基於VERICUT 的雙主（zhǔ）軸車削加工中（zhōng）心（xīn）虛（xū）擬（nǐ）仿真應用研究-螺紋加工機床網（wǎng）-數控機床市（shì）場網

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基於VERICUT 的雙主軸車削加（jiā）工中心虛擬（nǐ）仿真（zhēn）應用研究

2017-1-23 來源：陝西國防工業職業技術（shù）學院作者：曹旭妍

摘要：雙主軸車削加工中心加工功能強大，能夠一次裝夾下完成零（líng）件的所有加（jiā）工特征，但由於其結構的複雜性，機床在進行新零件試切時容易發生幹涉、碰撞（zhuàng）等危險情況。采用虛（xū）擬（nǐ）仿真加工技術，基於VERICUT 軟件（jiàn）構建（jiàn）機床的虛擬仿真加工係統，對工件進行仿真加工，能夠（gòu）方便、準確的檢測NC 程序的正確性，觀察加工過程，預知（zhī）加工結果，進而完成NC 程序糾錯，保證實際加工的可靠進行。

關鍵詞：雙主軸車削加（jiā）工（gōng）中心虛擬仿真VERICUT

0.引言

雙主軸（zhóu）車削加工中心是在車削機床基礎上添加了動力銑、鑽、鏜（táng）以及副主軸等功能而形成的先進加（jiā）工機床，該機床使得需要多個加工工序的（de）工件（jiàn）在車削加工中心上一次完（wán）成，不僅減（jiǎn）少了因多次裝夾而導致的加工誤差，還提高了加工效率，對機械（xiè）產品的高質量、高效率加工產生巨大影響，促進了製造業的快速發展。然而由於雙主軸車削（xuē）加工中心不（bú）僅結構複雜，且存在銑、車等不（bú）同模式，在實際應用中存在數控程序編寫困難、正確性檢測困難的問題，這些問題製約著車削中心（xīn）的高效應用，給企業快速生產帶來障礙。通（tōng）過應（yīng）用（yòng）虛擬仿真技術，能夠（gòu）快速、準確的實現NC 程序的正確性檢測，同（tóng）時完成工件的仿真加工，直觀的觀察工件加工過程，預（yù）知加工中可能（néng）出現的幹涉、碰撞的危險情況，降低機床使（shǐ）用中的風險[1]。本文以TNR-200YS 雙主軸車削中心（xīn）為研究（jiū）對象，基於VERICUT仿真平台，構建該機床的虛擬仿真係統，介紹了在（zài）VERICUT 中建立（lì）雙主軸（zhóu）車削加工中心虛擬仿真係統的一般方法及技術難點，並對一回轉體零件進行仿真（zhēn）加工，證實該虛擬仿真係統的（de）正確性及可靠性。

1.雙主軸車削中心虛擬仿真加工原（yuán）理

虛擬（nǐ）仿真加工係統是實（shí）際機（jī）床在不消耗能源和資源情（qíng）況下（xià）在計算機中的完全映射。它由機床硬件結構和控製係統兩部分組成（chéng）。根據機床的結構及尺寸，在（zài）VERICUT中（zhōng）建立虛擬機床模型，使其具（jù）有與實際機床相同的加工功能，滿足虛（xū）擬情況下加工的需要（yào）。其仿真原（yuán）理及（jí）構建過（guò）程如（rú）圖1 所示。

2.構（gòu）建虛擬仿真係統

2.1 機（jī）床參數（shù）測量

虛擬機床模型和實際（jì）機床（chuáng）模（mó）型的一致（zhì）性是虛擬加（jiā）工仿真結（jié）果可靠性的重要保證[2]。雙主軸車削中心要在不停機（jī）狀（zhuàng）態下完成換裝，對機床（chuáng）各（gè）部件（jiàn）的空間位置精確度提出了更高的要求，獲取準確的機床參數便成為研究的關鍵之一。機床的尺寸主要通（tōng）過實際測量以及查詢技術手冊來獲取，在實際測量時，主要通過激光測（cè）量儀（yí）、卷尺、板

圖1 雙主軸車（chē）削中心虛擬仿真（zhēn）加工原理

尺等工具來對機床各（gè）運動部件進行測量。建立虛擬模型所需主要尺（chǐ）寸有：①、機床主軸、副主軸、工作台、刀塔等組件的外形尺（chǐ）寸；②、機床在初始狀（zhuàng）態下（即X0Y0Z0C0時），各移動（dòng）、旋（xuán）轉組件的定位尺寸及相互間的內部空間（jiān）尺寸；③、機床（chuáng）其（qí）它部件的裝配尺寸；④、機床外形輪廓尺寸。

2.2 構建虛（xū）擬機床硬件結（jié）構

要正確建立機床的虛擬模（mó）型首（shǒu）先需要明確機床的（de）運動關係（xì）即機（jī）床的運動（dòng）鏈（liàn）。TNR-200YS 具有兩條運（yùn）動鏈：基座———工件；基座———刀（dāo）具，如圖 2。對運動鏈上的各（gè）部件（jiàn）進行三維建模，並按照運動關係將其（qí）組合起來，即完成機床的（de）硬件結構。由於該機床結構較複雜（zá），在VERICUT 中對其建模存在一定的（de）困難，因此選擇（zé）在UG 中完成各部件模型的建立，然後將部件模型（xíng）保存為STL 文件導入VERICUT 中。

圖2 機床運（yùn）動鏈

完成機床各（gè）個結構部件的幾何模型後還（hái）需對其賦予運動關係，這（zhè）樣機（jī）床才具有與實際機床（chuáng）一致的運動特性。在VERICUT 中構建機床的運動樹（shù），選（xuǎn）擇相應的運動組件來實（shí）現運動關（guān）係的添加。將UG 中建好的（de）.STL 文件加載到相應的組件下，並對照實際機床（chuáng）將各部件放在準確位置[3]。如圖3 為基座—刀具模（mó）型機構（gòu）圖。

用類似的方法完成主軸、副主軸、卡爪等部件的加載，如有模型的位置與（yǔ）實際模型位置不（bú）符的，利（lì）用VERICUT中的“配置模型”功能調整模型位置。

2.3 建立刀具庫

VERICUT 中提供了（le）豐（fēng）富的刀具設計樣本，根據刀（dāo）具的具體（tǐ）特征及參數（shù），選擇所需結構及尺寸即可生成刀柄、刀片。刀具生成後，為保證加工的順利進行（háng），還需（xū）設置刀具的驅動點（對刀點（diǎn））、安裝點等參數如圖4 所示（shì）為雙刃車刀的設計。

2.4 控製係統配置

根據實際機床的控製係統，在VERICUT 所（suǒ）提供的控製係統庫（kù）中選擇FANUC21i 係統。由於雙（shuāng）主軸車削加工（gōng）中心與（yǔ）通（tōng）用（yòng）機床有所不同，因此，需要針對實際機床中用到的代碼進行（háng）數控係統的再開發，使得開發後的控製（zhì）係統（tǒng）能夠滿足機床的加（jiā）工功（gōng）能。

TNR-200YS 雙主軸車削（xuē）中（zhōng）心（xīn）在使用中能夠進行（háng）主軸車削、主（zhǔ）軸銑削、副主軸車削、副主軸銑削等多個加工模（mó）式，這些加工模式（shì）的區分是通過（guò）代碼M75、M76、M175、M176 來實現的，因此要專門對這些代碼進行定製。在VERICUT“文字/ 地址”窗口中，添加需要的（de）代碼（mǎ）名（míng）稱，並進行相應功（gōng）能（néng）的描述（shù），在宏命令格式中定義代碼的（de）功能，完成特殊（shū）功能（néng）代碼的（de）定製。用類似的方法實現（xiàn）其它特殊功能的G、M 代碼的設定。

2.5 機床（chuáng）參數設置

為確保仿真加工的順利進行，還需（xū）進行機床參數的正確（què）設置。VERICUT 中要進行的機（jī）床參數設置主（zhǔ）要包（bāo）括：機床行程、碰撞檢測、換刀點等。隻有正確設置機床參數（shù），才會在（zài）虛擬加工（gōng）中當出現超程、碰撞（zhuàng）的問題時及（jí）時報警。因此機床參數設置對虛擬係（xì）統的可靠運行（háng）尤為關鍵。根據（jù）實際參數完成設置後，仿真係統構（gòu）建完成。

3.仿真加工

3.1 NC 程序生成

在三維軟件UG 中建立（lì）工件的三維模（mó）型，並利用UG先進的數控加工功能，進行工件的工藝處（chù）理，生成正確的前置刀具軌跡。UG 中自帶了強大的後置處理功能，能夠快速（sù）的對三軸（zhóu）及以下的刀（dāo）具軌跡文件進行處理，生成機床能直接識別的NC 程序（xù）[4]。本文主要研究機床的多軸複雜加工功能，而（ér）UG 自帶的後置處（chù）理器不能滿足工件的使用要求，因此需要基於UG 後處理模塊進行專用（yòng）後置處理器的開發，以滿足NC 的正確生成。

3.2 虛擬仿真加工

將UG 中輸（shū）出（chū）的NC 程（chéng）序（xù）添加到虛擬（nǐ）仿真係統中，添加毛坯、工件的模（mó）型到係（xì）統中，並對G 代碼偏置進行設置，設置完成後進行工（gōng）件的仿真加（jiā）工，如圖5 所示。

圖5 虛擬仿真加工（gōng）

4.總結

文中對VERICUT 中建立雙主軸車削加工中心虛擬仿真係（xì）統的一般方法進（jìn）行了（le）總結，並以TNR-200YS 雙主軸車削中心為原型，對其建（jiàn）模中的一些關鍵點及難點（diǎn）進行概（gài）述（shù），完成了該機床的虛擬仿（fǎng）真係統的建立，並（bìng）對一回轉體工件進行了仿真加工。結果表明：該仿真係統能夠正確的實現（xiàn）雙主（zhǔ）軸車（chē）削加工中心的所有（yǒu）加工（gōng）功能，正、副主軸上的加工與實際要求相符。通過仿真加工檢測（cè）了加工中可能出現的幹涉（shè）、碰（pèng）撞等危險情況，預知加工過程，提高了實際機床應用中的安全性及效率。為雙主軸車削加工中（zhōng）心的（de）虛擬建模及仿真（zhēn）提供了參考。

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