VERICUT軟件在五軸高速銑加工中的應(yīng)用

發(fā)布日期:2011-11-25    蘭生客服中心    瀏覽:3064

一、VERICU下軟件簡介

VERICUT軟件是美國CGTECH公司開發(fā)的數(shù)控加工仿真系統(tǒng),由NC程序驗(yàn)證模塊、機(jī)床運(yùn)動(dòng)仿真模塊、優(yōu)化路徑模塊、多軸模塊、高級機(jī)床特征模塊、實(shí)體比較模塊和CAD/CAM接口等模塊組成,可仿真數(shù)控車床、銑床、加工中心、線切割機(jī)床和多軸機(jī)床等多種加工設(shè)備的數(shù)控加工過程,也能進(jìn)行NC程序優(yōu)化,縮短加工時(shí)問、延長刀具壽命、改進(jìn)表面質(zhì)量,檢查過切、欠切,防止機(jī)床碰撞、超行程等錯(cuò)誤;具有真實(shí)的三維實(shí)體顯示效果,可以對切削模型進(jìn)行尺寸測量,并能保存切削模型供檢驗(yàn)、后續(xù)工序切削加工;具有CAD/CAM接口,能實(shí)現(xiàn)與UG. CATIA及MasterCAM等軟件的嵌套運(yùn)行。VERICUT軟件目前已廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、模具制造等行業(yè),其最大特點(diǎn)是可仿真各種CNC系統(tǒng),既能仿真刀位文件,又能仿真CAD/CAM后置處理的NC程序,其整個(gè)仿真過程包含程序驗(yàn)證、分析、機(jī)床仿真、優(yōu)化和模型輸出等。如圖1所示為從設(shè)計(jì)原型→CAM軟件→VERICUT→切削模型→模型輸出的整個(gè)機(jī)床仿真工藝流程。


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圖1 機(jī)械仿真工藝流程


二、工藝系統(tǒng)仿真環(huán)境構(gòu)建程序

為在VERICUT軟件中實(shí)現(xiàn)NC程序加工仿真,需要預(yù)先構(gòu)建整個(gè)工藝系統(tǒng)的仿真環(huán)境,其構(gòu)建的一般過程如下:

1.工藝系統(tǒng)分析

確定數(shù)控機(jī)床CNC系統(tǒng)型號和功能、機(jī)床結(jié)構(gòu)形式和尺寸、機(jī)床運(yùn)動(dòng)原理、各坐標(biāo)軸行程、機(jī)床坐標(biāo)系統(tǒng)以及所用到的毛坯、刀具庫和夾具庫等。

2.建立機(jī)床幾何模型

采用三維CAD軟件建立機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件(主要是各運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸和刀庫)和固定部件的實(shí)體幾何模型,并轉(zhuǎn)換成VERICUT軟件可用的STL格式。

3建立機(jī)床文件

建立機(jī)床運(yùn)動(dòng)模型,即部件樹,添加各部件的幾何模型,并準(zhǔn)確定位。將結(jié)果保存為機(jī)床文件(后綴為.mch).

4.建立用戶文件和控制系統(tǒng)文件

在VERICT軟件中新建用戶文件(后綴為.usr),設(shè)置所用CNC系統(tǒng)文件(后綴為.ctl).

5.建立刀具工具庫

根據(jù)機(jī)床選用的刀柄型式和規(guī)格、刀具種類,構(gòu)建機(jī)床刀具工具庫,將結(jié)果保存為刀具文件(后綴為.tcl)。

6.設(shè)置機(jī)床參數(shù)設(shè)置

機(jī)床各坐標(biāo)軸的行程,換刀位置、機(jī)床初始位置、機(jī)床參考原點(diǎn)等。

7.保存所有文件

全部設(shè)置完成后,保存所有文件,則仿真系統(tǒng)構(gòu)建完成。

三、構(gòu)建五坐標(biāo)高速銑FIDIA KR214仿真系統(tǒng)

1機(jī)床描述

該五坐標(biāo)高速銑為意大利FIDIA S.P.A.公司生產(chǎn)的懸臂式立式加工中心,主軸為HSK63E柄的電主軸,刀具庫容量為42把,所用數(shù)控系統(tǒng)為C20XPOWER,設(shè)備能實(shí)現(xiàn)X、Y、Z、A、C、W六軸控制任意五軸聯(lián)動(dòng),工作臺為數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺。各軸的驅(qū)動(dòng)電機(jī)全部采用全數(shù)字交流伺服電機(jī),各軸的伺服控制全部采用全閉環(huán)控制、配置過載保護(hù)及報(bào)警功能,司時(shí)還具有機(jī)內(nèi)激光對刀裝置和RENISHAW MP18數(shù)字探頭工件測量及自動(dòng)校正系統(tǒng)。機(jī)床的各軸行程如表1所示。


表1 機(jī)床行程







































坐標(biāo)軸 行程 備注
X軸 2700mm -
Y軸 1100mm -
Z軸 1400mm -
A軸 -100°~+200° 擺角半徑為310mm
C軸 -110°~+95° 主軸頭截面的最大對角線尺寸為805mm
W軸 -360°~+360° 1800mmX1800mmX200mm的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺


2.建立部件的3D模型

用Pro/ENGINEER野火軟件造型,以運(yùn)動(dòng)單元建模,不需要按照機(jī)床零部件連接結(jié)構(gòu)構(gòu)建,也不必構(gòu)建各坐標(biāo)軸之間的傳動(dòng)機(jī)構(gòu),僅需對各部件的外形進(jìn)行建模。若某一部件由多個(gè)零件組成,可將各零件一體建模,也可各零件單獨(dú)建模,然后在VERICUT中進(jìn)行裝配,建立幾何模型后,將其另存為STL.格式。

3.建立機(jī)床部件樹

A.床身的建立選取菜單中Model-Component Tree或點(diǎn)擊快捷圖標(biāo)別,彈出部件樹對話框,如圖2所示。選取菜單中Model->Model Definition或點(diǎn)擊快捷圖標(biāo),按順序操作,選取相應(yīng)的STL格式文件,正確設(shè)置位置參數(shù),點(diǎn)擊Add和OK選項(xiàng)后返回部件樹菜單。


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B.坐標(biāo)軸的X.Y.Z.A.C.W的建立。

在部件樹中右鍵單擊Base-->在光標(biāo)菜單選Append-->選XLinear,添加X軸;右鍵單擊X(0, 0, 0) -->在光標(biāo)菜單選Append-->選YLirear,添加Y軸;右鍵單擊Y(0, 0, 0) -->在光標(biāo)菜單選Append-->選ZLinear,添加Z軸;按照同樣的方法,添加其他部件。

4添加機(jī)床幾何模型

添加各部件的STL模型時(shí)應(yīng)注意將模型TYPE選擇為Model Files類型,按Browse找到相應(yīng)STL格式文件。

(1)雙擊部件樹中X ( 0, 0, 0),選取相應(yīng)的STL格式文件,在Position欄和Angles欄內(nèi)輸入位置坐標(biāo)。
(2)雙擊部件樹中Y(0, 0, 0),選取相應(yīng)的STL格式文件,在Position欄和Angles欄內(nèi)輸入位置坐標(biāo)。
(3)依照同樣的方法,完成其他部件的裝配,得到完整的FIDIAKR2I4機(jī)床部件樹,如圖3所示。


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圖3 機(jī)床部件樹


5 建立機(jī)床刀具庫

選取菜單中Setup-->Tool Manager快捷圖標(biāo)列,彈出刀具管理對話框。

在菜單中選取Add-->New Tool-->Mill,彈出圖中1號刀具,右鍵單擊"1",選取Cutter,彈出增加刀具對話框,按所需建立的銑刀類型(包含直齒銑刀、球頭銑刀、錐度銑刀及用戶自定義等),設(shè)置刀具幾何參數(shù),確定后返回刀具管理對話框。依照上述方法,建立一系列常用的刃具庫,并在Description欄中描述刀具的類型和規(guī)格等。

6設(shè)置CNC系統(tǒng)文件

選取菜單中Setup-->Gontrol-->Open或快捷圖標(biāo),彈出打開控制文件對話框,在VERICU下安裝目錄的library子目錄下選取"fidm30.ctl";選取菜單中Setup-->Control-->Word/Address,彈出圖所示的對話框,根據(jù)機(jī)床的控制系統(tǒng)功能和指令格式,對準(zhǔn)備功能G代碼、輔助功能M代碼、寄存器地址和狀態(tài)指令等進(jìn)行設(shè)置,并保存該文件。

7.設(shè)置機(jī)床參數(shù)

選菜單Setup-->G-Code-->Settings,在彈出對話框中選Tables選項(xiàng),再選取Job-Tables和Add/Modify選項(xiàng),在Table Name列表框中選擇如下參數(shù)進(jìn)行添加:

Input Program Zero(工件編程原點(diǎn)):0 -895 -800(-800為Z萬向主軸端面到工件坐標(biāo)系原點(diǎn)的距離);
Initial Machine Location(機(jī)床初始位置):13500000(XYZAC坐標(biāo)用空格間隔).
Machine Reference Location(機(jī)床參考點(diǎn)):13500000;
Tool Change Location(換刀位置):1350 895 10000

根據(jù)實(shí)際加工需要,還可以進(jìn)行Works Offsets(工件偏置)、RTCP Piovt Offset(RTCP旋轉(zhuǎn)偏置)等。

8.保存文件

將建立的文件分別保存為用戶文件.usr,控制系統(tǒng)文件.ctl,機(jī)床文件.mch和刀具庫文件.tcl.如圖4所示的是已建立的虛擬機(jī)床環(huán)境。


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圖4 虛擬機(jī)床環(huán)境


四、仿真實(shí)例的應(yīng)用

實(shí)例中葉輪采用的材料為30CrMnSiA,經(jīng)熱處理后,其強(qiáng)度相當(dāng)大,屬于典型的薄壁件,葉片壁厚為4mm,易產(chǎn)生加工變形,加工周期長。該零件不但對尺寸精度和表面粗糙度要求高,而且對切削刀紋也有較高的要求,刀紋要順著流路方向。采用VERICUT軟件主要是為了解決如下問題

(1)由于編程時(shí)選擇的加工方式不理想,后置處理程序有缺陷,或因?yàn)榫幊虇T經(jīng)驗(yàn)不足,提前發(fā)現(xiàn)加工程序可能存在的問題,以免產(chǎn)生不必要的浪費(fèi)。
(2)進(jìn)行干涉檢查,及時(shí)對必須修正的地方進(jìn)行修正甚至重新編程,以保證向機(jī)床操作人員提供正確的加工程序。
(3)模擬零件裝夾與加工過程中機(jī)床的真實(shí)運(yùn)動(dòng)情況,以避免機(jī)床部件與夾具和零件的碰撞。
(4)檢測零件加工后是否存在過切、欠切現(xiàn)象,測量加工后的零件與設(shè)計(jì)圖紙要求之間的差9等。

具體操作步驟如下:

@起動(dòng)VERICUT,并調(diào)用所需用戶文件、機(jī)床文件、CNC控制文件和刀具庫文件。
@引入毛坯零件和設(shè)計(jì)零件。將葉輪毛坯零件和設(shè)計(jì)零件的STL模型文件引入部件樹。
@設(shè)置工件原點(diǎn)。X、Y軸零點(diǎn)在回轉(zhuǎn)工作臺的中心,Z軸零點(diǎn)為主軸端面到工件坐標(biāo)系的距離。
@引入刀位文件或NC程序。
@檢查數(shù)控程序的正確性,設(shè)置碰撞、超程、干涉等識別顏色,單擊工具條上的"單步仿真"或"連續(xù)仿真"鍵,開始加工仿真。
@仿真結(jié)果分析。采用縮放、移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和打剖面等工具,能從不同視點(diǎn)觀察,詳細(xì)精確地測量切削模型。選取菜單上Analysis-->X-->Caliper測量工具測量工件尺寸;選取菜單上Analysis-->Auto-->Diff比較工具,檢查零件有無過切、殘余材料等現(xiàn)象。

@若切削模型不理想,只需調(diào)整和更換NC程序,繼續(xù)零件的加工仿真,直至切削模型與設(shè)計(jì)原型一致。如圖5所示的是已定型的葉輪仿真。


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圖5 頁輪仿真加工


五、小結(jié)

在仿真軟件或系統(tǒng)建立以前,大部分編程人員在用CAM軟件編程后,為了驗(yàn)證程序的正確性,要采用各種各樣的試切方法,如空走刀、切削泡沫、試切軟材料、木材和低速加工等,這樣既費(fèi)時(shí)間,也浪費(fèi)各種相關(guān)的人力、物力,最危險(xiǎn)的是有些潛在的問題和干涉現(xiàn)象不能及時(shí)發(fā)現(xiàn),且難以提高編程效率和保證產(chǎn)品質(zhì)量。本文基于VERICUT軟件構(gòu)建了五坐標(biāo)高速銑加工的仿真環(huán)境,解決了上述存在的問題,實(shí)現(xiàn)了數(shù)控編程的虛擬制造,比一些CAD/CAM軟件單純的刀位文件仿真更真實(shí)、直觀,更接近實(shí)際加工情況,仿真后的NC程序不用試切可直接輸入機(jī)床進(jìn)行加工,極大地提高數(shù)控編程的效率和質(zhì)量。

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