Pro／E和VERICUT虚拟机床建模与仿真_刀具_中国百科网
您现在的位置： >
> 文章内容:
Pro／E和VERICUT虚拟机床建模与仿真
    &&& 1994年，美国科学技术政策办公室发布了美国机床业竞争力的测试报告，提出虚拟机床(VirtualMachine Tool，VMT)工程计划，目标是模拟切削加工操作，获得真实感结果的预测能力．2003年，美国国家科学基金会(NSF)资助美国西北大学、伊利诺斯大学、密歇根大学开展联合研究，目标是实现虚拟机床在综合仿真环境下的加工操作，获得工件属性(公差、形状及光洁度等)及可制造性的精确描述．我国对虚拟机床的研究与国外几乎在同一时间．清华大学、哈尔滨工业大学、东北大学等相继开展了对虚拟机床环境、建模和仿真的研究，但主要集中在虚拟机床的结构和框架的研究上．总的来说，国内的虚拟机床软件同国外相比还有很大的差距．由于开发与应用部门的脱节，国内还没有形成自己特色的工程化、商业化软件系统．从三维图形设计到工程数据库，国内也没有一套能代替国外产品的软件．因此，在我国现阶段主要目标是研究开发面向工程化、实用化的软件．本文分析Pro／E和VERICUT的功能模块，构建了虚拟机床模型、零件CAD模型和制造模型．1软件功能模块分析1．1 Pro／E软件&&& Pro／E是集CAD／CAE／CAM功能于一体的三维仿真软件．Pro／NC为其中的加工制造模块，可以将CAD与CAM结合起来，配合相关的工艺知识(包括加工方法、毛坯、夹具、、机床等)生成轨迹文件，再通过针对性的后置处理，生成最终的数控加工代码．&&& Pro／NC由一系列可选的子模块组成L引，包括Pro／NC―MILL(执行2．5轴和3轴铣削加工)、Pro／NC-TURN(执行2轴和4轴车削及中心线钻孔)、Pro／NC―ADVANCED(多轴车、铣加工)和Pro／NC―WEDM(执行2轴很轴的线切割)．其中，铣削模块可进行平面铣削、体积块铣削、曲面加工、腔槽加工、凹槽加工、轮廓加工、局部铣削、螺纹铣削、轨迹加工和雕刻等，根据不同的加工对象可选择合适的加工方案．Pro／NC不仅完全支持高速和多轴等高端加工方式，还有自己独特的技术特点，有良好的扩展性．1．2 VERICUT软件&&& VERICUT软件是一个功能强大的NC机床切削仿真软件，能够真实地模拟加工过程中刀具的切削、加工零件、夹具、工作台及机床各轴的运动情况．该软件不仅能够对NC程序进行仿真、验证、分析和优化，而且能够对机床进行仿真．通过模拟机床加工过程，真实地反映加工中遇到的各种问题，包括加工编程的刀具运动轨迹，工件过切、欠切情况和刀具、夹具运动干涉等错误，甚至可以直接代替实际加工过程中试切的工作．主要包括如下10个功能模块．&&& (1)Vericut Verification．该模块是VERICUT软件系列各模块的基础，提供三轴加工验证及分析，可模拟由CAM软件输出的刀位文件和G代码文件．&&& (2)Machine Simulation．该模块使VERICUT能够模拟由控制系统驱动的三维数控机床的实时动画，模拟中看到的情况和在加工车间出现的实际情况一样．&&& (3)OptiPath．对切削用量进行优化设计，以满足最小加工时间的目标函数及最大机床功率等约束条件的要求．&&& (4)Multi―Axis．使VERICUT能够模拟多轴机床的联动，最多可支持18轴联动．&&& (5)Model Export．把模拟加工生成的任何一个阶段的结果输出一个CAD模型，实现从CAM到CAD的链接，可为改进加工计划，提升逆向工程提供数据模型．&&& (6)AUTO-DIFF．使用户能够将设计模型与制造模型进行比较，并自动计算两者的差别，用于识别不正确的加工区域或设计中的可能存在的弱点或错误．&&& (7)Machine Developers Kit．该模块用来做一些二次开发用．&&& (8)CAD／CAM Interfaces．可从Pro／E等CAD／CAM系统内部无缝运行VERICUT．&&& (9)Vericut Utilities．模型修复工具和转换器，包括在验证模块中．&&& (10)Cutter／Grinder Machine Simulation．磨床仿真．2铣削工艺过程与刀具路径创建2．1铣削的一般过程&&& 实现零件的铣削加工，首先要创建零件的CAD模型，然后根据模型提供的几何信息建立相关操作．因此，先在Pro／E中建立型腔模具三维模型．然后，进入Pro／NC模块进行型腔模具的加工、创建制造模型、构建虚拟机床，包括设置机床参数、定义制造坐标系(制造坐标系要与机床坐标系一致)、设置加工刀具、建立退刀平面等．最后，定义加工工艺，包括工艺参数的设定．上述过程亦适于其他工艺方法的虚拟加工．2．2铣削工艺过程&&& 根据加工零件的不同，应采取不同的加工工艺．由于拟加工的零件为型腔模具，比较复杂，综合考虑生产率、精度要求、成本和通用性，提出并采取依次陷入铣削、曲面铣削、轮廓加工和拐角局部铣削的加工工艺，通过相应的加工刀具的选择和工艺参数的设置来完成工件的由粗加工、半精加工到精加工的工艺过程．之所以选用陷入加工，是因为陷入加工非常适合于模具型腔的粗加工，是实现高切除率的最有效的金属切削加工方法之一，可使其加工时问较普通铣削加工缩短一半以上．2．3刀具路径创建&&& 曲面的形状比较复杂，切削方式对曲面的加工影响很大，因此需要定义切削．曲面铣削创建刀具路径有4种方法：直线切削、自曲面等值线、切削线和投影切削．这4种方法各有其特点和适用范围．可选用直线切削，即通过一系列直的切线来铣削型腔模具内表面，切削角相对于X轴为零度．如改变铣削类型则生成不同的刀具路径，必要时需改变制造参数．最后，通过后处理器生成型腔模具加工的初始NC代码，供后面VERICUT软件进行仿真使用．3虚拟机床建模及仿真优化3．1虚拟机床建模&&& 常见的数控机床，在结构上主要有床身、立柱、运动轴和工作台等部件，再配合刀具、夹具和一些辅助部件共同组成．床身起到支承和承载机床组件的作用；立柱在结构上起到了拉开加工刀具和工件的空间距离，实现运动轴的布局的作用；而工作台用来摆放工件，通过夹具等辅助工具实现工件的定位与夹紧．&&& 通过对机床的机构上的共性分析，可将机床的组件划分为3种类型：通用模块、辅助模块、专用模块．其中，通用模块是指各类机床共有的零部件，如床身、立柱、丁作台等；辅助模块是指刀具、夹具等机床工具；专用模块是为特种机床的特殊零部件所设立．在机床的建模过程中。应针对这3种不同类型的模块，采取相应的建模策略，综合运用几何建模与运动学建模相结合，实现针对多种机床的通用建模．&&& VERICUT中机床的定义描述数控机床的运动学及物理特性，建立数控机床模型包括建立机床组件和实体模型两部分．组件之间具有和在真实机床结构中一样的运动关系，添加到组件上的实体模型代表机床的尺寸和形状，从而能够检测加工过程中各个组件之间的碰撞．组件的定义描述了组件在机床中的功能和各个组件之间的运动学关系．&&& 实体模型分为参数模型和模型文件两种类型．参数模刑是通过参数建谚的立方体、圆柱、圆锥等简单模型，这些形状提供最短的仿真时问和最优化的机床的娃示和消隐．模型文件是通过文本编辑器或其他CAD系统建立的文件(如IGES，STL和HTML文件)，或者是VERICUT模型文件(如直线扫描(．swp)文件、旋转(．sor)文件)等．&&& VERICUT中机床定义，有如下6个基本步骤．(1)荇需要凋入在CAD软件中建立的复杂实体模型，则首先应输入CAD模型．(2)在VERICUT中，从基体开始依次添加能够反映实际机床结构和运动学特性的组件，务必保证在组件各自的机床零点位置定义所有组件．(3)如果需要，为组件添加代表尺寸和形状的三维实体模型．(4)完成机床结构的建立，复位VERICUT，使各运动部件回到初始位置．(5)运用MDI榆测机床的各项功能是否达到预期目的，如换刀、各轴的运动．(6)保存机床文件．&&& 基于VERICUT软件，提出了针对不同加工对象的多种机床的通用建模方法．结合具体实例建立一个通用的三轴联动立式数控铣床，于CGTECH―LIBRARY中打开一个通朋的控制系统文件“Ge-nericrn．ctl”作为机床的控制文件，再于CGTECH-LIBRARY中调入一个代表3轴立式数控铣床的通用机器文件“g3vm．mch”．&&&& 从选用的控制文件和机床文件可以看出，采用的单传为millimeter．X，Y，Z轴及机床床身模型直接在VERICUT中建立，如果建立的模型较复杂，则呵以由其他CAD软件建立好组件模型后再导入VERICUT中使用．导人的模型应该是VERICUT能够识别的格式，诸如IGES，STI。等．建立的机床模型和机床组件树，分别如图1，2所示．
图1机床模型
图2机床组件树 3．2机床仿真及刀具轨迹优化3．2．1刀具文件的建立&&& 刀具是机床进行加工的一种重要工具．VERICUT仿真加工前，应先建立刀具库文件，仿真加工时再经过适当编辑，即可直接采用．VERICUT刀具库包含刀具切削部分、刀杆和刀具夹持部分等信息，并以．tls格式储存在刀具库文件中．&&& 基于零件的加工需要，通过刀具管理器(ToolManager)建立3把铣刀．即用于陷入加工的陷入铣刀，用于曲面和轮廓加工的型号为EB4一PI。R3的球头铣刀，以及用于局部铣削的型号为ES4一PI。中2的平头铣刀．建立的刀具库文件，如图3所示．
图3刀具管理器 3．2．2数控程序的调入和加工仿真&&& VERICUT可以仿真单个或多个刀轨文件，并且可以仿真多种类型的刀轨文件．因此，在调入刀具轨迹时，首先要选择合适的刀轨类型，即可选择G代码刀位轨迹，并设定用刀尖编程的方法进行刀具轨迹仿真．&&& VERICUT提供了多种换刀方式，对于G代码文件，可以用刀具号、刀轨文件名或刀具列表等．采取BY Tool Number形式，即直接按刀具库中刀具号处理刀具，如遇到T1 M6时，将刀具号为l的刀具换到主轴上．&&& 基于上述工作，再调入由Pro／NC加工生成的NC代码，就可以进行NC程序的检验和机床加工仿真了．仿真过程中可以浏览刀具轨迹文件，利用上具按钮控制仿真的起、停和速度等，并可通过相应的设置自动或手动捕捉VERICUT图片，还町记录AVI文件．由图4可以看到，VERICUT不仅可以对刀位轨迹仿真，还可以真实地反映ff{机床的实际工作情况．当打开Machine Setting中的干涉检验时，即可对机床各组件间是否存在干涉进行检验，干涉处以红色显示并在Log文件中列出，具有真实的校验效果．图5，6分别为陷入加上和曲面铣削加丁的仿真图片．
图4加工仿真图
图5陷入加工仿真图
图6曲而铣削加工仿真图 &&& 仿真结束后，VERICUT将自动产牛ASCI文本格式的日志(．Log)文件．日志文件包含仿真过程中的错误、警告和其他信息，如刀轨名称、仿真开始与结束时间、错误和警告的个数等．其中，错误和警告部分包括产生错误的刀轨所在行数、刀轨代码和所用刀具．因此，能够将错误和警告精确地定位到某一个程序段．3．2．3加工质量模型对比法虚拟检验&&& 运用VERICUT的AUTO―DIFF模块，提出加工质量模型对比法，以实现高效的虚拟检验．该方法将切削仿真后的模型与设计模型进行比较，并自动检测出它们之间的区别，完成虚拟检验．应用此方法可以迅捷地检查不正确的切削区域，即欠切或过切．特别需要指出的是，基于AUTO-DIFF模块功能的加丁质量模型对比法，还可以被用来检测设计模型的缺点和错误，以便在实际加工之前及时纠正所发现的问题．&&& 设计模型由Pro／E中完成并保存为．IGES格式后调入VERICUT．采用AUTO-DIFF的4种比较方式(实体、表面、点和轮廓比较)中的实体比较，即通过对比，从切削仿真模型中减去实体设计模型，再通过设置用户定义的公差水平，可以检测出过切和欠切材料．图7(a)，(b)为数控代码修正前后加工结果示意图．图7(a)中的上部区域为欠切材料，右下区域为过切材料．对比图7(a)，(b)可以看到，在图7(b)中的工件已无欠切、过切情况发生．&&&& 此外，在仿真过程中可以进行交互式的持续过切检查，仿真速度和质量均不下降．应用此方法不必一开始就仿真整个数控程序，当欠切或过切发生时，可以马上检测出来．为了鉴别过切，AUTO-DIFF将设计模型嵌入到毛坯材料当中，当刀轨切入设计模型，过切被突出显示，同时错误在信息栏中被报告出来．报告清单如图8所示．
图7欠切与过切示意图
图8报告清单 &&& 从图8(a)的报告清单中可以看出，在给定精度过切0．02 mm、欠切0．25 mm的条件下，切削仿真后的模型与设计模型比较中出现过切5处，欠切2处(过切用负数表示、欠切用正数表示)．其中，最大过切偏差0．267 246发生在数控程序seq项记录中，最大欠切偏差0．276 466发生在数控程序seq项记录中．&&& 报告以列表方式列出错误刀轨所在行号、过切或欠切量、刀轨文件名称、出现错误的刀轨文本及所用刀具号，同时在视图中零件的相应位置处也会以不同的颜色显示过切和欠切材料．&&& 通过刀具更换和手工数控程序的修改后多次仿真，比较得到的结果如图8(b)所示．修正后的报告清单中显示无过切、欠切现象，表明加工仿真模型达到了所需加工精度要求，同时也验证了所提出和采用的对比法，对设计模刑和仿真加工模型质量进行虚拟检验的正确性和可行性．3．2．4刀位轨迹非机动最短路径优化&&& 刀具轨迹的优化，是通过重新计算进给率和主轴转速，生成一个优化的刀具轨迹文件．优化过程中并不改变原有的快速运动和刀轨路线，但是，优化能够保证刀轨具有最佳的进给率或主轴转速，并在最短的时间内生产出高质量的零件．&&& 优化刀具轨迹首先要创建一个优化刀轨库文件，其扩展名为．olb．它是一个针对不同的刀具、工件材料和切削条件，而建立的进给速度和主轴速度的切削参数库(www．cgtech．com)．优化刀轨库被用来对刀具轨迹进行优化，从而生成一个优化了的数控程序文件．&&& 图9为采用非机动空刀进给方式进行的加工优化．即当刀具不接触材料时，刀具都以最大进给速度运行；而接触材料时，进给不被改变．由图9加工前后参数的对比情况可以看出，其加工仿真所用的时间减少了很多．
图9刀具优化 4结束语&&& 将Pro／E和VERICUT联合运用，研究进行虚拟机床建模与仿真优化的方法．在Pro／NC中完成零件的加工，自动生成加工NC代码，利用VERICTU对其进行验证、分析和优化，有效地保证了刀具路径精度、零件加工质量和避免机床各组件间干涉．铣削仿真实例表明，该方法充分运用Pro／E和VERI―CUT各自突出优势和特点，为实现虚拟机床技术的整体功能，以及更好地应用虚拟制造技术奠定了技术基础．
Mail: Copyright by ；All rights reserved.只需一步，快速开始
只需一步，快速开始
VERICUT仿真系统在数控加工中的应用
为您推荐的文章标签：，，，，（原作者：张少辉）【摘要】 本文结合加工实例介绍了VERICUT仿真系统在数控加工中的应用，创建了数控磨床的实体模型及待加工毛坯模型，并输入G代码对工件进行了模拟加工，以验证其数控程序的正确性。
【关键词】 VERICUT仿真 创建模型 模拟加工
VERICUT是美国CGTECH公司开发的一种运行于Windows或UNIX系统的计算机上先进的专用数控加工仿真软件，用于制造业CNC数控机床加工仿真和优化。该软件取代了传统的切削实验部件方式，通过模拟整个机床加工过程和校验加工程序的准确性，来帮助用户清除编程错误和改进切削效率[1]。VERICT的如下6个模块能满足工厂目前各项要求：
（1）验证模块
验证模块具有仿真和验证三轴铣床和两轴车床所需的所有功能。可以再VERICUT中定义毛坯模型或者从CAD系统输入毛坯模型，还可以仿真多个同步运动的刀具。
（2）优化模块
优化模块基于切削条件和需切削材料量自动修正进给率。优化模块可以读入刀具路径文件，可以根据每部分切削材料量的不同，选中符合切削条件的指定最佳进给率。
（3）机床仿真模块
机床仿真模块可帮助用户完成整个CNC机床的真实三维仿真，就如同实际生产一样，同时它还具有最精准的碰撞检测功能。该软件会检测所有机床零件，并模拟运动得出零件间的碰撞和接近碰撞的情况。
（4）多轴模块
随着零件和机加工操作变得越来越复杂，出现错误的机会也会随之增加。设计加工工序时，用户不会拿刀具路径的精度、零件质量和机床及机械工人的安全去冒险。多轴模块可以仿真和验证4轴和5轴铣和磨削加工的过程。
（5）自动比较模块
而自动比较模块可以把一个表面、一组表面或一个实体模型的外壳与仿真加工后的零件进行比较，通过指定两实体模型的重合比较，可以容易地辨别出擦伤、碰撞或残余的材料，这是检验仿真加工件是否符合设计的一种新的手段。
（6）接口模块
该软件可以从UG、CATIA、Pro/E等所有主流三维建模软件的加工模块里直接调用该软件进行仿真和优化。
1、VERICUT软件的应用过程
VERICUT软件在的应用过程分为三部分。
1.1、机床基本组件的创建
在VERICUT上建立仿真系统必须构建数控机床组件的实体模型[2]。为了实现对于复杂轮廓曲线的磨削加工，该仿真过程拟创建三轴联动数控磨床模型。要在VERICUT环境中创建磨削机构模型，首先要建立坐标系以及各轴之间的相互关系，然后将各个组件关联到各坐标轴上。
（1）建立机床坐标系
首先打开VERICUT软件，单击组件树 按钮，弹出部件树对话框，如图1所示。
选择Base并在对话框的工具栏单击上工具菜单中的&添附&选项，可以选择添附各运动轴，添附的组件过程如图2所示。
通过组件树菜单，可以确立个部件之间的运动关系。最终建立如图3所示的组件树结构。通过部件树对话框可以确立各部件之间的依附和运动关系，实现、三轴联动，完成对砂轮进给和摆动的控制。
（2）创建磨床的实体模型
在该系统中，可以通过UG、Pro/E等三维软件建立机床几何模型，并导出为STL格式，然后通过VERICUT提供的图形转换输入接口导入到机床仿真系统中，如图4所示，通过UG建立实体模型，等待调用。
图4 创建组件实体模型
本文采用了滑块来实现X、Y方向上的运动，采用了圆盘模型来实现C轴方向的转动。然后依次将各实体模型添附到各坐标轴上，机床模型如图5所示。分别包括了底座、夹具、X轴方向滑块、Y方向滑块、C轴关联转盘、以及一个毛坯组件等模型
（3）创建磨削刀具
因为创建的磨削机床机构类似于车削机床的模型，只是加工刀具与数控车床的车刀不同。因此只要根据砂轮的尺寸外形，做出类似于车刀的一个刀具模型，在仿真过程中，给砂轮一个角速度，砂轮模型就能旋转生成一个圆盘状的砂轮，并能很好的完成仿真运动。
按照按图6所示的尺寸关系建立砂轮界面轮廓。
1.2、仿真数控代码的加载
在VERICUT仿真软件中，刀具轨迹文件通常划分为两种类型：APT-CLS刀具轨迹文件和G代码刀具轨迹文件。APT-CLS刀具轨迹文件的后缀名为tp，通过后置处理转化成一个包含所使用数控机床特定G代码格式的文件。
在VERICT仿真环境中添加我们所生成的控制刀具轨迹的G代码文件，在菜单中选择&数控程序&选项，弹出如图7所示对话框，在对话框中，首先选定数控程序类型为&G-代码数据&类型，再单击添加，选择通过区间均匀接触磨削软件所生成的G代码文件，文件格式为mcd。
1.3、机床控制系统的设置
设置好数控机床的组成、结构以及数控代码后，还需给给机床配置数字控制系统，使机床具有解读数控代码、插补运算等功能。VERICUT软件提供自带FANUC、SIEMENS、PHILIPS等多种控制文件的控制系统库，文件扩展名为ctl。本设计选用软件自带的三轴联动的数控系统进行仿真实现，如图8所示。
根据上文建立的VERICUT仿真系统，进入仿真磨削环境，调入相应的刀具文件、毛坯模型、数控代码，创建仿真环境如图9所示。设置好各种加工参数后，输入加工G代码，单击开始，即可开始磨削加工的仿真。磨削后的毛坯形状如图10所示。
在磨削加工完成以上实例中的毛坯后，利用VERICUT软件自带的测量工具，测量仿真加工后的工件的实际尺寸，并且与理论数据相对比，结果如表1所示。
由以上表格中数据可以看到按照实例加工出的模型其最大误差为0.0024mm，基本满足了设计需求，通过VERICUT软件，建立了相应的机床实体模型、刀具模型，并加载了工件加工数控代码，通过磨削仿真试验可以验证数控加工代码的正确性，为节约了大量的时间和资金，这对实际生产具有重要意义。
[1] 杨胜群.VERICUT数控加工仿真技术[M]，北京：清华大学出版社，2010.
[2] 阮润玲，唐承统，吕波，窦海霞.基于VERICUT虚拟机床的建模技术研究与应用[J]，设计与研究，）：11-14.
& && && && && && &
1122782.jpg (214.95 KB, 下载次数: 0)
1122782.jpg
11:21 上传
1122783.jpg (378 KB, 下载次数: 0)
1122783.jpg
11:21 上传
1122784.jpg (105.82 KB, 下载次数: 0)
1122784.jpg
11:21 上传
欢迎您转载分享并保留本文链接：
推荐阅读：
内容/版权举报请联系bianji#niubb.net
||苏ICP备号-1 |扫扫二维码，随身浏览文档
手机或平板扫扫即可继续访问
举报该文档为侵权文档。
举报该文档含有违规或不良信息。
反馈该文档无法正常浏览。
举报该文档为重复文档。
推荐理由：
将文档分享至：
分享完整地址
文档地址：
粘贴到BBS或博客
flash地址：
支持嵌入FLASH地址的网站使用
html代码：
&embed src='/DocinViewer-4.swf' width='100%' height='600' type=application/x-shockwave-flash ALLOWFULLSCREEN='true' ALLOWSCRIPTACCESS='always'&&/embed&
450px*300px480px*400px650px*490px
支持嵌入HTML代码的网站使用
您的内容已经提交成功
您所提交的内容需要审核后才能发布，请您等待！
3秒自动关闭窗口扫扫二维码，随身浏览文档
手机或平板扫扫即可继续访问
ProE和VERICUT虚拟机床建模与仿真
举报该文档为侵权文档。
举报该文档含有违规或不良信息。
反馈该文档无法正常浏览。
举报该文档为重复文档。
推荐理由：
将文档分享至：
分享完整地址
文档地址：
粘贴到BBS或博客
flash地址：
支持嵌入FLASH地址的网站使用
html代码：
&embed src='/DocinViewer-.swf' width='100%' height='600' type=application/x-shockwave-flash ALLOWFULLSCREEN='true' ALLOWSCRIPTACCESS='always'&&/embed&
450px*300px480px*400px650px*490px
支持嵌入HTML代码的网站使用
您的内容已经提交成功
您所提交的内容需要审核后才能发布，请您等待！
3秒自动关闭窗口}