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基於VERICUT 的雙（shuāng）主軸車削加工中心虛擬仿真（zhēn）應用研究

2017-1-23 來源：陝西國防（fáng）工業職業技術學院作（zuò）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（wán）成零件的所有加工特征，但由於（yú）其結構的複（fù）雜性，機床在進行新零件（jiàn）試切時容易發生幹涉、碰（pèng）撞等危險情（qíng）況。采用（yòng）虛擬仿真加工技術（shù），基於VERICUT 軟件構建機床的（de）虛擬（nǐ）仿（fǎng）真（zhēn）加工（gōng）係統，對工件進行仿真加工，能夠方便（biàn）、準確（què）的檢測NC 程（chéng）序的正確性，觀（guān）察加工過程，預知加工結果，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（chē）削加工中心虛擬仿真VERICUT

0.引言

雙主軸車削加工中心是在車削機床基礎（chǔ）上添加了動力銑、鑽、鏜以及副主軸等功能而形成（chéng）的（de）先（xiān）進加工機床（chuáng），該機（jī）床使得需要（yào）多個加工工序的工（gōng）件在車（chē）削加工（gōng）中心上一次完成，不僅減少了因多次裝夾而導致的加（jiā）工誤差，還提高了加工效率，對機械產品的高質（zhì）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（shuāng）主軸車削加工中心不僅結構複雜，且存在銑、車等不（bú）同模式，在實際應用中存在（zài）數控程（chéng）序編寫困難、正確性檢測困（kùn）難的問（wèn）題，這（zhè）些問題製約著（zhe）車削中心的高效應用，給企業快速（sù）生產帶來障（zhàng）礙。通過應用（yòng）虛擬仿真（zhēn）技術，能夠快速、準確（què）的實現NC 程序的正確性檢測，同時完成工（gōng）件的仿真加工，直觀的觀察工件加工（gōng）過程，預知加（jiā）工中可能出現的幹涉（shè）、碰撞的危險情況，降低機床使用中的風險[1]。本文以TNR-200YS 雙主軸車削中心（xīn）為（wéi）研究對象，基於VERICUT仿真平台，構建該（gāi）機床的虛擬仿真係統，介紹了在VERICUT 中建立雙主軸（zhóu）車削加工中心（xīn）虛擬仿真（zhēn）係統的一般方法及技術（shù）難點（diǎn），並對一回（huí）轉體零件進行仿真加工，證實該虛擬仿真係統的正確性及（jí）可靠性。

1.雙主軸車削中心虛擬仿真加工（gōng）原理（lǐ）

虛擬仿真加工係統是實際機床在不消（xiāo）耗能源和資（zī）源情況下（xià）在計算機中的完全映（yìng）射。它由機床硬件結構和控製係統（tǒng）兩部分組成。根據機床的（de）結構及尺寸，在（zài）VERICUT中建立虛擬機床模型，使其具有與實（shí）際機床相同的加工功能，滿足虛擬情況下加工的需要。其仿真原理及（jí）構建（jiàn）過程如圖1 所示。

2.構（gòu）建虛（xū）擬仿真係統

2.1 機床參數測量

虛擬機床（chuáng）模（mó）型和實際機床模型的一致（zhì）性是虛擬加工仿真（zhēn）結果可靠性的重（chóng）要保證[2]。雙主軸（zhóu）車削（xuē）中心（xīn）要在不停機狀態下完成換裝，對機床各部件的空間位置精（jīng）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。機床的尺寸主要通過實（shí）際測量以及查詢技術手冊（cè）來獲取，在實際測量時，主要通過激光測量（liàng）儀、卷尺、板（bǎn）

圖1 雙主（zhǔ）軸車削（xuē）中心虛擬仿真加工原理

尺等工具來對機床各（gè）運動部件進（jìn）行測量。建立虛擬（nǐ）模型所需主要尺寸有（yǒu）：①、機（jī）床（chuáng）主軸、副主（zhǔ）軸、工作台、刀塔等組件的外形尺寸；②、機（jī）床在初始狀態下（xià）（即X0Y0Z0C0時），各移動、旋轉組件的（de）定（dìng）位尺（chǐ）寸及（jí）相互間的內部空間尺寸；③、機床其它部件的裝配尺寸；④、機床外形輪廓尺寸。

2.2 構（gòu）建虛擬機床硬件結構

要正確建立機床的虛擬模（mó）型（xíng）首先需要明（míng）確機床的運動（dòng）關係即機床的運動鏈。TNR-200YS 具（jù）有兩條運動鏈（liàn）：基座———工件；基（jī）座———刀具，如圖（tú） 2。對運動鏈上的（de）各部件進行三維建模，並按照運動關係（xì）將其組合起來，即完成機床的硬件結構（gòu）。由於該（gāi）機床結構較複雜，在VERICUT 中對其建模存在一定的困難，因此選擇在UG 中（zhōng）完成各部（bù）件模型的建立，然後將部件模型保存為STL 文件導入VERICUT 中（zhōng）。

圖2 機床運動（dòng）鏈

完成機床各個結構部件的幾（jǐ）何模型後還需對其賦予運動關係，這樣機床才具有與實際（jì）機床一致的運動（dòng）特性。在VERICUT 中構建機床的運動樹，選擇相應的運動組件來實（shí）現運動關係的添加。將UG 中建好的.STL 文件（jiàn）加載到相應的組件下，並對照實際（jì）機床將各部件放在準確位置[3]。如圖3 為基座—刀具模型機構圖。

用類似的方法完成主軸、副主軸、卡爪等部件的加載，如有（yǒu）模型的位置與實（shí）際模型位置不符的，利用VERICUT中的“配置模型”功（gōng）能調整模型位置。

2.3 建立（lì）刀具庫

VERICUT 中提供了豐富（fù）的刀具設計樣本，根（gēn）據刀具的具體特征及參數，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（de）順利進行，還需設置刀具的驅動點（對刀點（diǎn））、安裝點等參數如圖4 所示為雙刃（rèn）車（chē）刀的設計。

2.4 控製係統配置

根據實際機床的控製係統，在（zài）VERICUT 所提供的控製係統庫（kù）中（zhōng）選擇FANUC21i 係統。由（yóu）於雙主軸車削加（jiā）工中心與通用機床有所不同，因此，需要針對實際機床中用到的代碼進行數（shù）控（kòng）係統的再開發，使得開發（fā）後的控製係統能夠滿足機床的加工功能（néng）。

TNR-200YS 雙主軸車削中心在使用中能夠進行主軸車削、主軸銑削、副（fù）主軸車削、副主軸銑削等多個加工模（mó）式，這些加工模式的區分是通過代碼M75、M76、M175、M176 來實現的，因此要專（zhuān）門對這些代碼進行定製。在VERICUT“文字/ 地（dì）址”窗口中，添加（jiā）需要的代碼名稱（chēng），並進行（háng）相應功能的描述，在宏命令格（gé）式中定義代碼的功能，完成特殊功能代（dài）碼的定製。用類似的方法實現其它特殊功能的G、M 代碼的設（shè）定。

2.5 機床參數設置

為確保仿真加工的順利進行，還（hái）需進行機床參數的正確設置。VERICUT 中要進行的機（jī）床參數設置主要包括：機床行程、碰撞檢（jiǎn）測、換刀點等。隻有正確設置機床參數，才會在虛擬加工中當（dāng）出現超程、碰撞的問題時及時報警。因（yīn）此機床參數（shù）設置對虛擬係統（tǒng）的可靠運行尤為關鍵。根據實際參數完成設置（zhì）後，仿真係統構建完成。

3.仿真（zhēn）加工

3.1 NC 程序生成（chéng）

在三維軟件UG 中（zhōng）建立工件的三維模型，並利用UG先進的數控加工功能，進行工件的工藝處理，生成正確的前置（zhì）刀具軌跡。UG 中自帶了強（qiáng）大（dà）的（de）後置處（chù）理功能，能夠快（kuài）速（sù）的對三軸及以下的刀具軌跡文（wén）件進行處（chù）理，生成機床能直接識別的NC 程序[4]。本文主要研究機床的多軸複雜加工（gōng）功能，而UG 自帶的後（hòu）置（zhì）處理器不能滿足工件的使用要求，因此需要基於（yú）UG 後處理模塊進行專用後置處理器的開發，以（yǐ）滿足NC 的（de）正（zhèng）確生成。

3.2 虛（xū）擬仿真加工

將UG 中輸出的NC 程序添加到虛擬（nǐ）仿真（zhēn）係統中，添加（jiā）毛坯、工件的模型到係統中，並對G 代碼偏（piān）置進行設（shè）置，設置完成後進行工件的仿真加工，如圖5 所示。

圖5 虛擬仿真加工

4.總（zǒng）結

文中對VERICUT 中建立雙主軸車削加工中心虛擬仿真（zhēn）係統（tǒng）的一般方法進行了總結，並（bìng）以TNR-200YS 雙主軸（zhóu）車（chē）削中心（xīn）為原（yuán）型，對其建模中的一些關（guān）鍵點（diǎn）及難點進行概述（shù），完成（chéng）了該機（jī）床的虛擬仿（fǎng）真係統的（de）建立，並對一回轉體工件進行了仿真加工。結果表明：該仿真係統（tǒng）能夠正確的實現雙主軸車削加工中心的所有加（jiā）工功能，正、副主軸上的加工與實際要求相符。通過仿真加工檢測了加工中可能出現的幹涉、碰（pèng）撞等（děng）危（wēi）險情況（kuàng），預知加工過（guò）程，提高了實際機床應用中的安全性（xìng）及效率。為（wéi）雙主軸車削加工中（zhōng）心的虛擬建模及仿真提供了參考。

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