2024年1月11日发(作者：)

任务三 典型零件的多轴加工

三、程序检查

数控加工仿真概述

 （一）程序加工仿真

对已编制好的数控加工程序进行运行仿真是整个数控编程流程中的一个重要环节，通过切削运动仿真可以检查程序中刀具、刀柄夹头与被加工零件、夹具、定位零件之间是否存在碰撞、过切和语法错误等错误，同时也为后续程序的修改和优化提供重要的参考依据。

当前对数控程序的运动轨迹进行模拟仿真可分为两种方式：

第一，程序后处理之前使用CAD/CAM自动编程软件对程序进行模拟仿真检查。这类的仿真可在大多数编程软件内通常由编程人员完成，可将此类型的数控程序检查称为程序错误自检。大多数程序当中的运行路径轨迹错误可在自检程序的过程中予以排除。

第二，程序后处理以后使用专用的仿真软件读入NC数控程序进行模拟仿真。读入NC进行仿真的软件大多不具备数控程序的重新生成功能，只具备对NC程序的编辑修改功能。这类仿真主要用于检查后处理后的NC程序语法的正确性，以及当被加工零件安装到现实加工环境下NC程序能否实现加工效果提供的评估参考。

总体而言，在程序进行后处理之前在自动编程软件进行刀具运行轨迹的仿真，是每个编程人员完成程序编制的一个必备环节，已是编程人员在数控编程当中的一个常态化操作。但自动编程软件所提供的刀具运行轨迹仿真软件只是最基本的仿真工具，并不能真实预见NC程序中刀具、刀柄夹头与被加工零件、各种工装夹具之间在运行过程中的干涉情况。因此，使用读入NC程序对加工各运动部件进行虚拟仿真为基础的专用仿真软件，是数控加工仿真中判断加工程序安全性的有效补充，也是最为贴近实际加工生产运行的模拟仿真。下面将介绍几种常见的仿真软件。

 （二）VERICUT仿真模拟软件

VERICUT 可以是可以进行NC 程序的验证、机床的模拟和NC 程序的优化的一款数控模拟仿真软件，它是美国的CGTech 公司于1988 年开发的，现在已经发展到了VT7.0 版本。该软件的基本思想就是在进行真实的加工之前，尽可能真实的在虚拟的环境里模拟加工的整个过程和加工的结果，避免在真实的加工中出现零件的过切、欠切，避免发生机床碰撞，并最大程度的优化NC 程序、延长刀具使用寿命，提高的加工的效率和加工质量。程序验证就是验证程序的正确性，说的通俗一

点就是检查G 代码的正确性。任何一个机械加工厂，其最基本也是最简单的要求就是要尽量提高零件的合格率。就是这样一个简单的基本要求，机械加工厂并不是那么容易就能达到。影响零件合格率的因素有很多，最根本、最重要的就是加工工艺方案和数控加工程序，因为这两个因素是根本、源头，是指导生产零件的，二者出现错误，报废或造成故障的就不是单个零件，而是一批零件，造成的损失也是巨大的。因此，我们要杜绝加工工艺方案和数控加工程序出现错误，对于加工工艺方案，在此不多作叙述，是可以通过人的校对来保证其正确性的，但是对于数控加工程序，这样是不能保证其正确性的，特别是复杂的NC 程序，人工校对根本不可能，VERICUT 的NC 程序验证功能很好的解决了这个问题。机

床模拟就是模拟加工过程中机床各个组件之间的相互运动，其过程和真实机床一样，这样就可以检查机床碰撞，避免发生，这样就很好保护了机床，延长机床的使用寿命。NC 程序优化可以最大限度的优化加工的进给率，计算最合适刀具长度，提高生产效率，延长刀具使用寿命，提高刀具使用效率。对于企业来说，VERICUT 的这三个基本功能的目标很明确：提高加工零件的合格率，提高机床和刀具的使用效率，帮助企业降低生产成本，提高生产效率，增强企业的核心竞争力，使之在激烈的竞争中处于不败之地。因此，对于从事机械加工行业的人来说，学习和掌握VERICUT 就显得尤为重要。

机床加工仿真的一般步骤

(1) 虚拟数控机床建模:建立机床运动学模型，系统提供部分控制文件库供使用者调用或修改，以满足定制要求，然后利用建模模块建立机床的几何模型，按照图纸设定机床初始位置，形成相应的控制文件、机床文件和工作文件。

(2) 毛胚、夹具建模:夹具建模的主要目的是检测夹具与机床的其他运动部件之的干涉和碰撞。毛胚和夹具的建模过程与机床的建模过程相似。

(3) 刀具建模:为了使建立的数控加工仿真模型能适应不同的加工程序，可以建立特定机床所使用的所有刀具的主刀具库。

(4) 设置系统参数:为了正确仿真NC 加工程序，还需要在VERICUT 中进行诸如工件编程原点和刀具补偿等一些仿真系统参数的设置。

(5) 加工仿真:在VEIUCUT 中调入NC 程序，并定义刀具列表以建立G 代码中所指定的刀具号和主刀具库文件中的刀具号的映射关系，即可进行加工过程的仿真。

(6) 仿真结果分析与优化对于仿真结果模型，最后进行修改相应的刀具轨迹文件和参数，直至仿真完全达到要求为止。

在创建VERICUT 项目之前，需要首先创建刀具库，以便在项目中进行刀具型号的选择，针对叶轮零件加工需要，需要建立粗铣加工铣刀和半精铣加工铣刀，由于叶片各曲面的形状不一样以及流道狭长、两叶片之间的距离较小，需要创建大直径铣刀和小直径铣刀。

完成刀具库创建后，接着创建VERICUT 项目其中一个工序，按照顺序，依次选择机床、机床控制文件、添加毛坯、指定坐标系、选择刀具文件和刀具型号以及指定数控程序，最后做VERICUT 仿真加工，至于半精加工，需要复制前面一个工序，将其粘贴杂上面工序后面，然后更改刀具型号和数控文件。

加工的目的在于检查加工的质量，此时需添加设计模型方可进行对比，检查过切现象以及未加工余量。

刀具库建立

启动VERICUT，建立一个新项目，创建一个公制的项目，在进行仿真之前需要先创建刀具库，以备各个工位调用。根据上文可知，需要创建一个3 把刀的刀具库，主要是球头铣刀。

创建锥形铣刀

(1) 创建球头铣刀D10

在VERICUT 软件刀具设置3 把铣刀，在系统界面下，点击“项目”→“刀具”，进入到刀具管

理对话框，在左侧的刀具ID 号区点击鼠标右键，选择快捷菜单中的“添加刀具”→“新” →“铣削”命令，则会出现默认ID 为1 的刀具组建对话框。在刀具组件选项组件类型选框中选择旋转型切刀，然后在下面的刀具选择中选择球头铣刀，输入刀具直径为8 mm，高为60mm，刃长为50 mm，刀柄直径为10，3个齿，主轴方向选择顺时钟，点击添加。

图5-3-3 D10 刀具参数设置

3.3 流道粗加工仿真

3.3.1 创建过程

由于用VERICUT 仿真叶轮零件的加工各个工位的创建过程几乎一样，不同的是NC 代码的更改，故下面讨论的是以叶轮流道粗铣加工为例的数控仿真。创建过程如下：

(1) 机床的选择

在选择机床之前，为使寻找文件的方便，设置好VERICUT 的工作目录，机床的选择则需要根据叶轮零件的形状、加工路径以及刀具加工的偏置状态来确定。由于加工叶轮零件需要使用五轴的数控机床，而且为保证零件加工的合理性，需要A轴和C 轴存在的五轴数控机床。本论文中采用DMU50

机床。

(2) 控制文件的选择

选择控制文件ITNC530。

(3) 毛坯的创建

由于VERICUT 中普通的毛坯只有方块、圆柱和圆锥，而叶轮零件的造型复杂，需要自己创建毛坯。在附属节点下FIXTURE 下的STOCK 节点上右击STOCK，选择添加模型，再选模型文件。导入自己提前建好的毛坯。然后点击保存，完成毛坯的导入。在design 下添加UG 产生的叶轮零件模型，文件类型为STL。

图5-3-4 毛坯

(5) 坐标系统的设置

点击坐标系，将在下面出现配置坐标系统对话框，点击添加新的坐标系，构造原点，然后选择圆，分别选择顶部凸台的上表面和圆柱面，然后点击更新，坐标系创建完成。

图5-3-5 工件坐标系设置

(6) G—代码偏置

点击G—代码偏置，偏置名选择程序零点，点击添加。从特征中选择组件，名字为刀具，。到特征中选择坐标原点。

图5-3-6 G-代码偏置

(7) 加工刀具的选择

在刀具库文件中选择前面建立的刀具库文件，换刀选择刀具号码，初始刀具选择1，在选用刀具之前，确保装夹点正确，否则在加工过程中刀具不会显示出来。

图5-3-7 刀具型号选择

(8) 数控程序的载入

在数控程序下添加后处理得到的NC 代码文件，然而用UG

后处理得到的NC代码文件部分代码超出了机床的工作范围，这时需要用到特殊的后处理软件，通过新的后处理，NC 代码这时能保证机床运行在允许的工作范围内。

(9) 叶轮零件流道粗铣加工仿真

保存过程文件，然后运行程序，得到如图所示加工仿真结果。

图5-3-8 VERICUT 仿真结果

3.3.2 过切检查

所有工步加工仿真完成后在菜单栏选择分析——自动比较，弹出自动比较对话框，选择比较的方式为过切，比较的公差为0.1mm，如图5-21 所示，然后单击比较按钮开始比较过切。

图5-3-9 过切设置

比较完成的结果如图5-3-10 所示，从比较完成的过切图可以看出，零件没有过切。..

图5-3-10 比较结果图