基于Pro／E和VERICUT的數控車床仿真系統的研究
2017-2-10 來源：湖北工業大學 作者：韓天龍，孫國棟
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軟件在其他同類軟件中所占優勢，并以實際的數控車床為目標模型，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臺的具體步驟。最后通過實例驗證采用Pro／E和Vericut軟件相結合開發數控車床仿真教學系統是可行和有效的。
關鍵詞：Vericut；加工仿真；數控車床仿真教學
0.引言
VERICUT是一款專業的數控加工仿真軟件．能實現與多種造型軟件的聯合運行。其最大特點是不但可仿真各種數控系統，而且還可以仿真多種數控機床的數控加工過程，廣泛應用于生產和培訓領域I”。VERICUT為用戶提供了豐富的機床及系統樣本庫，但尚不完善。數控車床案例缺乏，樣本機床形式單一，難以實現復雜運動的控制回。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般方法和步驟進行探討．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制的方法進行重點研究。
1.機床構建
1．1數控車床的幾何建模過程
CK6140z)【E數控車床是浙江凱達機床股份有限公司生產的一款縱(Z)、橫(X)、二坐標聯動控制的數控臥式車床，配有FANUC0i—MB數控系統。CK6140ZXE數控車床采用的是平床身結構。配有普通卡盤和四工位回轉刀架，結構及主要組成部件如圖1所示。
圖l CK6140ZXE數控車床結構及主要部件
從幾何的觀點來看，CK61锨E數控車床結構是由底座、外殼、卡盤、刀架、門等許多部件組合在一起的。各部件之間存在著一定運動關系、位置關系：這些部件是由一些零件組裝而成的。所以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組裝成部件，然后由部件組裝成機床的過程。
實際的操作過程中，我們先用Pro／E軟件對各零部件進行特征造型，再按一定位置實施裝配即可。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2所示。
圖2 CK6140ZXE數控車床3D模型
圖3數控車床運動模型圖
1．2數控車床的運動建模
虛擬數控車床有三個線性坐標X、Z。如圖3所示。根撕機床組件的邏輯關系圖。我們可以分為兩條運動鏈來建立機床的運動模型．即工件一夾具一主軸一機床床身f1I刀具一刀塔一X軸一Z軸一機床床身。
通過建立虛擬數控車床的幾何模型和運動模型不難發現，數控車床的幾何模型和運動學模型之間．尤其是幾何模型中的機床裝配樹和運動學模型中的運動鏈存在非常緊密的關系，兩者相輔相成。因此，可以將這兩種模型統一起來在VERICUT系統建立完成。
2.虛擬數控車床NC加工的仿真模擬
2．1在VERICUT中定義虛擬數控車床的結構
由于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，其結構主要分為X及Z兩個部分，要想在VERICUT系統中建立此結構則先需在VERICUT系統下建立新的初始結構，數控車床包含了控制器及機器兩個部分．其中機器底下包含了基座這個子結構，而后續所有增加的結構都是建立在基座底下。數控車床模型的結構說明如圖4所示。其中X及Z在Base上運動，所以在Base底下建立X及Z兩個子結構，并且將結構分成X及Z兩個部分來看。
2．2導入機構模型的STL資料
當所有的機構模型與數控車床結構整合完畢后，即可得到數控車床機構模型。
2．3建立或導入工件模型
在VERICUT系統系統中要取得工件模型的資料有兩種方式．第一種方式為由VERICUT系統本身建立工件模型，而另一種方式由外部系統產生工件模型，然后將工件模型資料與數控車床的結構整合。
2．4導入NC程序
NC程序的功能為驅動數控車床的切削運動，所以在執行數控車床運動的NC加工模擬前也需將此資料整合．當NC程序導入完成后，數控車床才能按照NC程序中的內容來執行NC加工模擬。
圖4 CK6140ZXE數控車床的結構
2．5刀具資料及刀具坐標系的整合
刀具資料是由使用者在VERICUT系統中建立的。使用者也可以先行在VERICUT系統中建立一個刀具資料庫檔案，當需要使用時，可以直接呼叫刀具資料庫檔案進來。并且需定義刀具被夾持的位置點，而刀具坐標系為機器夾持刀具的位置，當NC加工模擬時刀具的裝夾點位置會與刀具坐標系原點重合，此即為數控車床夾持刀具的位置。
2．6工作坐標系的定義
因為NC程序都參照工作坐標系為基準，G—CodeOffsets來定義VERICUT系統的工作坐標系，定義工作坐標系的參照位置為Turret至Stock，系統會根據參照位置自動為機器做刀具補償的動作。
2．7數控車床NC加工的模擬
VERICUT系統的NC加工模擬包含了可以執行單行程序的單行執行模擬及完整NC加工模擬。使用單行執行模擬可對NC程序做單行執行的動作，使用來觀察切削刀具的初始位置是否正確，開啟NC程序并單行執行模擬至呼叫刀具處。運用VERICUT內部的雙視窗模式并可搭配手動控制模擬速度的調整．一個視窗可讓使用者清楚的觀察數控車床各個機構實際運動的情形．另一個視窗可以讓使用者觀察刀具切削工件模擬的情形．如圖5所示為本研究測試NC加工模擬完成后的結果。
當NC加工模擬測試完成后，Pro／E及VERICUT兩者的資料整合完成。接下來可以讓使用者直接使用此整合的資料執行其他不同類型工件的NC加工模擬。
3.結束語
本文介紹了基于VERICUT的CK6140ZXE數控車床仿真研究。使用Pro／E和VERICUT軟件建立與實際加工相一致的虛擬數控加工仿真環境，真實地反映實際加工過程中數控車床程序的運行情況，可以提高數控車床程序可靠性，避免不必要的失誤，提高數控車床程序的編制效率和質量，節約教學與生產成本，提高教學與生產安全度，在教學和生產實踐中有著重要的現實意義。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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