VERICUT仿真技术在制造型企业中的应用
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中图分类号：TH 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2013）09-0304-02
摘要：本文介绍了vericut仿真技术与工艺、制造的结合应用，通过对VERICUT仿真技术应用的初步探讨，工厂可结合自身情况，建立一套适合工厂的VERICUT仿真技术体系，将仿真技术与工艺制造全方位结合，形成规范化的系统仿真应用，从而提升工厂数控能力。
关键词：VERICUT仿真技术 五轴 控制系统刀具 数控程序
1 引言
随着数控机床的普遍应用，各加工制造企业逐步引进了一批先进的设备，其核心产品制造基本采用数控加工，主要在精密加工中心上完成，甚至是在集成化柔性制造单元上完成。但是各制造工厂在数控设备程序的仿真检验方面还相对比较落后，主要还是靠人工检查或CAM软件中的前置仿真模块进行进行简单的刀位轨迹的模拟，这种落后的技术状况严重地制约了数控设备生产能力的发挥，很难保障程序正确性，从而导致机床的利用率和安全性大大降低。具体存在问题有如下五方面：
（1）由于缺乏先进有效的数控程序验证优化工具，依然采用落后的检查程序方式，程序员编完程序后，缺乏有效的工具对数控程序进行仿真校验，这样极容易发生机床碰撞、零件干涉过切，甚至情况更为严重的事故（如发生刀具折断、机床主轴损坏等）。
（2）由于缺乏有效的程序仿真检验工具，工艺人员在生产加工零件时心里没有底，经常需要把数控程序在机床上空运行，或进行试切，直到没有错误才能正式加工，这种方式严重浪费了机床加工效率，制约着数控设备的最大生产能力的发挥。同时，由于不同产品零件的频繁试切，导致了大量材料的浪费。
（3）不能高效地对实际加工中的材料切除变化进行动态衡定和切削参数的智能动态补偿，不能有效识别零件余量的均匀程度，不能自动根据零件余量的变化变换切削参数；程序质量、可靠性和加工效率无法得到有效提高；由于切削余量的不均匀导致对工人的熟练程度要求高，劳动强度增大。
（4）数控编程过程中对数控程序质量的控制主要通过人为经验进行程序控制，存在大量冗余和低效的程序代码；程序质量很大程度上依赖编程工艺员的个人能力与细心程度，劳动强度大，人为因素多，质量稳定性差。
鉴于以上问题，许多工厂引进了VERICUT软件，并获得一些成功经验；本文针对VERICUT软件在生产、制造中的应用进行了一定层次的剖析，以节约人力、物力和成本为目的，以提高产品加工效率及质量为宗旨，改变原来程序中的不合理或低效率，实现程序优化，从而提高了生产效率。
2 VERICUT软件系统的应用
2.1 概述
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、机床运动仿真模块、优化路径模块、自动比较模块和CAD/CAM接口等模块组成，可仿真数控车、铣、加工中心和多轴加工中心等设备的数控加工过程，能进行NC程序优化，检查过切、欠切，防止机床碰撞及刀具、夹具干涉等。
2.2 工艺仿真环境的构建
为在VERICUT软件中实现NC程序加工仿真，需预先构建整个工艺的仿真环境，其仿真机床构建流程的过程如下。
（1）工艺系统分析：提取机床信息及运动结构模型，确定数控机床CNC系统型号、机床结构形式和尺寸、机床运动原理、各坐标轴行程、机床坐标系统以及所用到的毛坯、刀具库和夹具库等。
（2）建立机床几何模型：采用CATIA、NX等三维CAD软件建立机床运动坐标轴、刀具库和固定部件的实体几何模型，并转换成VERICUT软件可用的STL格式。
（3）建立机床文件：建立机床运动模型，根据机床信息及提取的运动结构模型，确定各部件坐标之间关系，添加各部件的几何模型，准确定位后将结果保存为机床文件。
（4）建立用户文件和控制系统文件：在VERICT软件中新建用户文件，设置CNC系统文件，根据数控机床建立需要的控制系统文件。
（5）建立刀具工具库：根据机床选用的刀柄类型、规格和刀具种类，构建机床刀具工具库。
（6）设置机床参数设置：在VERICUT中预设置，包括机床各坐标轴的行程，换刀位置、机床初始位置、机床参考原点和设置碰撞捡测等参数。
（7）全部设置完成后，保存所有文件，则仿真系统构建完成。
2.3 仿真技术系统应用
2.3.1 建立统一的机床模型库
以hermle_C800U机床为例：该机床是五轴立卧加工中心，所用数控系统为西门子840D Powerline，设备能实现X 、Y 、Z 、B 、C 五轴控制任意五轴联动，工作台为数控回转工作台。各轴的驱动电机全部采用全数字交流伺服电机，各轴的伺服控制全部采用全闭环控制，配置过载保护及报警功能，具体结构如图1。
图 1
2.3.2 建立刀具库
刀具库建立要对刀具和刀柄模型进行分别建立，然后用装配方式将各种规格的刀柄和刀具装配在一起形成刀具库。通过这种方式逐步建立完整的刀具库系统，使仿真中刀具参数规范化、统一化。编程人员可以从刀库中直接选取所需刀具进行仿真，减少出错环节。
2.3.3 建立机床系统库
VERICUT自带许多机床控制系统，如FANUC、SIEMENS等。工厂操作人员还可根据机床控制系统特点，自行编辑控制系统，设置机床指令。
3 VERICUT仿真技术与制造过程
随着企业的发展，产品的加工制造对机床设备安全、零件质量、加工效率以及生产管理提出了新的要求。而计算机技术的发展壮大，为工厂产品加工提供了仿真技术并应用到制造各个环节。以下我们以hermle_C800U机床加工某诱导轮为例，介绍了VERICUT仿真技术与生产制造的融合。
3.1 VERICUT操作流程
3.1.1 创建项目文件以及配置控制系统和机床
通常情况下，将对每一台不同型号或控制系统的机床创建一个项目文件模板，以创建项目文件以及配置控制系统和机床。
3.1.2 准备数控程序、刀具信息，以及定制好的项目模板
打开hermle_c800u项目文件，添加夹具、毛坯、设计模型；
3.1.3 调用主刀具库文件
通过点击刀具图标，从系统弹出的菜单中选择打开选项，用户可根据提示选择主刀具文件 。
3.1.4 定义加工坐标系
通过VERICUT提供的加工坐标系的用户可进行定义，确保与实际加工现场一致。
3.1.6 通过主窗口上的仿真按钮，进行数控程序的仿真和验证。
3.1.7 加工毛坯的尺寸分析以及与设计零件的自动比较
通过点击分析菜单，从系统弹出的菜单中选择X-测量规选项，能对加工毛坯的特征、叶片厚度、间距、设计模型等进行比较，包括去除体积等都可以准确的分析。当有较为复杂的加工零件时，可以和截面功能配合使用分析零件特征和尺寸，利用自动-比对菜单窗口。我们可以选择过切、残留、轮廓等比较方式，如图2所示。
图2
3.1.8 G代码验证及机床仿真
在接口窗口中，通过输出文件按钮，系统会自动启动VERICUT软件并将UG中的数据直接导入到VERICUT中。在VERICUT主窗口中运行仿真按钮，进行程序验证和机床仿真；
3.2 VEIRICUT与CAD/CAM软件的集成
VEIRICUT与CAD/CAM软件实现了无缝连接，用户可直接将CAD/CAM软件中的加工要素转入到VERICUT中，如毛坯、刀具、设计零件、夹具、加工坐标系等。这使我们的工作更方便，更高效、更快捷。
4 总结
在竞争激烈的市场环境下，安全生产是企业生存直奔，加工效率的提升是企业竞争力的源泉，将仿真技术与工艺制造完美结合，形成系统化的仿真应用，将提升工厂的整体实力。希望通过本文的介绍，能够为大家开阔视野，拓宽思维，使数控加工仿真技术应用能更好的为制造型企业服务，从而提升企业竞争力。
参考文献：
[1]陈波，赵福令.基于VERICUT的数控加工过程仿真技术.机械设计与制造.2006年6期.