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基於 VERICUT 的 CKA6150 數控車床仿真（zhēn）研究

2017-12-12 來源：天津機電職業技術學（xué）院產學研中心作者：趙華，李衛兵

摘要：針對在企業生產和教育培訓領域廣泛使用的 CKA6150 數控車床，在 VERICUT 中構建仿真模型，對仿真機床構建的一般方法和步驟進行探討，給出了構建過（guò）程中的注意事項和一些實用（yòng）技巧（qiǎo）。以數（shù）控車床防護門及四工（gōng）位回轉刀架的控製為例，重點研（yán）究了（le）通過宏命令子程（chéng）序及特殊控製指（zhǐ）令定製來控製機床部件運動的方法。通（tōng）過一個仿真實例的運行，驗證了所構（gòu）建仿真機床的正確性，為（wéi）宏程序（xù）及其它複雜車削工件（jiàn）加工程（chéng）序校驗及教學培訓提供可（kě）靠的 CKA6150 仿真。

關（guān）鍵詞：；CKA6150 數（shù）控車床；宏命令；仿真

VERICUT 是一款專業的數（shù）控加工仿真軟件，可以對各種數控加工設備的加工過程進行仿真，廣泛應用於生產（chǎn）和培訓領域[1]。VERICUT為用戶提供了豐富的機床及係統樣（yàng）本庫（kù），但尚不完善（shàn），數控車床（chuáng）案例缺乏，樣本機床形（xíng）式單（dān）一，難以實現複雜運動的控製[2]。因此，本文針對數控臥式車床（chuáng） CKA6150 進行仿真研究，對構建（jiàn）仿真加工環境的一般方法和步（bù）驟進行探（tàn）討（tǎo），對通過宏命令子程序及自（zì）定義高級指令來進行機床附件控（kòng）製的方法進行重點（diǎn）研究。

1 、機床構（gòu）建

CKA6150 數控車床是大連機床廠（chǎng）生產的一（yī）款縱（Z）、橫（X）兩坐（zuò）標控製（zhì）的數控臥（wò）式車床，配有華中世紀星的數（shù）控係統 HNC-21T。CKA6150 數控車床采用的是（shì）平（píng）床身結構（gòu），配有（yǒu）氣動卡（kǎ）盤和四工位回轉（zhuǎn）刀架，結構及主要組成部（bù）件如圖 1 所示。

圖 1 CKA6150 數控車床結構及（jí）主要部件

分（fèn）析 CKA6150 數控車床各部（bù）件之間（jiān）的（de）運動關係，組合關係和相對位置關係，根據說明（míng）書中的幾何參數（shù），在 Solid Works 軟件中（zhōng）建立簡化（huà）的機床 3D 模型如圖 2 所示。在建（jiàn）立裝（zhuāng）配體時一定要注意繪圖區左下角的坐標係要和數控（kòng）車床坐標係一致（笛卡爾直角坐標係），以便輸出的 STL 模型在導入 VERICUT 後（hòu）能夠配置出正確的（de）運動方向。

在 Solid Works 軟件（jiàn）中（zhōng）把整個 3D 模型裝配體另（lìng）存為 STL 格式導入 VERICUT，進行機床（chuáng）各部件的（de）功能配置。VERICUT 軟件提供（gòng）了不同類型的 Component（組件），如 Base（床身）、Spindle（主（zhǔ）軸）、X Linear（X 軸）、Z Linear（Z 軸）、Turret（刀架）、Stock（毛坯）等。通過建立不同類型的 Component（組件）並添加 3D 模型到某一類型的 Component（組（zǔ）件），對導（dǎo）入 VERICUT 的每一個 3D 模型進行功能配置。各個 Component（組件）之間可以設置從屬或者並列的關係，根據數控車床各部件之間的實際運動層次關係建立 Project Tree（項目樹），即機（jī）床部件運動拓撲關係（xì）。CKA6150 數控車（chē）床 Project Tree（項目樹）及（jí）各部件名稱及Component（組件）類型如圖 3 所示。

圖 2 CKA6150 數控車床 3D 模型

圖 3 CKA6150 數控車床 Project Tree 簡圖

VERICUT 機床構建（jiàn）過程中，一個重要的環節是（shì）坐標係的建立及各部件坐標位置的調整。VERICUT 中可以建立多（duō）個坐標係，並（bìng）設置其中之一（yī）作為當前坐標，同時 VERICUT 還具有多個（gè）性質的坐（zuò）標（biāo）係（xì），如 ZModel、ZComponent、ZMachine 等。每一個 Component（組件）都有一個組件坐標係 ZComponent，它決定著該Component（組件）的運動方向。組（zǔ）件坐標（biāo）係隨著（zhe） Component（組件）位置的改變而改變。

Component（組件）的位置及其 Component（組件）下屬的 3D 模型位置決定著屏幕上 3D 模型的實際位置，正確理解這一點，對正確（què）構建仿真模型極其重要。對於四工（gōng）位回轉刀架 Turret可以借助（zhù） Configure Component＞Turret Aid 進（jìn）行設置。但是由於 VERICUT 默認的回轉刀架回轉軸與 Z 軸平行，這（zhè）時就需（xū）要沿（yán） Turret 的組件坐標係的 X 軸旋轉 90°，可以通過（guò） Configure Component＞Rotate＞Angles，設置旋轉角度為（90 0 0），同時把（bǎ） Turret 下屬的所有 3D 模型沿相反方向旋轉 90°，即設置旋轉角度（dù）為（-90 0 0），才能得到正確的回轉刀架運（yùn）動。對於三（sān）爪卡盤，隻設置 U Linear（U 軸）一種 Component（組件），然後通過對相應組件坐標係的設置來調整（zhěng）卡（kǎ）爪的實際運動方向，這（zhè）樣可以（yǐ）簡化控製係統的定義。具體操作方法為，複製 JAW1兩次（cì），分別重命名為（wéi） JAW2 和（hé） JAW3，通過（guò）Configure Component ＞ Rotate ＞ Angles 設置JAW2 的旋轉角度為（0 0 120），JAW3 的旋轉角度為（0 0 -120）。

2 、係統配置

CKA6150 數控車床配置了華中世紀星的（de）數控係統 HNC-21T。由於該係統與 FUNAC 係統非常（cháng）相似，因此可以直接調用 FUNAC 0T 作為模板進行配置，下麵以機床防護門及三爪卡盤的控製為例，探討係統高級控製功能的（de）配置。由於（yú）機床（chuáng）防護門 DOOR1 和（hé） DOOR2 都采用了 Z Linear（Z 軸）作為（wéi） Component（組件）類型，為了加以區分，通過 Configure Component＞Component＞Sub System 進行 Sub System 的ID 設（shè）置，分別設置（zhì）為 DOOR1 和 DOOR2。本文采用在 NC Subroutines 添加子（zǐ）程序，在（zài）數控程序調用（yòng）子程序的方式實（shí）現控製，例（lì）如關門子（zǐ）程序（xù）及注釋（shì）如（rú）下所示。

對於三爪卡盤，由於已經通過對相應組件坐標係的設置，使每一個卡爪的運動方向 U 和整個機床的 X 方向平行，因此可以通過（guò）統一的指令設置來實現三個卡爪的（de）同時向心（xīn）運動。任何數控編（biān）碼（指令、變量及字符（fú））都（dōu）必須首先進行字格式的（de）預定義，才能（néng）被虛擬數控係統識別（bié）和解釋[3]。通（tōng）過 Configuration＞Word Format＞Add 對（duì）卡盤控（kòng）製所需的字格（gé）式進行定義，如圖 4所示。

圖 4 字格式的（de）定義

字格式定義之後，通過 Configuration＞G-Code Processing＞Add 對這些字的功能進行配置（zhì）。由於三爪卡盤的初始狀態是張開的極限位置，因此（cǐ）卡爪（zhǎo）鬆開控（kòng）製時，卡爪相對初始位（wèi）置無需移動，通過字 OPEN 調用 VERICUT 的宏命令 UAxis Machine Motion（U 軸移動（dòng））使（shǐ）卡爪沿各（gè）自組件坐標係的 X 軸移動距離為 0；卡爪夾緊控（kòng）製時，通過字 CLOSE 調用宏命令UAxis Machine Motion 使卡爪沿各自組件坐（zuò）標係的 X軸移動，調用宏命令 Component Name（接觸（chù）到的零件名稱）及 Touch（保持運動直到接觸到某工件）使爪接觸到 Stock（工件）後停止運動。具體（tǐ）定義如圖 5 所示，指令 OPEN CHUCK 使卡爪鬆開，指令 CLOSE CHUCK 使卡爪夾緊工件。

圖 5 卡爪（zhǎo）控製指令（lìng）配置

圖 6 仿真實例驗證結果

3 、結語

基（jī）於（yú） VERICUT 虛擬加工仿真（zhēn）軟件，本文構建（jiàn）了 CKA6150 數控（kòng）車床（chuáng），介紹了（le）仿真機床構建的一般方法和步驟，探討了構建過（guò）程中一些實用技巧，重點研究了子程序及（jí）特殊（shū）控製（zhì）指令的定製方法，給出了數控車床防護門和四（sì）工位回轉刀架的控（kòng）製指令的配置方法。在該仿真機床上對一個外輪廓車削的教學實例進行仿真加工，程序運行前後（hòu）如（rú）圖 6 所示，驗證了本文所構建的仿真機床的正確性（xìng）。

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