地提高制造業(yè)的整體經(jīng)濟效益，因此很快便贏得了廣闊CADCAM用戶的青睞。國內(nèi)在這方面的研究工作始

20、于20世紀80年代末，現(xiàn)在有了很大的進步。如華中理工大學(xué)和清華大學(xué)合作研制的加工過程仿真器MPS，由哈爾濱工業(yè)大學(xué)在國防科工委“八五科研工程柔性制造系統(tǒng)FMS關(guān)鍵技術(shù)研究方案支持下開發(fā)的數(shù)控加工過程三維動態(tài)圖形仿真器NCMPS，大連理工大學(xué)開發(fā)的CSmIU仿真系統(tǒng)，以及合肥工業(yè)大學(xué)開發(fā)的NCGAPT4系統(tǒng)等。但以上所開發(fā)的系統(tǒng)精度檢驗的能力較低，且皆以工作站為硬件根基。這種功能上的局限性和運行軟件所需要的昂貴硬件投資限制了軟件系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。為此，哈爾濱工業(yè)大學(xué)劉華明教授開發(fā)了一套基于微機的復(fù)雜曲面數(shù)控加工仿真驗證軟件包，該系統(tǒng)是在自己獨有的復(fù)雜曲面離散技術(shù)的根基上構(gòu)建的。這種技術(shù)極大地降低了

21、仿真驗證系統(tǒng)對硬件的要求，即使在NC程序驗證過程中，用戶也可以隨意選擇任意角度觀察加工過程，使加工精度驗證能夠以一種更加簡單的方法得以實現(xiàn)。另外該系統(tǒng)的開發(fā)是以COM技術(shù)為根基的，系統(tǒng)的各項功能皆以組件(COMPONENT)的形式存在，使系統(tǒng)更便于維護和升級換代。1.4 數(shù)控仿真系統(tǒng)開展趨勢8數(shù)控仿真提供了一種快速驗證數(shù)控程序的方法，是CAD /CAM 的一項重要技術(shù)之一，現(xiàn)在國內(nèi)外絕大多數(shù)已開發(fā)研制出的數(shù)控仿真系統(tǒng)都是幾何仿真系統(tǒng)。在現(xiàn)代加工生產(chǎn)中，為提高生產(chǎn)效率，獲得較高的加工精度，決定性的一步是，在加工之前能夠給出加工參數(shù)的合理評判及對產(chǎn)品質(zhì)量的合理預(yù)測。如果我們能夠建設(shè)起一個基于產(chǎn)品質(zhì)

22、量預(yù)測與分析的數(shù)控仿真系統(tǒng)，一方面它既可以對工件及刀具作出準確的幾何描述，對數(shù)控程序進展驗證；另一方面又可以對加工過程中任意時刻的幾何信息進展提取(如切屑厚度，切屑幾何形狀，刀刃與工件嚙合局部) ，根據(jù)數(shù)控加工過程的動力學(xué)模型，對影響加工質(zhì)量的因素進展科學(xué)的預(yù)測，來獲得優(yōu)化的加工過程參數(shù)(如適宜的刀具，進給率等) 。通過建設(shè)一個這樣的仿真系統(tǒng)，在實際加工之前不僅可以獲得優(yōu)化的切削加工參數(shù)，防止了傳統(tǒng)的加工參數(shù)依照手冊或經(jīng)歷的保守選擇，充分發(fā)揮了機床的潛能，大大提高了生產(chǎn)效率，而且可以對加工產(chǎn)品的精度進展預(yù)測，給出滿足加工要求的誤差補償方法，設(shè)計出合理的切削工藝方案。只有這樣，數(shù)控仿真系統(tǒng)才會發(fā)

23、揮更大的作用，才能成為完善的、真正意義上的仿真系統(tǒng)。1.5本課題的研究內(nèi)容及方法基于VERICUT的建模技術(shù)9，分析虛擬機床的整個建模過程。以數(shù)控車削機床作為實例，應(yīng)用了Pro/e軟件10的三維實體建模和典型零件的圖形編程，在VERICUT平臺上實現(xiàn)數(shù)控車削模擬仿真加工。本文提出的數(shù)控車削加工教學(xué)實驗仿真，對數(shù)控加工仿真的假設(shè)干關(guān)鍵技術(shù)進展了研究，以此為根基建設(shè)了數(shù)控加工仿真系統(tǒng)并應(yīng)用到教學(xué)中。學(xué)生利用此系統(tǒng)可以在計算機上模擬加工環(huán)境和數(shù)控加工的過程，校驗整個機床加工過程和加工程序的準確性，來幫助學(xué)生去除編程錯誤和優(yōu)化切削參數(shù)，從而提高加工效率。第二章 數(shù)控車床選擇及其建模2.1 選擇數(shù)控車床

24、本文選用浙江凱達機床生產(chǎn)的CK6125S普通四刀位數(shù)控車床，運用Pro/e三維建模技術(shù)對數(shù)控車床進展1：1的測繪。凱達CK6125S的參數(shù)見圖2-1。圖2-1車床規(guī)格參數(shù)表2 .2 選用三維建模軟件2.2.1 典型三維建模軟件簡介下面來簡單介紹下目前社會上最流行的幾款建模軟件1SolidWorks Solidworks是生信國際推出的基于windows的機械設(shè)計軟件。生信公司是一家專業(yè)化信息高速技術(shù)服務(wù)公司，在信息和技術(shù)方面一直保持與國際cad/cae/cam/pdm市場同步。該公司提倡的“基于windows的cad/cae/cam/pdm11桌面集成系統(tǒng)是以windows為平臺，以Solid

25、works為核心的各種應(yīng)用的集成，包括構(gòu)造分析、運動分析、工程數(shù)據(jù)管理和數(shù)控加工等12，為中國企業(yè)提供了夢寐以求的解決方案。Solidworks是微機版參數(shù)化特征造型軟件的新秀13，該軟件旨在以工作站版的相應(yīng)軟件價格的1/41/5向廣闊機械設(shè)計人員提供用戶界面更友好，運行環(huán)境更群眾化的實體造型實用功能。Solidworks是基于windows平臺的全參數(shù)化特征造型軟件，它可以十分方便地實現(xiàn)復(fù)雜的三維零件實體造型、復(fù)雜裝配和生成工程圖。圖形界面友好，用戶上手快。該軟件可以應(yīng)用于以規(guī)那么幾何形體為主的機械產(chǎn)品設(shè)計及生產(chǎn)準備工作中，其價位適中。2UniGraphics(UG)UG是Unigraphi

26、cssolutions公司的拳頭產(chǎn)品。該公司首次突破傳統(tǒng)CAD/CAM模式，為用戶提供一個全面的產(chǎn)品建模系統(tǒng)。在UG中，優(yōu)越的參數(shù)化和變量化技術(shù)與傳統(tǒng)的實體、線框和外表功能結(jié)合在一起，這一結(jié)合被實踐證明是強有力的，并被大多數(shù)cad/cam軟件廠商所采用。UG最早應(yīng)用于美國麥道飛機公司。它是從二維繪圖、數(shù)控加工編程、曲面造型等功能開展起來的軟件。90年代初，美國通用汽車公司選中ug作為全公司的CAD/CAE/CAM/CIM主導(dǎo)系統(tǒng)，這進一步推動了UG的開展。1997年10月Unigraphicssolutions公司與Intergraph公司簽約，合并了后者的機械CAD產(chǎn)品，將微機版的Solid

27、edge軟件統(tǒng)一到parasolid平臺上。由此形成了一個從低端到高端，兼有unix工作站版和windowsnt微機版14的較完善的企業(yè)級CAD/CAM/CAE/PDM集成系統(tǒng)。3Pro/Engineerpro/engineer系統(tǒng)是美國參數(shù)技術(shù)公司(parametrictechnologycorporation，簡稱ptc)的產(chǎn)品。ptc公司提出的單一數(shù)據(jù)庫、參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)的概念改變了機械cad/cae/cam的傳統(tǒng)觀念，這種全新的概念已成為當今世界機械cad/cae/cam領(lǐng)域的新標準。利用該概念開發(fā)出來的第三代機械cad/cae/cam產(chǎn)品pro/engineer軟件能將設(shè)計至

28、生產(chǎn)全過程集成到一起，讓所有的用戶能夠同時進展同一產(chǎn)品的設(shè)計制造工作，即實現(xiàn)所謂的并行工程。pro/engineer系統(tǒng)主要功能如下:(1)真正的全相關(guān)性，任何地方的修改都會自動反映到所有相關(guān)地方。(2)具有真正管理并發(fā)進程、實現(xiàn)并行工程的能力。(3)具有強大的裝配功能，能夠始終保持設(shè)計者的設(shè)計意圖。(4)容易使用，可以極大地提高設(shè)計效率。pro/engineer系統(tǒng)用戶界面簡潔，概念清晰，符合工程人員的設(shè)計思想與習(xí)慣。整個系統(tǒng)建設(shè)在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫上，具有完整而統(tǒng)一的模型。pro/engineer建設(shè)在工作站上，系統(tǒng)獨立于硬件，便于移植。2.1.2采用Pro/e對數(shù)控車床建模這些三維軟件的建模技

29、術(shù)都是非常好用的，鑒于作者對Pro/e了解更多，故數(shù)控車床的建模均采用此軟件。 HYPERLINK l _Toc138326956 第三章VERICUT仿真軟件與其它仿真軟件的比較3.1VERICUT軟件在加工仿真方面的特點VERICUT最大特點是可仿真各種CNC系統(tǒng)，既能仿真刀位文件，又能仿真CAD/CAM后置處理的NC程序15，其整個仿真過程包含程序驗證、分析、機床仿真、優(yōu)化和模型輸出等 。 HYPERLINK l _Toc138326925 3.1.1功能VERICUT軟件是美國CGTECH公司16開發(fā)的數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，由NC程序驗證模塊、機床運動仿真模塊、優(yōu)化路徑模塊、多軸模塊、高級

30、機床特征模塊、實體比較模塊和CAD/CAM接口等模塊組成，可仿真數(shù)控車床、銑床、加工中心、線切割機床和多軸機床等多種加工設(shè)備的數(shù)控加工過程，也能進展NC程序優(yōu)化，縮短加工時問、延長刀具壽命、改進外表質(zhì)量，檢查過切、欠切，防止機床碰撞、超行程等錯誤；具有真實的三維實體顯示效果，可以對切削模型進展尺寸測量，并能保存切削模型供檢驗、后續(xù)工序切削加工；具有CAD/CAM接口，能實現(xiàn)與UG. CATIA及MasterCAM等軟件的嵌套運行。VERICUT軟件目前已廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、模具制造等行業(yè)，其最大特點是可仿真各種CNC系統(tǒng)，既能仿真刀位文件，又能仿真CAD/CAM后置處理17的NC程序，其

31、整個仿真過程包含程序驗證、分析、機床仿真、優(yōu)化和模型輸出等。 HYPERLINK l _Toc138326926 3.1.2在數(shù)控機床加工過程的應(yīng)用VERICUT是一款專為制造業(yè)設(shè)計的CNC數(shù)控機床加工仿真和優(yōu)化軟件。取代了傳統(tǒng)的切削實驗部件方式，VERICUT通過模擬整個機床加工過程和校驗加工程序的準確性 ，來幫助您去除編程錯誤和改進切削效率。VERICUT模塊介紹： * Verification 仿真、驗證和分析三軸銑削、鉆削、車削、車銑復(fù)合和線切割刀路 * Machine Simulation 建設(shè)并仿真CNC機床及各種控制系統(tǒng)，檢驗機床乾涉與碰撞 * OptiPath 通過修改切削速度

32、，優(yōu)化刀路，實現(xiàn)高效切削 * Model Export 將仿真后的模型以IGES或STL格式輸出 * Multi-Axis 仿真與驗證四軸與五軸銑削、鉆削、車削和車銑復(fù)合加工 * Advanced Machine Features 增強VERICUT仿真高級加工功能的能力 * Machine Developers Kit 增強VERICUT仿真復(fù)雜機床的功能 * CNC Machine Probing 模擬機床探測頭操作，減少潛在錯誤，節(jié)省購置探測設(shè)備的成本 * Inspection Sequence 快速準確地為用戶提供零件加工過程中的各部位尺寸，并以PDG、TXT或HTML的格式輸出，供各

33、個部門引用 * EDM Die Sinking 模擬驗證電火花加工，支持多電極加工 * AUTO-DIFF 通過比較設(shè)計模型與VERICUT輸出模型，進展過切檢查 * Cutter/Grinder Verification 驗證多軸磨削 * Cutter/Grinder Machine Simulation 模擬多軸磨削，檢驗機床碰撞 * CAD/CAM Interfaces CAD/CAM軟件與VERICUT的接口 * Mold & Die 模具行業(yè)專用模塊18。該模塊集中了模具行業(yè)常用的VERICUT功能(三軸加工、線切割、電火花加工、Auto-diff功能、優(yōu)化功能)，節(jié)約用戶在軟件上的

34、投資。3.2其它數(shù)控仿真軟件的特點代表性的產(chǎn)品有宇航，宇龍，斯沃等數(shù)控仿真系統(tǒng)19，一些數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)商也可能推出自己的仿真軟件。這些數(shù)控仿真系統(tǒng)就是模擬真實數(shù)控機床的操作，學(xué)習(xí)數(shù)控技術(shù)、演示講解數(shù)控操作編程、工程技術(shù)人員檢驗數(shù)控數(shù)序防止碰刀提高效益的工具軟件。通過在PC機上操作該軟件，能在很短時間內(nèi)掌握各種系統(tǒng)數(shù)控車、數(shù)控銑及加工中心的操作。軟件本身操作簡明，不學(xué)即會，無須使用者浪費精力去學(xué)軟件本身；使用軟件時只須結(jié)合各廠家的機床操作說明書和機床編程說明書使用。數(shù)控車有G71、G72、G73等指令的模擬20。但是對一些復(fù)雜指令往往不能操作，比方宏程序等，適用比較簡單的教學(xué)零件加工仿真。 HYP

35、ERLINK l _Toc138326956 第四章 在VERICUT中的切削仿真本章采用軟件是VERICUT 6.1.2版本，單位采用mm制，目錄設(shè)置在的D:/2Xche，接下來所提到的文件都在該目錄里(本章涉及的.stl均由Pro/e建模保存副本后的文件)4.1創(chuàng)立一個車削工程 HYPERLINK l _Toc138326925 4.1.1加載車床整體模型開場一個新的工程文件。運行VERICUT應(yīng)用程序。選擇File New Project millimeter菜單命令。選擇工具條上按鈕設(shè)定你的工作路徑。在工具條上單擊圖標，顯示工程樹窗口。在Project tree(工程樹)中，右擊Set

36、up：1，從系統(tǒng)彈出快捷菜單中選擇Expand All Children選項，如圖4-1所示。圖4-1 工程樹1.開場加載車床外殼(1)在菜單欄單擊菜單命令，彈出如圖4-2所示的Component(組件樹)。圖4-2組件樹(2)接下來為系統(tǒng)添加車床的三維模型，在Component(組件樹)里右擊base后彈出Modeling(模型)對話框后，單擊Component Attributes菜單彈出如圖4-3所示，選擇文件base.stl翻開。圖4-3模型設(shè)置對話框(3)按Add，單擊OK，車床外殼添加成功，如圖4-4所示。圖4-4車床外殼2.開場加載車床Z向?qū)к?1)單擊菜單命令，右擊base后彈

37、出對話框后，單擊append再選Zlinear彈出如圖4-5所示Z(0，0，0)。圖4-5組件樹(2)右擊Z(0，0，0)圖標，彈出對話框后，單擊Component Attributes菜單彈出如圖4-6所示，選擇文件z.stl翻開并設(shè)置其他選項如4-6所示。圖4-6(3)按Add，單擊OK，車床Z向?qū)к壧砑映晒?，如圖4-7所示。(坐標系在Pro/E里已經(jīng)設(shè)置好，假設(shè)沒有，在圖4-6中position選項進展設(shè)置)。圖4-73.開場加載車床X向?qū)к壍絑向?qū)к?1)單擊菜單命令，右擊Zlinear后彈出對話框后，單擊append再選Xlinear彈出如圖4-8所示X(0，0，0)。圖4-8(2

38、)右擊X(0，0，0)圖標，彈出對話框后，單擊Component Attributes菜單彈出如圖4-9所示，選擇文件x.stl翻開并設(shè)置其他選項如圖4-9所示。圖4-9(3)按Add，單擊OK，車床X向?qū)к壧砑映晒?，如圖4-9所示。(坐標在Pro/E里已經(jīng)設(shè)置好，假設(shè)沒有設(shè)置，在圖4-9position選項進展設(shè)置)。4.開場加載車床刀架(1)單擊菜單命令，右擊Xlinear后彈出對話框后，單擊append再選B turret(Y軸上的一個旋轉(zhuǎn)機構(gòu))彈出如圖4-10所示turret B(0，0，0)。圖4-10(2)右擊turret B(0，0，0)圖標，彈出對話框后，單擊Componen

39、t Attributes菜單彈出如圖4-11所示，選擇文件turret.stl翻開并設(shè)置其他選項如圖4-11所示，然后單擊Add。圖4-11(3)如圖4-12所示position選項進展設(shè)置，Position(600，0，0)和Angles(90，0，0)。圖4-12(4)單擊OK，車床Turret B添加，如圖4-13所示。圖4-13(5)右擊STL選Modify，如圖4-14設(shè)置Position(0，0，-47)和Angles(-90，0，0)。圖4-14(6)單擊OK，成功加載四刀架轉(zhuǎn)位模型，如圖4-15所示。圖4-155.開場加載車刀(1)單擊菜單命令，右擊turret B 后彈出對話

40、框后，單擊append再選tool彈出如圖4-16所示。 圖4-16(2)右擊Tool1，設(shè)置如圖4-17至4-19所示圖4-17圖4-18圖4-19(3)同理，設(shè)置其余刀具，四把刀具加載完成，如圖4-20。圖4-20(4)完成的效果，如圖4-21。圖4-216.開場加載車床主軸系統(tǒng)(1)為系統(tǒng)添加車床主軸系統(tǒng)的三維模型，右擊base后彈出對話框后，單擊append選Spindle，如圖4-22所示。圖4-22(2)右擊Spindle后，再單擊Component Attributes彈出對話框，選擇文件翻開spindle.stl并設(shè)置其他選項如圖4-23所示。圖4-23(3)按Add，單擊OK

41、，成功加載主軸三維模型，如圖4-24所示。圖4-24車床模型組件7 .保存車床模型組件為cl-20.mch文件，保存工程名為chechuang.vcproject。4.1.2加載車床控制系統(tǒng)1.加載車床控制文件：fan18it控制系統(tǒng)。在Project tree(工程樹)中，右擊CNC Machine，從系統(tǒng)彈出的下拉菜單中選擇CNC Machine 菜單命令。在Machine選項組的下拉列表框中選擇cl-20.mch文件。在Control選項組的下拉列表中選擇飯fan18it.ctl文件VERICUT軟件本身自帶的有上百種控制系統(tǒng)，也可以自己去設(shè)置，如圖4-25所示。圖4-25車床控制系統(tǒng)加

42、載2.單擊OK按鈕。4.1.3創(chuàng)立車刀1翻開工程文件“turning_tools.VcProject。運行VERICUT應(yīng)用程序。選擇File Open菜單命令，系統(tǒng)彈出Open Project對話框。在Shortcut下拉列表框中選擇Training選項選擇文件turning_tools.VcProject。單擊Open按鈕確認翻開文件。選擇工具條上按鈕設(shè)定你的工作路徑。顯示工程樹Project Tree。 2創(chuàng)立刀具 #1， 80 degrees金剛石刀片在Project tree(工程樹)中，右擊Setup:1，從系統(tǒng)彈出的快捷菜單中選擇Expand All Children菜單命令。在

43、Project tree(工程樹)中，右擊Tooling：Turning_tools，從系統(tǒng)彈出快捷菜單中選擇Tooling Manager菜單命令。在Tooling Manager界面中，選擇主菜單Add Tool New Turn菜單項選擇項，系統(tǒng)彈出Tool ID窗口。在Insert Type下拉列表框中選擇C-80 degree diamond選項。 在General Insert選項組中，輸入：L-Length = 13Thickness = 5R-Corner Radius = 8A-Lead Angle = 5在Color下拉列表框中選擇6：Light Goldenrod選項。單

44、擊Add按鈕如圖4-26所示。圖4-26注意：同樣的在視圖中旋轉(zhuǎn)命令可以在刀具管理器中使用。3添加一個已經(jīng)通過掃掠生成的刀桿。在Tool Component選項卡左上方Component Type下拉列表框中選擇Holder選項。選擇Model file按鈕。在Model file選項組中，選擇Browse按鈕。在Shortcut下拉列表框中，選擇Training選項。在File文本列表框中選擇turning_tool_holder1.swp。單擊Open按鈕。單擊Add按鈕。單擊Assembly標簽。單擊Rotate標簽。在Increment文本框中輸入90，然后單擊右側(cè)X-，Y-按鈕，如圖

45、4-27所示。圖4-27 刀具旋轉(zhuǎn)設(shè)置對話框4完成刀具創(chuàng)立，圖4-28所示。圖4-285保存為tool.tls，退出。4.1.4添加毛坯這一小節(jié)開場添加毛坯，圖4-291File Open chechuang.vcproject，在Component tree(組件樹)中右擊Fixture如圖4-29彈出下拉菜單中選擇命令A(yù)ppendStock。2右擊Stock從系統(tǒng)彈出下拉菜單中選擇Component Attributes菜單命令，設(shè)置參數(shù)見圖4-30。圖4-303Position設(shè)置為(0，0，76.2)。4完成毛坯的創(chuàng)立。4.1.5選擇加工程序在Project tree(工程樹)中，雙擊

46、NC Programs選項，系統(tǒng)彈出NC Programs窗口。在NC Programs界面中，單擊Add按鈕。選擇D:/2Xche/2009-05-25cz-no1.cut。單擊Open按鈕。單擊OK按鈕關(guān)閉Open窗口。4.1.6添加一個刀具庫在Project tree(工程樹)中，右擊Tooling，從系統(tǒng)彈出的下拉菜單中選擇Open菜單命令。選擇D:/2Xche/tool.tls單擊Open按鈕。4.1.7為加工程序零點創(chuàng)立一個坐標系Component tree(組件樹)中右擊Stock后單擊AppendDesign，生成Design(0，0，0)。該點也就是坐標點，也即圓柱毛坯的端面

47、圓心。4.2VERICUT切削仿真4.2.1 圓柱毛坯在VERICUT車削仿真翻開File Open chechuang.vcproject，數(shù)控車床的系統(tǒng)仿真建模工作前面小節(jié)已經(jīng)做好，接下來機床復(fù)位后，處于如圖4-32所示的待加工狀態(tài)。此時通過系統(tǒng)界面右下角的仿真控制工具欄如圖4-31所示即可開場進展各種仿真操作。圖4-31 仿真控制工具欄其中各工具按鈕的名稱功能如下： ：播放鍵，單擊可以開場進展刀具軌跡仿真運行。：單步播放，點擊一次僅處理一行程序，便于用戶手動觀察程序的運行過程。：停頓鍵，暫停當前軌跡的運行，點擊播放鍵可繼續(xù)運行程序。：返回鍵，返回程序開頭。：復(fù)位鍵，用于復(fù)位機床或準備重新

48、開場刀具軌跡的仿真。當VERICUT系統(tǒng)正在處理任務(wù)或進展刀具軌跡優(yōu)化時，“Busy或“Optipath指示燈會變亮，表示系統(tǒng)正在工作。此外，通過拖動滑動條可以實時控制仿真顯示的速率快慢，在仿真進度欄里會顯示當前的加工進度。從該圖可以看到，VERICUT系統(tǒng)在進展仿真加工時的界面分為兩個視圖，左側(cè)視圖用來顯示刀具和零件的切削局部，可以更清楚表現(xiàn)毛坯材料的去除細節(jié)。右側(cè)視圖顯示的是機床整體運動情況，可以方便的觀察出刀具是否與夾具或機床部件間發(fā)生碰撞，還可以觀察機床各軸的運動情況。這樣既有加工細節(jié)又有整體效果的顯示方式表達了VERICUT系統(tǒng)在加工顯示上的優(yōu)越性。圖4-32 零件仿真加工前零件仿真

49、加工后如圖4-33所示。圖4-33 零件仿真加工后該軟件支持多視圖仿真畫面，最多可以同時提供四個視圖，包括workpiece ，machine，machine/cutstock，profile四種方式，能更直觀明了的看到整個加工過程，如圖4-34。圖4-34多視圖仿真畫面4.2.2發(fā)現(xiàn)并檢查錯誤1.設(shè)置在每處錯誤停頓VERICUT系統(tǒng)仿真在Project tree(工程樹)中，右擊Project: chechuang單中選擇“Motion命令，彈出Motion對話框，如圖4-35所示。圖4-35 運動設(shè)置對話框在該對話框中可以隨意設(shè)置加工仿真的過程控制，也包括刀具的顯示狀態(tài)，還可以優(yōu)化刀具長度

50、來提高切削剛度等等功能。2.在信息欄瀏覽錯誤拖動VERICUT下方信息提示欄右側(cè)滾動條，全部的錯誤信息被臨時記錄。你能向上拖動滾動條檢查全部的錯誤，如圖4-36所示。圖4-36信息瀏覽對話框3.系統(tǒng)仿真復(fù)位并重復(fù)切削在主窗口右下角單擊Reset按鈕，系統(tǒng)仿真復(fù)位。從系統(tǒng)彈出的對話框中選擇Yes按鈕，如圖4-37所示。圖4-37 復(fù)位對話框再主窗口右下角單擊Play to End按鈕。第五章VERICUT仿真軟件在教學(xué)上的應(yīng)用51VERICUT仿真軟件在教學(xué)上的應(yīng)用近幾年，為了支持國家3年培養(yǎng)50萬新技師方案，各學(xué)校用在教學(xué)一線的數(shù)控機床數(shù)量有明顯的增長，但與實際的教學(xué)需求還是有很大的差距。數(shù)控

51、設(shè)備價格昂貴，操作當中稍有疏忽都可能導(dǎo)致安全事故，且在實際操作中消耗大量的刀具、鋼材。為了解決這些矛盾，仿真軟件被大量應(yīng)用到數(shù)控專業(yè)的教學(xué)中，并且發(fā)揮了很大的作用。其中cgtech公司的VERICUT軟件是仿真技術(shù)比較成功的軟件之一，在通用機械，特別是軍工、航天等領(lǐng)域已經(jīng)廣泛應(yīng)用，在機械加工仿真軟件中處于絕對領(lǐng)先地位。經(jīng)過嘗試，我把VERICUT仿真軟件應(yīng)用于數(shù)控教學(xué)過程中，使其在高技能人才的培養(yǎng)方面開場嶄露頭角，今后也必將成為培養(yǎng)數(shù)控高技能人才的重要工具。目前我國緊缺的不是數(shù)控機床操作工，而是具有較高工藝能力的技師和高級技師。傳統(tǒng)的仿真軟件是基于機床面板操作的仿真軟件，其適用對象為數(shù)控機床操

52、作中級工或高級工。而VERICUT是基于工藝過程21的仿真軟件，可以復(fù)原真實的車間加工過程，及時發(fā)現(xiàn)工序劃分、工件定位、裝夾中存在的工藝漏洞或隱患，是面向中等職業(yè)學(xué)校學(xué)生和技師或高級技師的仿真軟件。VERICUT軟件可以構(gòu)建數(shù)控加工實習(xí)的仿真環(huán)境，不占用機床機器時間，教學(xué)效率高。此方式基于完整的加工工藝系統(tǒng)環(huán)境進展NC編程仿真，比一些CADCAM軟件的單純刀位文件仿真更真實、直觀，更接近實際加工情況，仿真后的NC程序不用試切可直接輸入機床進展加工，解決了數(shù)控教學(xué)中的設(shè)備缺乏困難，收到了良好的教學(xué)效果。5.1.1在VERICUT中圖形界面的構(gòu)建1、機床模型：內(nèi)置機床模型，涵蓋了國際知名的數(shù)控機床

53、，并且支持用戶自定義機床模型。多軸機床是一個國家數(shù)控技術(shù)應(yīng)用水平的表達，VERICUT支持4軸、5軸加工中心以及車銑中心機床的建模。通過定義和教學(xué)用數(shù)控機床一模一樣的模型，在課堂上完成學(xué)生與實際機床的零距離接觸，使學(xué)生可以在計算機上直觀的看到車間機床的加工情況。2、刀具模型：通過內(nèi)置刀具管理系統(tǒng)對刀具、刀柄系統(tǒng)進展建模，包括車刀、鏜刀、球刀、成型刀、等常見刀具，及鉆夾頭、彈簧夾套、強力銑、熱膨脹等各類刀柄。對于比較特殊的刀具(例如：自制刀具等)、刀柄還可以通過外部CAD軟件進展建模。3、夾具系統(tǒng)22建模：對于虎鉗、壓板等簡單的夾具可以直接造型。對于各類組合夾具、專用工裝等比較復(fù)雜的裝夾系統(tǒng)23

54、，同樣通過外部CAD軟件進展建模。4、毛坯、零件的建模：支持任意形狀的毛坯。對于方塊、圓柱或拉伸、回轉(zhuǎn)類毛坯可直接造型，而對于形狀不規(guī)那么的鑄造等毛坯那么采用外部CAD軟件造型。5、模型來源：可以利用功能強大的外部CAD軟件24(例如UG、Pro_E等)完成工裝、夾具、刀具、毛坯、零件等的建模，并通過stl、stk、sor等文件25格式調(diào)入VERICUT系統(tǒng)。6、整個工藝系統(tǒng)的構(gòu)建：在VERICUT中可完成毛坯與夾具系統(tǒng)的裝配、夾具系統(tǒng)與機床工作臺的裝配，確保仿真中中各系統(tǒng)之間的相互位置與實際加工完全一致。5.1.2干預(yù)分析仿真的目的就是通過演示車間實際機床的加工運動、切削過程及工件形狀的變化

55、，實時發(fā)現(xiàn)加工過程中存在的干預(yù)、碰撞、過切、欠切等問題。在VERICUT中的加工情況可大致分以下幾種：(1) 正常切削：刀具以切削速度對工件進展切削加工。加工完畢后，可以進展過切或欠切檢查，并用不同顏色進展區(qū)分。(2) 非正常切削：刀具以切削速度與夾具、機床組件等接觸。在這種情況下，會造成夾具或刀具的損壞，重那么損壞機床。(3) 撞車：刀具以快速進給的速度與工件、夾具、機床組件接觸。這種接觸通常會造成重大損失，輕那么使刀具、機床損壞，重那么發(fā)生人身安全事故！VERICUT能對以上加工情況進展及時、準確的判斷，通過不同顏色對各種加工情況進展區(qū)分，并提供詳細的加工情況報告。這項功能使學(xué)生的工藝能力

56、訓(xùn)練可以在虛擬環(huán)境下完成，進而使大范圍內(nèi)的學(xué)生工藝能力培養(yǎng)成為可能。5.1.3優(yōu)化刀具軌跡控制優(yōu)化刀具軌跡會基于切削條件和材料去除量自動地優(yōu)化進給速度，可以顯著地減少加工時間，提高效率從而提高單位時間內(nèi)的收益。在系統(tǒng)主菜單中，單擊“優(yōu)化“控制系統(tǒng)即可彈出“Optipath Control對話框，該框用于設(shè)定需要優(yōu)化的記錄、優(yōu)化庫文件以及選擇的工件材料、機床類型等選項。進給速度和主軸轉(zhuǎn)速可以通過單擊“信息“狀態(tài)命令查看，優(yōu)化中遇到的最大最小進給速度被寫進報告文件(Log)和結(jié)果文件(Results)中。第六章 結(jié)論本文以數(shù)控車削加工過程仿真為對象，綜合應(yīng)用Pro/e建模技術(shù)、VERICUT建模及

57、仿真技術(shù)、計算機圖形學(xué)、計算機動畫技術(shù)等，設(shè)計了一個數(shù)控加工仿真系統(tǒng)。我國數(shù)控機床在工業(yè)裝備中占有率的提高，對數(shù)控機床的操作人員、編程人員的需求急劇增大，如何高效、快速地培訓(xùn)合格的數(shù)控加工技術(shù)人才，成為中高等職業(yè)教育的當務(wù)之急。傳統(tǒng)教學(xué)模式下，由于數(shù)控機床價格昂貴，每個學(xué)校擁有的機床數(shù)量有限，學(xué)生只能輪流上機床操作，效率很低。而且初學(xué)者對機床不熟悉，易產(chǎn)生機床碰撞，損壞機器。“機床少，要實習(xí)的學(xué)生多，又要到達教學(xué)效果，這個矛盾使開發(fā)適合于中高等職業(yè)教育與培訓(xùn)的數(shù)控加工仿真系統(tǒng)有了迫切需求。VERICUT軟件就是一種能滿足上述需求的數(shù)控加工仿真系統(tǒng)。該軟件由NC程序驗證模塊、機床運動仿真模塊、優(yōu)

58、化路徑模塊、多軸模塊、高級機床特征模塊、實體比較模塊和CADCAM接口等模塊組成，可仿真數(shù)控車床、銑床、加工中心、線切割機床和多軸機床等多種加工設(shè)備的數(shù)控加工過程。能進展NC程序優(yōu)化，可檢查過切、欠切，防止機床碰撞、超行程等錯誤。具有真實的三維實體顯示效果，切削模型可測量尺寸，并能保存模型供檢驗、后續(xù)工序切削加工等。其最大特點是可仿真各種CNC系統(tǒng)，既能仿真刀位文件，又能仿真CADCAM后置處理的NC程序，購置一套軟件相當于擁有多臺機床可供編程教學(xué)CGTECH公司專門開發(fā)有供學(xué)校教學(xué)使用的版本口引。數(shù)控車削加工教學(xué)實驗仿真設(shè)計工作，需要具備大量的專業(yè)知識和一定的軟件操作技能，由于時間緊迫加之個

59、人水平有限，這個系統(tǒng)做的不是很好很詳細，懇請各位教師和同學(xué)批評指正。參 考 文 獻1 張建生趙燕偉等?數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用及開發(fā)?科學(xué)出版社2006 3-52 邵立，馬登哲，鐘廷修等，中國機械工程，2000，8：919-9223 邵立，馬登哲，鐘廷修等，工業(yè)工程與管理，2000，4：21-254 唐志濤，虛擬數(shù)控加工過程仿真技術(shù)，機械制造與自動化，2005，34(3)：65-675 張津，王林，馬立新，數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，煤礦機械，2006，27(9)：1-36 張翠華，李進京，陳興，數(shù)控仿真系統(tǒng)技術(shù)的研究現(xiàn)狀，山東農(nóng)機，2005，7：6-87 高國利，王啟義，高真感虛擬數(shù)控車削加工環(huán)境及實用

60、系統(tǒng)，1999：1-78 王愛珍主編.現(xiàn)代數(shù)控機床.國防工業(yè)出版社.2003 ：54-559李云龍曹巖?數(shù)控機床加工仿真系統(tǒng)VERICUT?西安交通大學(xué)出版社 200510張智明李預(yù)斌?精通proENGINEER中文野火版零件設(shè)計篇?中國青年出版社 200411J.G.Li. Workpiece Represention for Virtual Turning. Adv Manuf Technol，200412趙春禮?對數(shù)控加工教學(xué)仿真系統(tǒng)的研究?計算機應(yīng)用200313肖田元等著虛擬制造北京：清華大學(xué)出版社，200414周祖德，陳幼平等虛擬現(xiàn)實與虛擬制造武漢：湖北科學(xué)技術(shù)出版社，200515P