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数控加工仿真技术范文1
引言
在近五年的时间里，网商得到巨大的发展，消费个性化需求也成为了各个生产厂家所竞相抢占的资源。在未来的时间里，厂家只有不断强化对技术的应用，才能对产品的制作周期、精密度以及外观等方面进行优化，才能最终实现对竞争力的强化。仿真技术可谓是近年来最受青睐的技术，其代表着数控技术对虚拟仿真的应用，实现数控加工技能培训的质效提升。对于制造业而言，虽然可以借助计算机对设计和制造进行辅助，但是三维环境下的刀具运动和加工轨迹还是需要仿真技术的再现。在通过计算之后对刀具的运行轨迹进行控制，并以此生成相应的数控机床科技识别的代码，在VERICUT系统和仿真软件的支持下进行模拟，在仿真的加工环境中呈现。这样一来，产品的加工效率便得到了相应的提升，对于研发和制造周期都有不小的助力，对于企业而言更是综合竞争力的体现。
1数控加工方针技术在当今的研究现状
21世纪的数控技术受到全球化的推动，其发展速率不断提升，制造业在数控技术上的依赖性也不断增加，成为决定行业发展的重要技术。对于数控技术而言，正确性的最大化也成为了技术发展的方向，虽然通过利用容易切削的材料来替换作业器具进行试切，但是也使得加工指令的检验变得更加充分。同时，也有不少的方法得以应用。例如：轨迹显示法，借助划针和笔替代刀具，以色版或者纸对刀具轨迹进行二维图的呈现，是简单的真模拟过程。然而这类方法的应用也存在不少的局限性，尤其是对人力、物力以及时间的消耗，使得生产成本的压力变得更大，而且生产周期也变得无法把握。据此，研究者在不断的摸索研究后，通过计算机对仿真模拟技术进行更大程度的革新，不仅实现试切情境的模型化、仿真计算及图形显示等，也将模型模拟推向更加精密和方针的高度。这样一来，企业的资源得到了较大程度的节约，同时也使得其他项目的生产和收益得到了真正的改善。从目前的数控加工仿真模拟的技术研究来看，方向和重点主要针对刀具轨迹展开的，仿真模拟效果也得可喜的进步。然而，现阶段的成果与希望值还存在一定的差距，在未来仍需要对机床加工采取进一步的研发，才能对机床加工阶段的刀具过切、刀具及夹具与机床之间的磨损度进行实时监测。与此同时，机床加工成效的预估也是重要的参考因素，因此，需要对刀具加工进行优化，最终确保产品质量与零件加工效率与机床的利用率等等。
2VERICUT仿真技术系统的介绍
2.1VERICUT系统
从目前的实际应用状况来看，VERICUT系统在全球范围内具有相对广泛的应用。该系统具有两方面的优势，其一是能够对数控代码的查证步骤进行模拟；其二是能够较大程度地增加数控材料的切削效率。该VERICUT系统工作原理是对数控加工的轨迹代码进行模拟，并借此将其在计算机上进行呈现，为刀具轨迹精度的检测提供了有效的平台，更对设计师的设计标准和要求进行了根本的满足。但是在运行的准备阶段，需要对系统进行故障诊断、改进和调整，确保仿真系统可以发挥应有的技术效果。
2.2VERICUTMachineSimulation系统
VERICUTMachineSimulation作为目前功能性最完备的数控加工仿真模拟系统，能够最大限度地再现机床运行过程中的具体状况，其效果较大程度地满足了人们期望。然而，对于这一系统的运行最重要的便是能够对识别数控代码文件进行识别，并结合G－代码开展模拟加工的环节。对于实际运行的仿真系统而言，VERICUT软件首先需要和机床进行绑定，才能在使用过程中模拟机床的运用轨迹及其他具体状况，确保数控加工阶段的错误和问题可以被检验出，并加以改正，全面提高数控加工的质效水平。
3数控加工中仿真技术的应用
从数控技术具体状况来看，工艺路线已经成为了编制的重点，刀具和加工参数也成为了整个工艺水平确定的重中之重。即使是相同路线的状况，在不同的参数水平和刀具规格下，对于具体工作的效率和零件质量均具有较大的影响。因此，在生产过程中，无论是复杂程度和加工种类差别，均需要慎重选择合适的刀具，这也成为了整个零件加工工艺的难点，产生的作用至关重要。从现阶段的虚拟加工技术应用来看，虽然可以满足对数控代码的验证，也能满足对整个工艺路线的合理性和正确性的验证，但是最终却只能对道具和参数的选择进行定性分析。这样就需要结合其他软件能进行相关定量分析的软件，例如VERICUT软件。该软件的优势在于能够开展自动化对比工作，而且通过零件加工过程的控制，能够帮助工作人员进行更高效和准确的刀具确定。同时，也能够通过具体条件开展虚拟验证工作，对于运行过程中可能出现的潜在危险因子进行分析，并对工艺方案进行优化。随着时间的推移，也有不少的仿真软件能够对数控加工阶段进行整体的仿真与模拟，这使得程序调控所需的时间和资源得到了有效节约，对于制造业的发展有了很大程度的推动。
4结束语
数控加工仿真技术的迅猛发展使得复杂的零件加工质效水平有了很大程度的提升，同时也使得调试阶段的废品成本得到了极大的降低，更有效地解决了程序错误更机床和工件带来的损伤问题。但是，该项技术的发展仍需要对产品的物理现象和规律进行深入的研究，才能更大程度地发挥仿真技术优势，最终使得数控加工的精度、质量、生产周期以及效率得到更大的提升。
参考文献：
[1]武珍平.数控加工中仿真技术的应用[J].品牌(下半月),2015(01):195.
[2]王守峰.小议数控加工中仿真技术的应用[J].电子测试,2015(12):94-95.
数控加工仿真技术范文2
1虚拟数控系统特点
数控加工仿真是利用计算机仿真技术，在计算机上模拟实际的机床加工过程，以部分替代实际机床的操作训练，它不仅可以验证数控加工程序的可靠性，而且能够预测切削过程，从而减少工件的试切，提高工作效率。仿真可分为几何仿真和物理仿真两类。(1)几何仿真不考虑物理因素的影响，来仿真刀具几何体的运动，主要用来验证NC程序编程是否合理，以便减少因程序错误而导致的刀具折断、机床损伤、零件报废等问题，缩短程序开发时间，节约成本。常用方法主要有：离散矢量求交发、基于图像空间的方法、直接实体造型法。几何仿真可以是实时仿真也可以是非实时仿真。(2)物理仿真物理仿真又称为力学仿真。在铣削过程中，受物理参数影响较大，物理仿真是通过切削仿真过程的力学特性来分析刀具振动和刀具破损情况，控制切削参数，建立物理模型，从而优化切削过程。物理仿真要求实时仿真。
虚拟数控加工系统主要包括虚拟加工环境和虚拟加工过程两部分，职业院校虚拟数控加工系统应满足以下要求：第一系统要有丰富的刀具材料库，建立工艺系统的几何模型；第二动态显示整个运行环境，对加工环境进行仿真，包括三维工件的实时切削、刀具补偿、坐标系设置等；第三机床操作全过程仿真，包括仿真机床工件装夹、基准对刀、压板安装、安装刀具等操作；第四实现互动教学，师生操作过程能实时双向互动；第五实现仿真考试自动评分，系统能够根据事先设定标准对完成工件尺寸及整个操作过程进行评分；第六保证系统的安全性。
2虚拟数控系统总体设计
基于Delphi的数控加工仿真系统具有刀具几何建模、三维图形仿真、碰撞检测以及材料切除仿真等功能。数控仿真系统可以为操作人员提供接近真实的加工环境，全方位模拟实际的加工过程。该数控仿真系统总体结构如图1所示:
2.1加工环境建模模块加工环境建模包括几何建模和虚拟面板两个模块。其中几何建模包括机床建模、工件建模、刀具建模以及夹具建模等，虚拟面板模块包括虚拟显示屏和机床操作面板等。(1)机床建模机床建模采用结构实体几何法，它不能脱离真实机床而独立存在，它是以真实机床为研究对象，不考虑机床的传动装置确定机床的结构参数，对机床结构进行的简化处理。由于机床类型多种多样，在建立机床模型时根据模块化原理需要定制标准的模块，确保机床模型与真实机床一样。(2)工件建模工件建模过程在仿真加工系统中处于十分重要的地位，它的好坏直接影响到仿真产品的质量。一个模型可以用属性模型和几何模型两个子模型共同来表示，其中产品的属性通过属性模型来表示，而它的尺寸和形状则通过几何模型来表示。(3)刀具建模刀具种类繁多，可利用实体建模方法实现对刀具的建模。
2.2虚拟加工模块加工过程模块包括NC代码处理模块、刀具应用模块和加工仿真模块三个模块。通过三维动画模拟工件加工过程是整个系统的核心。用户可以在OpenGL创建的虚拟环境中对工件加工的可行性和NC程序的正确性进行检验，同时在整个加工过程中刀具与机床碰撞的情况有可能会出现，必须对系统进行碰撞检测，提高虚拟加工环境的真实性。
数控加工仿真技术范文3
在实际的加工过程中，对于某些复杂零件在四轴联动数控机床的加工，没有一种有效的技术手段来保证数控代码的正确性，更谈不上提高数控程序的编制效率。因而，采用一种有效的技术手段来减少，甚至消除零件的实际试切，并确保数控加工程序的正确性非常必要。为此，我们希望采用加工模拟仿真软件。
VERICUT是一种专用数控加工模拟仿真软件，它采用了三维动画显示及虚拟现实技术，其数控加工模拟过程生动逼真，能够取代传统的切削试验加工方式，能够分析出机床各部件之间以及与工装夹具、刀具和刀柄之间是否发生干涉与碰撞，同时可以检测加工过程中可能存在的各种问题，避免不必要的损失。
一、VERICUT机床加工仿真过程
采用VERICUT机床加工仿真可显著提高加工效率。图1a为使用仿真软件前的工作流程，图1b为使用仿真软件后的工作流程。可见，使用仿真后，用户在进行数控编程时，可利用仿真软件随时检查编程的正确性，省去了人工的、额外的程序检查。通过仿真还可省去空走刀试切削工序。
二、设计原理
（1）通过用VERICUT软件模型建立工具，根据机床的结构特点设计一台Mazak_nexus410a型四轴数控加工中心的CAD模型。
（2）定义机床控制系统，设置控制代码及相应的参数。
（3）按照汽轮机叶片加工编程的工艺流程，建立刀具库，毛坯与夹具、机床信息，并自动添加到相应窗体中。
（4）仿真是可选择多种不同的仿真模式以适应不同需求，用户可选择实体仿真、带机床仿真、快速仿真和轨迹显示等不同模式。亦可设置模拟停止条件和仿真速度、显示NC代码等。用户可在仿真过程中随时叫停，进行工件尺寸测量。
三、构建四坐标Mazak_nexus410a仿真机床
1.建立机床组件树
Mazak_nexus410a型四轴联动加工中心包含的运动部件有X轴、Y轴、Z轴和A轴，另外就是固定的机身部件。分析机床结构，可以看出，刀具安装于Z轴运动部件上，Z轴运动部件沿机身导轨上下移动。毛坯定位于Y轴运动部件上，Y轴运动部件安装于X轴上并相对于X轴沿导轨做前后移动，A轴安装于X轴上并相对于X轴做旋转运动。本文建立的基于Mazak_nexus410a加工中心的组件树模型如图2所示。
由此可见，从刀具到毛坯的路径有两条，一条是刀具运动链，其结构为刀具Z轴机身；另一条是毛坯运动链，其结构为毛坯Y轴X轴A轴机身。
2.机床各部分三维模型的建立
为了在软件VERICUT中准确配置机床，需要建立机床三维模型。机床三维模型可用各种通用CAD软件绘制，其数据格式保存为STL文件。图3为Mazak_nexus410a型四轴联动加工中心，这里以该机床作为机床原型，建立机床三维模型，分析其三维运动链。此处三维建模在Creo2.0绘图软件中完成。
三维造型技巧：①机床各运动部件分别造型；②各运功部件设计坐标系与坐标原点位置均一样，坐标系原点可定位于理论上的机床原点。③可利用Creo自顶而下的建模方法，使得机床造型原点能自始至终保持不变。
Mazak_nexus410a型四轴联动加工中心组建树模型，如图2所示。
3.对机床进行系统参数设置
建立好的机床模型还不能进行零件的加工，需要对其进行初始化设置。
（1）机床干涉检查设置。
利用VERICUT的“机床设定”，可以进行一些机床最基本状态的设置。在仿真时，VERICUT将检查Y轴组件以及关联部件（夹具、毛坯）和Z线性轴以及关联部件（主轴、刀具）是否会产生碰撞，使用这种方法可以检查全部可能发生碰撞的部件、但会降低仿真速度，如果设置成部件干涉检查，VERICUT仿真时只会检查在列表当中存在的两个部件间的碰撞。所以设置干涉检查尽量不选用Sub-Components，而对会产生干涉的部件和其子部件分别设置，这样可以提高仿真速度。
（2）定义A轴。
“机床设定”可用于设置机床初始位置、换刀位置等细节参数。为满足本机床的需要，设置旋转头，定义第四轴参数。①选Attach（0，0，0）图标，点鼠标右键，添加A轴，将会在Attach（0，0，0）下出现A（0，0，0）图标。为了保证A轴和夹具的配合，需要将A（0，0，0）修改成A（-160，-130，130）。②选中A（-160，-130，130）图标，点鼠标右键，然后根据提示选择前面Creo2.0输出A.stl文件模型。
（3）机床行程设置。
在“机床设定”（Maching Setting）对话框中单击“行程极限”（Travel Limits）标签。选中“超程错误”（Log Error for Over Travel）和“允许运动超出限制”（Allow Motion Beyond Limit）复选框。列表框设置内容如图4所示。
4.机床数控系统的选择
机床初始化定义完成后，需要加载机床的控制系统，本例中将加载VERICUT自带的控制系统sin840d.ctl。
在项目树中，双击图标，弹出“打开控制系统”（Open Control）对话框。在Shortcut下拉列表框中选择“机床库”（Library），选择sin840d.ctl，单击“打开”（Open）按钮。完成控制系统添加，机床自动初始化到如上定义的初始位置。
四、机床刀具库的建立
在VERICUT系统刀具资料库中建立刀具，其中刀具参数包括了刀具的型式、刀具的长度、刀刃的直径和刀刃的长度等，如图5、图6所示。
五、虚拟机床的仿真加工
在完成了机床建模、添加刀具、工装、毛坯、数控程序以及设置程序零点后，就可以在机床上进行仿真加工了。
本文以叶片加工为例介绍利用VERICUT系统进行机床仿真加工的过程。
1.仿真加工前的准备工作
（1）调出机床和刀具库。在VERICUT系统菜单中调出前面建立的虚拟四轴机床和刀具库。
（2）安装夹具。①在组件树中选X（0，0，0）图标，点鼠标右键，在X（0，0，0）图标下面将出现Attach（0，0，0）图标。②选Attach（0，0，0）图标，点鼠标右键，添加夹具，将会在Attach（0，0，0）下出现Fixture（0，0，0）图标。③选Fixture（0，0，0）图标，点鼠标右键，然后根据提示，选择前面creo2.0输出的base.stl文件模型。需要调整夹具模型的位置，使夹具模型在工作台上的位置适当。
（3）建立或导入工件模型。工件模型是要提供使用者观察整个NC加工模拟完的结果，而在VERICUT系统中要取得工件模型的资料有两种方式：第一种方式由VERICUT系统本身建立工件模型；而另一种方式由外部系统产生工件模型，然后将工件模型与四轴数控机床的结构整合。
（4）导入NC程序。在项目树中单击“数控程序”选项，在下面的“配置NC程序”中单击“添加NC程序文件”按钮可以同时调入多个所需要调入的数控程序。
（5）设置G代码偏置。G代码设置比较复杂，主要包括编程方法和工件坐标系的偏移设置，这些设置要根据不同的加工进行相应的设置。在项目树中单击“G代码偏置”选项，在下面的“配置G-代码偏置”选项中单击“添加”按钮，在设置“工作偏置”中，按照图7所示的对话框进行配置，并在“调整到位置（0，0，0）”选项中单击右边“光标”按钮，然后选择毛坯的中心，可以看到“调整到位置（0，0，0）”变成了“调整到位置（0，0，-1.5）”。
2.Mazak_nexus410a型四轴联动加工中心NC加工的模拟
VERICUT系统的NC加工模拟包含了可以执行单行程式的单行执行模拟及完整NC加工模拟，说明如下。
（1）单行执行模拟。使用单行执行模拟可对NC程式做单行执行的动作，该方式主要用以观察切削刀具的初始位置是否正确。如图8所示，开启NC程序并执行模拟至呼叫刀具处。
（2）完整NC加工模拟。运用VERICUT内部的双视窗模式并搭配手动控制模拟速度的调整，一个视窗可让使用者清楚观察Mazak_nexus410a型四轴联动加工中心各个机构实际运动的情形，另一个视窗可以让使用者观察刀具切削工件模拟的情形。如图9所示，为本例NC加工模拟过程中的四轴联动加工中心对叶片进行仿真的界面，切削时每一点位置的刀具向量皆为曲面的法线向量。
数控加工仿真技术范文4
关键词：三维实体；加工仿真系统；建立方法
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.03.234
数控加工仿真系统中运用计算机图形学技术已经逐渐成为教学和生产过程的重要发展趋势。CAD/CAM当中的重要组成部分之一便是数控加工，然而CAD/CAM的集成过程极为复杂。因此，施工人员在实际施工当中，利用CAD/CAM/NC正式加工零件之前应先对零件进行试切。以往施工人员使用木模、蜡模作为试验工件，但这会耗费大量的人力、物力，延长了生产时间，生产效率也随之下降。因此，生产企业开始在生产当中使用数控加工仿真系统，以便代替试切工作，从而缩减生产周期，为企业节省大量的成本。
1 数控加工使用的刀具轨迹算法
1.1 插补离散算法
设计人员首要解决的问题便是如何对刀具以及工件的运动进行控制，数控加工仿真系统设计人员在系统当中设计两个运动坐标，并使两个坐标相互协调运动，可形成平面曲线。而对空间曲线以及立体曲线，则需要设计人员设计三个运动坐标，并使其协调运动。生产人员使用设备在进行工件加工时，只需按照流程将有关产品的信息录入设备当中即可对数控装置进行控制。所输入的信息也能够通过计算的方法计算，但是随着曲线阶次的提高，计算也更为复杂，因此数控加工基本不将这种计算方式用作控制信息的输入。插补离散算法是较为常用的刀具轨迹算法，具体有以下三方面内容：
第一，直线插补。设存在刀具在空间内进行直线移动（如图1所示），该直线起点为点P0，坐标为（X0，Y0，Z0），终点为Pe，坐标为（Xe，Ye，Ze），刀具直线运动的速度表示为F，插补周期用T标示，直线插补的核心是计算各个插补周期之中轮廓步长在坐标轴之上的投影分量。系统会将插补直线作为空间向量，则此时有以下公式：
图1
由上述公式可知，F在在3个轴上的投影分别为Fx=Fcosα、Fy=Fcosβ、Fz=Fcosγ。之后，数控加工设备会计算周期与速度投影分量的乘积，所得到的值即为各个坐标轴在某一生产周期当中的运动步长（ΔX，ΔY，ΔZ），直线插补过程中，各个周期内坐标轴变化的总是一个定量，故而插补过程中，i+1的动点坐标如下：
Xi+1=Xi+ΔX
Yi+1=Yi+ΔX
Zi+1=Zi+ΔX
通常情况下，插补最后一步与下一个轮廓步长之间存在差异，因此设计人员可将终点坐标Pe（Xe，Ye，Ze）直接选作最终的插补点坐标，以便确保插补精度。
1.2 圆弧插补
数控加工设备在使用圆弧插补需以满足精度为前提，利用数条切线、弦以及内外均差割线形成近似于圆弧的线。其中，利用数条切线逼近圆弧可能会导致圆弧存在与计算存在偏差，因此无法使用。就目前而言，圆弧插补算法不断丰富，其中有二阶梯递归算法、直接函数法以及角度逼近圆弧算法。以二阶梯递归算法为例。在递归函数中进行采样插补的实现形式便是通过递归计算轨迹曲线参数方程，因为其依据之前已知的插补点进行插补，故而称其为递归插补法。
2 三维实体的数控加工仿真系统建立与应用
2.1 时空仿真的基本流程与功能
三维NC加工仿真系统主要负责检测NC代码是否具有有效性，同时检查代码是否正确。尤其需要注意加工过程当中所进行的碰撞检验，其会向使用者以及设计人员直观准确地体现设计成果，以便使用者对产品有所了解，设计人员也能够观察设计成果当中的不足，进而对部分零件进行修改或是替换。
数控方针模块具有以下功能。
第一，能够使机床、工件、刀具以及夹具等生产用物品具象化，建立其三维模型，便于使用者以及设计人员观察。
第二，运动仿真可由NC代码进行驱动。
第三，及时向工作人员反映生产过程中，各个部件的实际运行状态，以便机械在发生故障之后，生产人员能够及时排查问题。
第四，数控加工仿真系统能够完成自动换刀。
第五，系统可对碰撞检测过程进行干预。
2.2 零件实体模型的建立
数控三维加工的零件表面形状并不规则，且较为复杂多变，如部分零件的曲面呈不规则的形状。以车削加工类零件为例，该类工件的表面以回转体居多，定义于轴心方向上平面所做的投影，其曲线也为对称的自由曲线。该类曲线一般可由插值方程、拟合方程以及参数方程等数学方程方式进行表达，往往不能使用较为统一的数学方式表达与处理。设计人员可利用建立工件三维实体模型的表达方式进行表达，该方法储存其零件实体特征构成中各种几何信息的方法是以节点为结构体类型的链表类。以便数控加工仿真系统能够完成与其他设备进行信息共享。
针对车削加工当中的零件来说，工作人员可将零件按照各部分形状之间的差异分为圆柱面、球面以及圆台面，为了数控加工便捷，工作人员可认为零件整体便是由圆台以及圆周构成。针对成型曲面，工作人员可通过离散，将其分为圆柱以及圆台，使得零件整体结构的描述相同。而针对柱面段，工作人员只需确认柱面段的具体长度、内外直径以及一端的Z坐标位置，便能够确认这一柱面段的具体形状。
工作人员将构成零件各个特征部分作为节点进行标注，将属性相同的节点封存于同一个结构体中，各节点都包含对该特征阶段的描述信息。之后建立一个链表将结构体内的节点串联，各节点的储存顺序需自左端点起向沿Z轴方向呈升序排列。设计人员按照上述方式能够使不同特征对外拥有统一的接口。数控加工仿真系统将各节点信息统一储存于链表结构当中，便能够获得较为完整的零件表面信息，便于之后进行三维效果的呈现以及求交运算。
2.3 材料去除的算法
工作人员在对工件进行加工过程中，可将工件分为几个部分，即分为多个节点。之后只需检查刀具的运动所坐标，便能够浏览链表内部的信息，从而确定哪些节点加工已然结束，对该节点进行修改。同时也可以增加或删减部分节点，之后便能够得到整个工件。具体方法如下：第一，生产人员将指针移动至表头，此时观察指针是否从表头移动至表尾。第二，若指针尚未到表尾，生产人员观察节点长度是否等于零。第三，若长度为零，生产人员可将该节点删除，之后将指针向下移动。第四，若节点长度不为零，生产人员可对节点进行修改，或是添加刀具的位置信息，插入新的节点，之后继续将指针向下移动。第五，经过上述步骤之后，指针可以自表头移动至表尾，此时生产人员可将工件具象化，并建立该工件的三维模型，将工件完成呈现出来。
2.4 干涉和碰撞的检查
NC代码的正确性需借由干涉以及碰撞的检查进行检验，检查内容主要为夹具、机床非移动部件等非加工部位是否受到检测刀具以及机床等移动部件的影响。数控加工仿真系统是借由NC代码驱动刀具进行加工，因此若移动部件对非加工部件产生影响与干涉，则此处的NC代码会及时向使用者进行反馈，使用者可通过反馈的信息进行修改。工作人员在检查过程中将以下几点作为依据进行判断：其一，加工过程当中，是否存在部分刀具为空走刀。其二，刀具切削部分是否会干涉已然加工完成的工件，出现过切的现象。其三，刀具当中非切削部分是否与工件表面存在碰撞的现象。工作人员在使用数控加工仿真系统进行生产过程中，需注意对NC代码正确性的检测，不可忽视这一工作，导致后续生产工作无法顺利进行。
3 结束语
如今，数控加工技术已广泛运用于生产加工当中，对我国工业生产也起到了促进作用。对工业生产企业而言，数控技术仿真系统的应用为企业减少了大量的成本，同时提高了企业的生产效率。就本文研究来看，基于三维实体的数控加工仿真系统不仅具有重要使用价值，且可以对数控代码生成和校验的各项数据进行仿真和计算，进而避免出现干涉和碰撞等，最终大力提升加工效率。所以，这套系统对于实验、加工、生产以及教学研究都具有不可替代的重大意义。
参考文献：
[1]彭健钧，郭锐锋，张世民.数控加工仿真系统的研究与应用[J].小型微型计算机系统，2010（06）：1240-1244.
数控加工仿真技术范文5
通过对Mikron_Ucp800五轴数控机床坐标系和运动特征的分析， 使用Creo 软件的CAD 模块建立机床中的部件和被加工工件的虚拟几何模型并输出STL 模型，接着让VERICUT 系统可以直接读入机床组件和被加工工件模型资料进入系统，完成机床在VERICUT 中的虚拟建模。然后对机床组件模型、工件模型、NC 程序、刀具资料及工作坐标系等资料进行整合，对后处理程序产生五轴加工程序进行仿真验证，证明了后处理程序的正确性。
一、引言
近年来，许多医疗设备，航空零部件，汽车零部件和模具都需要具有较高的精度和复杂的空间几何形状，使得五轴加工越来越重要，但是因为五轴机床具有自由度大，精度高且承受不了碰撞的特点，因此五轴机床在执行切削加工前，必须进行切削模拟测试。鉴于此，我们设计了一个五轴机床机构的运动仿真模型，并使用这个机构模型进行数控刀具路径的仿真模拟。首先，由Creo 设计该五轴机床的机构模型和工件模型，通过CAM 软件设计五轴加工NC 代码，然后再通过VERICUT 仿真模拟软件整合两者资料并构建刀具资料后，即可开始五轴加工仿真模拟，通过这样的方式将Creo、CAM 软件和VERICUT 软件三种软件中的五轴机床资料整合在一起，使用户可以看到五轴机床的运动仿真场景的结果，并切削模拟，还能让使用者在NC 加工程序之后，可以更容易且更快地获得切削加工仿真的结果。
二、建模仿真用的机床各部件
1. 机床结构
该机床型号UCP800，是双摆台五轴联动立式加工中心，本机床配备X、Y、Z、A 和C 轴，是一款A 轴绕X 轴旋转，C 轴绕Z 轴旋转的五轴加工中心。各轴行程如下：X 轴行程800mm,Y 轴650mm，Z 轴500mm，A 轴-100°～ 120°，C 轴0 ～ 360°，各轴相对初始位置关系，由于机床模型的复杂性，我们首先利用Creo 三维软件构建三维机床，并且以组件形式逐个输出STL 格式模型文件，需要注意输出组件模型时的参考基准坐标系，此参考坐标系相当于导入VERICUT 中的坐标系原点，如图1 所示。
2．机床结构的逻辑关系
在Creo2.0 中将7 个机构模型画出，如基座模型、Y轴机构模型、X 轴机构模型、Z 轴机构模型、C 轴机构模型、A 轴机构模型和刀轴机构模型，导入机构模型必须转换成STL 格式。由于五轴机床的结构为整合的基础，因此，有必要先建立五轴机床的结构，以Mikron_Ucp800 五轴机床为例，其结构要分成X 和Z 两部分，如图2 所示。
3. 虚拟机床部件树的建立
当所有的机构模型与五轴机床结构整合完成后，即可得到如图3 所示，每一个子结构中都包含了各自所代表的机构模型。
双摆动机型五轴立式加工中心的结构描述如图3 所示，其中X 和Z 在机床本体上移动，所以在机床本体下面建立两个子结构X 和Z，并且把该结构分为X 和Z 两部分来看。
（1）X 部分：当X 运动会带动Y 一起运动并且X 是一个移动滑块，其中夹具和工件都固定在回转工作平台C上，所以在X 下面建立Y，并且使夹具和工件都依附于C回转工作平台下。
（2）Z 部分：当X 轴运动时将会带动A 轴一起运动，而A 轴运动会带着C 轴一起运动，所以X 轴下面建立A 轴，在A 轴下面建立C 轴，我们把此模型称为双摆台机型，刀轴是建立在Z 轴上，所以在Z 轴下建立主轴并在主轴下建立刀具。
当有了五轴机床的结构后，即可开始进行五轴机床结构与其他资料的整合。
4. 导入机构模型的STL 资料
将机构模型的资料与导入五轴机床的结构中，并在视窗中显示五轴机床的各个机构模型。
本文将机构模型的资料导入五轴机床的结构方式说明如下，并以将基座模型导入为例。
（1）因为本研究是将外部资料与五轴机床的结构做整合，所以使用的方式为将外部资料导入至五轴机床的结构中，如图4 所示，运用加入模型档案（Model File）的方式来将机构模型资料导入至结构中。
（2）将基座模型导入至结构后，模型会以模型设计时的坐标系原点为基准导入，如图5 所示，坐标系原点与五轴机床结构的机械原点会重合，且当资料导入后，即可在视窗中看见五轴机床的基座模型。
当所有的机构模型与五轴机床结构整合完毕后，即可得到如图6 所示，每一个子结构中皆包含了各自所代表的机构模型，并如图7 所示，整合完成的机构模型皆会显示在视窗中。
5. 机床初始化设置
在机床设定中设定行程（图8）及其他参数，检查机床运动结构是否符合真实运动情况，以此完成机床的构建。
三、调入控制系统、工件、夹具及NC 程序
此机床采用TNC530 控制系统，调入VERICUT 控制系统文件hei530.ctl。
工件模型主要是提供使用者观察整个NC 加工模拟完的结果，所以整合资料中包含了工件模型资料，而在VERICUT 系统中要取得工件模型的资料有两种方式，第一种方式为由VERICUT 系统本身建立工件模型，而另一种方式为由外部系统产生工件模型，然后将工件模型资料与五轴机床的结构整合。
夹具模型由外部系统产生，然后将夹具模型资料与五轴机床的结构整合。
NC 程序的功能为驱动五轴机床的切削运动，所以在执行五轴机床的NC 加工模拟前也需将此资料整合，当NC程序导入完成后，五轴机床才能按照NC 程序中的内容来执行NC 加工模拟。
四、刀具库建立
刀具资料是由使用者在VERICUT 系统中建立的，使用者也可以先行在VERICUT 系统中建立一个刀具资料库档案，当需要使用时，可以直接呼叫刀具资料库档案进来，并且需定义刀具被夹持的位置点。
参考Creo 系统中所设定的刀具资料来建立NC 加工模拟所需使用的刀具，如图9 及图10 所示，在刀具资料库中建立刀具、其中刀具参数包括了刀具的型式、刀具的长度、刀刃的直径和刀刃的长度等。
五、设定工作坐标系及相关参数
因为NC 程序都参照工作坐标系为基准，所以由图11中的G 代码偏置来定义VERICUT 系统的工作坐标系，并如图12 所示，定义工作坐标系的参照位置为TooL 至MCS，系统会根据参照位置自动为机器做刀具补偿的动作。
六、仿真结果
图13 为某零件在五轴机床加工模拟完成后的结果，其仿真过程反映了真实的加工过程，通过自带比较功能，及时发现碰撞及干涉情况，有针对性的对刀具的走刀路径进行优化，减少空走刀。
当NC 加工模拟测试完成后，Creo 及PowerMILL 及VERICUT 三者的资料整合已完成，接下来可以让使用者直接使用此整合资料执行其他不同类型工件的NC 加工模拟。
数控加工仿真技术范文6
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：
