基于Pro／E和VERICUT的数控车床仿真系统的研究
2017-2-10 来源：湖北工业大学 作者：韩天龙，孙国栋
摘要：本研究阐述了Pro／E和Vericut软件在数控车床教学中的应用，介绍了Vericut软件在其他同类软件中所占优势，并以实际的数控车床为目标模型，探讨了用Pro／E和Vericut软件建立虚拟数控车床加工工艺仿真教学平台的具体步骤。最后通过实例验证采用Pro／E和Vericut软件相结合开发数控车床仿真教学系统是可行和有效的。
关键词：Vericut；加工仿真；数控车床仿真教学
0.引言
VERICUT是一款专业的数控加工仿真软件．能实现与多种造型软件的联合运行。其最大特点是不但可仿真各种数控系统，而且还可以仿真多种数控机床的数控加工过程，广泛应用于生产和培训领域I”。VERICUT为用户提供了丰富的机床及系统样本库，但尚不完善。数控车床案例缺乏，样本机床形式单一，难以实现复杂运动的控制回。因此，本文针对数控卧式车床CK6140ZXE进行仿真研究。对构建仿真加工环境的一般方法和步骤进行探讨．对通过宏命令子程序及自定义高级指令来进行机床附件控制的方法进行重点研究。
1.机床构建
1．1数控车床的几何建模过程
CK6140z)【E数控车床是浙江凯达机床股份有限公司生产的一款纵(Z)、横(X)、二坐标联动控制的数控卧式车床，配有FANUC0i—MB数控系统。CK6140ZXE数控车床采用的是平床身结构。配有普通卡盘和四工位回转刀架，结构及主要组成部件如图1所示。
图l CK6140ZXE数控车床结构及主要部件
从几何的观点来看，CK61锨E数控车床结构是由底座、外壳、卡盘、刀架、门等许多部件组合在一起的。各部件之间存在着一定运动关系、位置关系：这些部件是由一些零件组装而成的。所以虚拟数控车床的几何模型的构建过程其实就是将这些零件组装成部件，然后由部件组装成机床的过程。
实际的操作过程中，我们先用Pro／E软件对各零部件进行特征造型，再按一定位置实施装配即可。运用Pro／E的CAD模块，根据各零部件的几何形状和尺寸精度建立三维实体模型，如图2所示。
图2 CK6140ZXE数控车床3D模型
图3数控车床运动模型图
1．2数控车床的运动建模
虚拟数控车床有三个线性坐标X、Z。如图3所示。根撕机床组件的逻辑关系图。我们可以分为两条运动链来建立机床的运动模型．即工件一夹具一主轴一机床床身f1I刀具一刀塔一X轴一Z轴一机床床身。
通过建立虚拟数控车床的几何模型和运动模型不难发现，数控车床的几何模型和运动学模型之间．尤其是几何模型中的机床装配树和运动学模型中的运动链存在非常紧密的关系，两者相辅相成。因此，可以将这两种模型统一起来在VERICUT系统建立完成。
2.虚拟数控车床NC加工的仿真模拟
2．1在VERICUT中定义虚拟数控车床的结构
由于数控车床的结构为整合的基础，所以需先建立数控车床的结构，其结构主要分为X及Z两个部分，要想在VERICUT系统中建立此结构则先需在VERICUT系统下建立新的初始结构，数控车床包含了控制器及机器两个部分．其中机器底下包含了基座这个子结构，而后续所有增加的结构都是建立在基座底下。数控车床模型的结构说明如图4所示。其中X及Z在Base上运动，所以在Base底下建立X及Z两个子结构，并且将结构分成X及Z两个部分来看。
2．2导入机构模型的STL资料
当所有的机构模型与数控车床结构整合完毕后，即可得到数控车床机构模型。
2．3建立或导入工件模型
在VERICUT系统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，而另一种方式由外部系统产生工件模型，然后将工件模型资料与数控车床的结构整合。
2．4导入NC程序
NC程序的功能为驱动数控车床的切削运动，所以在执行数控车床运动的NC加工模拟前也需将此资料整合．当NC程序导入完成后，数控车床才能按照NC程序中的内容来执行NC加工模拟。
图4 CK6140ZXE数控车床的结构
2．5刀具资料及刀具坐标系的整合
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，而刀具坐标系为机器夹持刀具的位置，当NC加工模拟时刀具的装夹点位置会与刀具坐标系原点重合，此即为数控车床夹持刀具的位置。
2．6工作坐标系的定义
因为NC程序都参照工作坐标系为基准，G—CodeOffsets来定义VERICUT系统的工作坐标系，定义工作坐标系的参照位置为Turret至Stock，系统会根据参照位置自动为机器做刀具补偿的动作。
2．7数控车床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序的单行执行模拟及完整NC加工模拟。使用单行执行模拟可对NC程序做单行执行的动作，使用来观察切削刀具的初始位置是否正确，开启NC程序并单行执行模拟至呼叫刀具处。运用VERICUT内部的双视窗模式并可搭配手动控制模拟速度的调整．一个视窗可让使用者清楚的观察数控车床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5所示为本研究测试NC加工模拟完成后的结果。
当NC加工模拟测试完成后，Pro／E及VERICUT两者的资料整合完成。接下来可以让使用者直接使用此整合的资料执行其他不同类型工件的NC加工模拟。
3.结束语
本文介绍了基于VERICUT的CK6140ZXE数控车床仿真研究。使用Pro／E和VERICUT软件建立与实际加工相一致的虚拟数控加工仿真环境，真实地反映实际加工过程中数控车床程序的运行情况，可以提高数控车床程序可靠性，避免不必要的失误，提高数控车床程序的编制效率和质量，节约教学与生产成本，提高教学与生产安全度，在教学和生产实践中有着重要的现实意义。
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