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基於Pro／E和VERICUT的數控車床仿真係統的（de）研究

2017-2-10 來源：湖（hú）北工（gōng）業大學作者：韓天龍，孫（sūn）國棟

摘要：本研究闡述了Pro／E和Vericut軟件在數控車床教學中的應用，介紹了Vericut軟件在其他同類（lèi）軟件中所占（zhàn）優勢，並以實際的數控車床為目標模型（xíng），探討了用Pro／E和Vericut軟件建立虛擬數控車床加工工藝仿真教學平台的具體步驟（zhòu）。最後通過實例驗證（zhèng）采用Pro／E和Vericut軟件相結合開發數控（kòng）車床仿真教學係統是可行和有效的。

關鍵詞（cí）：Vericut；加工（gōng）仿真；數控車床仿真教（jiāo）學

0.引言

VERICUT是一款專（zhuān）業（yè）的數控加（jiā）工仿真（zhēn）軟件．能實現與多種造型軟件的聯（lián）合運行。其最大特點是不但可仿真各種數控係統，而且還可以仿真多種數控機床的數控加工過程，廣泛應用於生產和培訓領域I”。VERICUT為用戶提（tí）供了豐富的機床及係統樣本庫，但尚不完善。數控車床案例缺乏，樣本機（jī）床形式單一，難以實現複雜運（yùn）動的控（kòng）製回（huí）。因此，本文針對數控臥式車床CK6140ZXE進行仿真研究。對構建仿真加工環境的一（yī）般方（fāng）法和步驟進行探（tàn）討．對通過宏命令子程序及自定義高級指令來進行機床附件控製的方法進行重點研（yán）究。

1.機床構（gòu）建

1．1數控車床的幾何建（jiàn）模過程

CK6140z)【E數控（kòng）車床是浙江凱達機床股份有（yǒu）限公司生產的一款縱(Z)、橫(X)、二坐標聯動控製（zhì）的數控臥式車床（chuáng），配有FANUC0i—MB數控係統。CK6140ZXE數控車床采用的（de）是平（píng）床身結構。配有普通（tōng）卡盤（pán）和四工位回轉刀架，結構（gòu）及主要（yào）組成部件如（rú）圖1所示。

圖l CK6140ZXE數控（kòng）車床結構及主要部件

從幾何的觀點來看，CK61鍁E數控車床結構是由底座、外（wài）殼、卡盤、刀架、門等許（xǔ）多部件組合在一起的。各部件之間存（cún）在著一定運動（dòng）關係、位置關係：這些部件是由一些零件組（zǔ）裝（zhuāng）而成的。所以（yǐ）虛擬數控車床的幾何模型的構建過程其實就是將這些零件（jiàn）組裝成部件，然後由部件組（zǔ）裝成機床的過程。

實際的操作過程中，我們先用（yòng）Pro／E軟件對各零部（bù）件進行特征造型，再按一定位置實施裝配（pèi）即可。運用Pro／E的CAD模塊，根據各零部件的幾何形狀和尺寸精度建立三維實體模型，如圖（tú）2所示。

圖2 CK6140ZXE數控車（chē）床（chuáng）3D模型

圖3數控車床（chuáng）運動模型（xíng）圖

1．2數控（kòng）車床的運（yùn）動建模

虛擬數控車床有三個線性坐標X、Z。如圖3所示。根撕機床組（zǔ）件的邏輯關係圖。我們可以分為（wéi）兩條運動鏈來建立（lì）機（jī）床的運動模型．即工件一夾具一（yī）主軸一機床床身f1I刀（dāo）具一刀塔一X軸一Z軸一機床床（chuáng）身。

通過建（jiàn）立虛擬（nǐ）數控車床的幾何模（mó）型和（hé）運（yùn）動模型不難發現，數控車床的幾（jǐ）何模型和運動學模型之間．尤其是幾（jǐ）何模型中的（de）機床裝配樹和運動（dòng）學模型中的運動鏈存在非常緊密的關係，兩者相輔相成。因此，可以將這兩（liǎng）種模型統一（yī）起來在VERICUT係統建立完成。

2.虛擬數控（kòng）車床NC加工的仿（fǎng）真模擬

2．1在（zài）VERICUT中定義（yì）虛擬數控車床的（de）結構

由於數控車床的結構為整合的基礎，所以需先建立數控車床的結構，其結（jié）構主要分為X及（jí）Z兩個部分，要（yào）想在VERICUT係（xì）統中建立此結構則先需（xū）在VERICUT係統（tǒng）下建立新的初始結構，數控車（chē）床包含了控製器及機器兩個部分．其中機器底下包含了基座這個子（zǐ）結構，而（ér）後續所（suǒ）有增加的結構都是建立在基（jī）座底下（xià）。數控車床模型的結構說明如（rú）圖4所示（shì）。其中X及Z在（zài）Base上運動，所以在Base底下（xià）建立X及Z兩個子結構，並且將結構分成X及（jí）Z兩個部分來看。

2．2導入機構（gòu）模型的STL資料

當所有的機構模型與數控車床結構整合完畢後，即可得到數控車床機（jī）構模型。

2．3建立（lì）或導入工件模型

在VERICUT係統（tǒng）係統（tǒng）中要取得工件模型的資料有兩種方式（shì）．第一種方式為由VERICUT係統本身建立工件（jiàn）模（mó）型（xíng），而（ér）另一種（zhǒng）方式由外部係統產生工件模型，然後將工件模型資料（liào）與數控車床的結（jié）構整合。

2．4導入NC程序（xù）

NC程序的功能為驅動數控車床的切削運動，所（suǒ）以在執行數控車床運動的NC加工模擬前也（yě）需將此資料整合．當NC程序導（dǎo）入完成後，數控車床才能按照（zhào）NC程序中的內容（róng）來執行（háng）NC加工模擬。

圖4 CK6140ZXE數控車床的結構

2．5刀具資料（liào）及刀具坐（zuò）標係的整合

刀具（jù）資料是由使（shǐ）用者在VERICUT係（xì）統中建立的。使用者也可（kě）以先行在VERICUT係統中建立一（yī）個刀具資料（liào）庫檔案，當需要使用時，可以直接呼叫刀具資料（liào）庫檔案進來。並且需定義刀具被（bèi）夾持的位（wèi）置點（diǎn），而刀具坐標係（xì）為（wéi）機器（qì）夾持刀具（jù）的位置，當NC加工（gōng）模擬時刀具的裝夾點位置會與刀具坐標係（xì）原點重（chóng）合，此即為數控車床夾（jiá）持刀（dāo）具的位置。

2．6工作（zuò）坐標係的定義

因為（wéi）NC程（chéng）序都參照工作坐標係為基準，G—CodeOffsets來定義VERICUT係統的工作坐（zuò）標係，定（dìng）義工作坐標係的參照位置為（wéi）Turret至（zhì）Stock，係統會根（gēn）據參照位置自動為（wéi）機器做刀具補償的（de）動作（zuò）。

2．7數控車（chē）床（chuáng）NC加工的模擬

VERICUT係統的NC加工模擬包含了可以執行單行程序（xù）的單（dān）行執行模擬及完整NC加工（gōng）模擬。使用單行執行模擬可對NC程（chéng）序做單行執行（háng）的動作，使用來觀察（chá）切削刀具的初（chū）始位置是否（fǒu）正確，開啟NC程序並單行執行模擬至呼叫刀具處。運用VERICUT內部的雙（shuāng）視窗模式並可搭配手動控製模擬速度的調整．一個視窗可讓使用者（zhě）清楚（chǔ）的觀察數控車床各個機構實際運動（dòng）的情形（xíng）．另（lìng）一個視窗可以讓使用者觀察刀具切（qiē）削工件模擬（nǐ）的情形（xíng）．如圖（tú）5所示（shì）為本（běn）研究測試NC加工模擬完（wán）成後的結果。

當（dāng）NC加工（gōng）模擬測試完成後，Pro／E及VERICUT兩者的資料整合（hé）完成。接下來可以讓使用（yòng）者直接使用此整合的資料執行（háng）其他不同類型工件的NC加工模擬（nǐ）。

3.結束語

本文介紹了基於VERICUT的CK6140ZXE數控車床仿（fǎng）真研究。使用Pro／E和VERICUT軟件建立與（yǔ）實際加工相一致的虛擬數（shù）控加工仿真環（huán）境（jìng），真實地反映實際加工過程中數（shù）控車床程序的運行情況（kuàng），可（kě）以提高數控車（chē）床程序可靠性，避免不必要的失誤，提高數控車床程序的編（biān）製效率（lǜ）和質量，節約（yuē）教學與生產（chǎn）成本，提高（gāo）教學（xué）與生產安（ān）全度，在教學和生產實踐中有著重（chóng）要的現（xiàn）實意義。

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