VERICUT环境下的数控仿真加工

IVERICUT 环境下的数控仿真加工摘要：近十几年来，随着科技的进步，尤其是数字化技术的高速发展，可以在机械设计进行之前就能够围绕整个设计生命周期进行相应的建模工作，同时可以充分利用计算机技术进行模拟设计，并对产品设计的整个生命周期进行过程模拟，给实际机械设计提供最佳的参考素材。在制造当中，还能够综合运用大量的数字化的制造技术及工艺，广泛应用计算机辅助设计以及数字管理手段对全部设计的过程进行科学管理，确保资源配置最优化、设计效率最大化。虚拟技术在现在应用越来越广泛，如何将其应用于机械制造行业，将虚拟与现实结合以加快制造业的发展，主要结合当今企业面临的问题做了一定的探索。使用 UG 的 CAD/CAM 模块与 VERICUT 对 XD-40 型立式数控铣床进行了模拟仿真。主要研究内容包括以下几点：1.对 UG 软件和 VERICUT 软件进行深入学习并熟练使用；2.使用 UG 软件对加工零件进行建模分析工艺生成加工程序，进行简单建模并设置刀具工艺参数；3.在 VERICUT 环境下构建 XD-40 数控铣床加工环境；4.在构建好的 VERICUT 环境下对零件进行加工仿真，并检验零件加工过程中的正确性。通过对机床以及零件进行建模并进行零件的仿真加工，得出通过 UG 与VERICUT 的结合可以大量节约加工成本，为新产品加工前期节约了大量时间，大大的提高了制造效率和质量。关键词：数控技术；加工仿真；VERICUTIIIIINumerical Control Simulation Machining Based on VERICUTAbstract：In the past ten years, with the progress of science and technology, especially the rapid development of modern digital technology, can be before they can in the mechanical design around the entire design life cycle for the corresponding modeling work, can make full use of computer technology to simulate the design at the same time, for the entire life cycle of product design and process simulation, for the actual mechanical design provides the best reference material.In the process of manufacturing, we can comprehensively use a large number of digital manufacturing technologies and processes, and extensively apply computer-aided design and digital management methods to scientifically manage the whole design process, so as to ensure optimal allocation of resources and maximize design efficiency.Virtual technology is becoming more and more widely in application now, how it can be used in machinery manufacturing industry, combining the virtual reality with to speed up the development of manufacturing industry, mainly combined with the modern enterprises are faced with the problem to do some exploration,. The CAD/CAM module of UG and VERICUT were used to simulate the xd-40 vertical UG milling machine. The main research contents include the following points:1. In-depth study and proficiency in UG software and VERICUT software;2. Use UG software to conduct modeling and analysis of machining parts to generate and process the process, conduct simple modeling and set tool process parameters;3. Constructed the processing environment of xd-40 nc milling machine under the environment of VERICUT;4. Process simulation of parts in the constructed VERICUT environment and verify the correctness of parts processing.Through parts of machine tools and parts modeling and simulation process, it is concluded that through the combination of UG and VERICUT would save processing costs, a large number of early saves a lot of time for the new product processing, IVgreatly improve the manufacturing efficiency and quality.Keywords: Numerical Control Technology, Machining Simulation, VERICUT.V目 录摘要 .IABSTRACT.II第一章 绪论 .11.1 研究目的及意义 .11.2 研究内容 .11.3 数控加工仿真技术 .21.3.1 国内外状况 .21.3.2 数控加工仿真技术 .21.4 章节小结 .3第二章 数控加工仿真软件介绍 .42.1 UG 的简介 .42.1.1 UG 具有的特点 .42.1.2 UG 的具体功能 .42.2 XD-40 型数控铣床 .52.3 VERICUT 介绍 .6第三章 UG 软件的数控自动编程模拟 .73.1 零件的建模 .73.1.1 加工零件的建模 .73.1.2 加工坐标系的建模 .83.2 零件工艺分析及刀具的选择 .93.2.1 零件工艺分析 .93.2.2 刀具的选择 .103.3 刀具轨迹的仿真模拟 .103.3.1 刀具建模 .103.3.2 加工参数的设置 .113.4 数控加工程序后处理 .113.5 章节小结 .12第四章 VERICUT 仿真 XD-40 机床 .134.1 机床建模 .13VI4.2 机床参数设置 .174.3 XD-40 刀具建模 .194.4 章节小结 .20第五章 仿真加工 .215.1 UG 仿真加工 .215.2 VERICUT 环境下的加工仿真 .225.3 进行仿真加工 .235.4 加工质量检验 .245.5 章节小结 .24第六章 结论 .25参考文献 .26致 谢 .27附录数控程序 .28VII1第一章 绪论1.1 研究目的及意义在实际制造生产加工过程，设计师为了保证加工的正确性和精确性，在机械制造加工之前对加工程序进行检验是非常重要的环节。长期以来，计算机仿真技术的发展迅速，使得在计算机环境中对数控加工过程进行检验的技术在实际的机械制造领域有了广泛的应用。刀具轨迹和零件切削的整个过程可以利用仿真的方法在计算机上模拟，设计师可以通过观察切削过程，找到一些问题并对这些问题进行调整，不用在实际中使用机床减少资源的消耗。并且，还可以通过计算机仿真模拟技术，对机械加工的过程及结果进行模拟仿真检验，检测各种加工数据是否符合设计要求，并对机械加工过程进行优化处理，实现机械制造的智能化。在实际的机械制造加工过程之前，虚拟制造技术能够仿真具体加工过程并对其不合理的数据进行及优化处理，它可以对仿真的结果进行数据分析处理，我们可以选择较优的加工工艺并进行生产。在机械制造过程中，有一项是相当复杂的，那就是数控程序的编写，虽然目有 CAD/CAM 技术等可以由计算机辅助来生成程序，但是缺并不能确保程序的高效性和精确性。1.2 研究内容数控加工仿真技术是集制造技术、机床数控理论、计算机辅助设计（CAD ）、计算机辅助制造（CAM）和建模技术于一体 Error! Reference source not found.。数控加工的主要内容包含：零件的立体建模、机床的建模、机床各个位置参数的设置、刀具参数的设置、检验 NC 代码的生成及其正确性、建模完成后零件数控仿真加工过程的模拟、分析检测加工完成零件质量。1.在 UG 软件中对我们所要加工的零件进行三维立体建模，并对其机械加工工艺进行详细的分析，然后在利用 UG 的编程模块生成数控加工的程序，完成数控程序的生成通过后置处理器对生成的程序进行后置处理，就能够得到适合不同机床的 G 代码文件用于加工。2.在 VERICUT 软件中对 XD-40 数控铣床的实际加工环境进行模拟；模拟2出机床的三个主轴，并设置好各个位置的参数，使其能够像实际机床那样进行零件加工，并且可以进行碰撞干涉检查。在软件中进行数控加工仿真模拟，我们能够检测机械加工过程中刀具和加工零件是否合理，工件与加持装置是否有碰撞干涉的存在，来确保加工出的零件符合设计参数要求，同时避免刀具、夹具和机床之间因为碰撞等问题而产生的不必要的磨损和破坏。3.利用 UG 能够检测加工程序，检测其在加工过程中是否存在过切或欠切等切削一系列的加工问题问题。可以运用几何图像或动画的方式模拟机械加工过程，来检验零件的几何形状是否符合设计参数要求。1.3 数控加工仿真技术1.3.1 国内外状况近些年来计算机模拟技术的快速发展，从根本上改变了传统的制造业产生方式，世界上各工业发达国家对现在制造业进行研发，并且为其投入大量的资金支持，提出了全新的不同以往的制造模式。在新研发的机械制造过程中，数控技术是它的核心技术。数控技术在集成化基础上实现了超薄性、超小型化；并且能够综合计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科多方向的技术，数控技术的高速、高精、高效控制等特点从而一一成为现实。 多年来，我门国家的数控系统都是封闭式体系结构，而 CNC 只能作为机床运动控制器来进行使用。在以往的加工过程中，零件的参数设计大多是根据经验设置为固定参数，加工程序通常是在加工前用手工方式或通过 CAD/CAM 等自动编程系统进行编写。整个机械加工过程中 CAD/CAM 和 CNC 之间并没有反馈控制的存在，CNC 只是一个封闭式的开环执行机构，并且加工过程中的刀具参数、工件的材料性能、主轴的最大转速、加工过程中的进给速率、加工过程中的刀具轨迹、切削深度、步长和加工余量等加工参数，没有办法随着现实环境的不同来随时调节改正，更加不能通过反馈控制随时修正 CAD/CAM 中的设定的参数，大大的增加了 CNC 的工作效率并且严重影响产品的加工质量。传统 CNC 系统限制了 CNC 向多变量智能化发展，这种系统已经不能适应日益复杂的制造现状，我们国家想要加速经济发展、提高综合国力和国家地位就应该顺应时代潮流，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术。1.3.2 数控加工仿真技术数控加工仿真技术是运用计算机模拟现实环境下的机械制造过程，是常用3的检测数控加工程序的正确性工具中的一种，它能清晰地将切削过程中的刀具轨迹及切削状态展现在我们眼前，同时对切削过程中过切、欠切现象和刀具与工件、刀具与夹具之间的碰撞和干涉情况实现可视和定量的验证，能够直观地、形象地将数控加工的全过程模拟出来并且清晰地展现给我们。一件新的产品被开发出来，首先我们可以直接利用计算机进行三维立体仿真模型的构建与模拟，并对这个产品加工的数控程序、加工前的工序、加工中刀具轨迹进行检测与优化，从而能够降低在真实机械加工过程中存在的一些不必要的生产成本，同时还能够提高产品的加工质量和加工精度。我们还能通过计算机建立虚拟的环境，在这个环境中对数控编程操作人员进行培训，能够大大节约现实中机床的使用和费用。所以，数控仿真加工技术具不仅仅具有很大的经济价值，并且还有非常重要的社会应用意义。1.4 章节小结本章结主要是介绍该课题的研究目的及意义，说明本篇文章的主要研究方向和本片文章的主要研究内容，并对现在的数控加工仿真技术做了简要的介绍，分析了现在数控技术的发展方向以及其在机械制造行业的重要性和其存在的地位。4第二章 数控加工仿真软件介绍2.1 UG 的简介UG(Unigraphics NX)是 Siemens PLM Software 公司研发的一个用来为用户进行产品设计及加工提供数字化造型和验证手段的软件，这是一个可以实现人机交互的 CAD/CAM(计算机辅助设计与计算机辅助制造 )软件，它具有非常之强大的功能，各种复杂实体及零件的建模仿真都可以用它轻松实现 2。随着 PC 硬件的发展和个人用户的增长初始主要用于工作站的这款软件，现如今已经发展成为模具行业三维设计的一个主流应用软件之一。2.1.1 UG 具有的特点UG 软件可以对零件进行三维实体建模和装配建模，生成的零件能5够清晰地以三维立体图形的方式呈现给我们，并对可以在软件中进行刀具的运动分析、机床的干涉检查、仿真模拟现实机床运动及其载荷的检验分析，它具有以下的功能特点：（1）用图形来表达零部件，能够直观的可视的描述设计思想。（2）舒适的设计灵活性使概念设计成为可能，并且使用起来更加方便简洁。（3）并能够提供辅助设计与辅助分析的完整方案，让我们的设计过程更加的轻松愉快。（4）工程数据的自动更新，图形和数据保持绝对一致。（5）并且提供输入输出的接口和二次开发工具，让我们的思维更加活跃。2.1.2 UG 的具体功能（1）工业设计UG 能解决工厂需要培养创造性和产品技术革新的设计工程师的问题。UG 建模能够迅速地建立复杂的产品形状，并将其以 3D 图像的方式展现在我们眼前，并且使用先进的渲染技术和可视化工具来达到我们的审美要求。（2）产品设计UG 的模块是相当强大的包括了世界上的大部分产品设计模块，并且它所包含的机械设计功能和机械制图模块，用来设计绘制那些外形结构复杂的产品，可以为机械制造设计提供高性能和灵活性。UG 比普通的设计工具更加完美的地方在于，它具有专业的钣金模块、线路布置模块、管路布置模块、专用塑料件模拟仿真模块和其他行业的多种设计应用程序，可以满足不同行业的结构设计。（3）仿真确认优化设计师可以用数字化的方式仿真所要设计的产品，并能够通过 UG 来确认和优化产品及其开发过程。设计师可以通过 UG 在产品开发初期改善质量，减少或消除因为加工需要而对于物理样机磨损与破坏。（4）UG 仿真加工6该模块不仅仅具有同时提供钻孔、攻丝和镗孔等通用的点位加工编程功能，还能够定义标准化刀具库、加工工艺参数样板库，交互界面可以进行灵活的修改和剪裁，并且使初加工、半精加工、精加工等操作参数标准化，减少使用培训时间并优化加工工艺。UG 软件所有模块都可生成与实体模型完全相关加工程序。2.2 XD-40 型数控铣床XD-40 立式数控铣床是大连机床集团公司引进国际先进技术自行研发的新型数控机床。其具有独特的高速直线滚动导轨副，令它在航天、汽车、模具、军工等机械制造行业有着广泛的应用。这台机床配有多种辅助系统，其中包括自动润滑系统、冷却系统、自动排屑装置，手动喷枪及便携式手动造作装置等等，并且机床整体结构采用半封闭式防护罩。主轴箱体、机床底座、立柱、十字滑台、工作台等基础件全部采用高强度铸造成型技术制造，确保这些零件内部金相组织及其稳定，不容易受到外界环境因素的干扰，从而提高机床工作时的稳定性与灵活性。高速、高精密的主轴具有以下等特点：1、其主电机功率为 11.5/7.0kW。2、主轴采用的精密级斜角滚珠轴承，不但具有高速高精密的特点，并且具有高速的特点其标准转速可以达到 8000r/min。3、高性能油脂润滑主轴轴承和主轴头，能够有效地减少主轴因为高速运转而产生的高温。4、因为机床采用 IRD 动态平衡较正设备校正主轴的动态平衡，则主轴在高速运转过程中不会产生共振现象，就能保证机械零件的加工精度。X、Y、Z 轴进给全都采用直线滚动导轨支撑，配合高精度滚珠丝杠副，增加传动刚度消除高速运动时产生的热变形影响，保证机床的定位精度和重复定位精度。智能润滑系统：导轨润滑选用注油配和容积分配器，定量供给导轨所需的润滑油，从而减少润滑油的浪费避免污染环境。防护和排屑：机床配有密封的导轨防护罩，能够有效地保护移动部件，使7其的寿命能够有效的延长。2.3 VERICUT 介绍VERICUT 是全世界 NC 验证软体的领导者之一，它主要的功能模块包了数控程序检测模块、机床实际运动加工仿真模块、优化加工刀具路径模块、多轴机床模拟仿真模块、实体零件比较检测模块和 CAD/CAM 接口等模块构成 Error! Reference source not found.。VERICUT 能够仿真多种机械加工设备在现实环境下数控加工过程，比如数控铣床、车床、线切割机床等机械加工设备，并且能够利用模拟现实数控加工过程的方法来代替以往的实际试切削实验。在整个零件的模拟仿真过程中，它不仅仅能够真实的模拟毛坯到零件的全部加工过程，还能够清晰地呈现出各个主轴之间的相对运动关系。机床的机床结构、刀具、夹具、控制系统和仿真等参数设定都不相同。因此用户只要选定了机床，那么夹具的参数就已经确定了，接下来就只需要比较整个机械加工过程就可以。VERICUT 主要有以下的功能模块：（1）检验加工模块：对三轴机床的铣削、钻削、车削等不同加工方式进行现实环境下的模拟仿真、检验和分析零件的精度；（2）机床环境模拟仿真模块：构建多种数控机床，根据设置不同的参数来模拟不同的机床环境；（3）优化数控程序模块：通过修改进给率，从而达到优化刀具路径的目的，同时还能够提高加工效率；（4）模型输出模块：模拟仿真结束后的模型有两种不同的输出模式，分别为 IGES 格式或 STL 格式；（5）巡边器编程与仿真模块：模拟机床探测头操作，减少潜在错误，从而节省购买探测设备的成本；（6）自动比较模块：将我们仿真模拟完成的模型和 VERICUT 模拟现实环境加工之后的模型进行比对，检测加工出的零件是否复合设计参数要求。8第三章 UG 软件的数控自动编程模拟3.1 零件的建模由于零件的外形不同而我们选择其加工的步骤与方法也不尽相同，我们选择的零件主要是有两个台形状和孔的加工，我们首先需要在 UG 软件中对需要加工的零件进行三维立体建模。在 UG 中按照基础四方体需要加工的不规则梯台四个通孔的顺序对零件进行建模。图 3.1 为需要模拟仿真的零件图。图 3.1 模拟零件图3.1.1 加工零件的建模（1）基础四方体建模在草图界面绘制 80mm*100mm 的矩形，完成草图绘制后再主菜单界面选择拉伸选项，出现如图 3.2 所示的界面选择好自己需要的尺寸，点击确定则会得 到如图 3.3 所示的 四方体模 型。9图 3.2 拉伸界面 图 3.3 四方体模型（2）不规则四方体建模在草图中绘制如图 3.4 的曲线并仿照第一步的步骤通过拉伸得到最终需要建模的实体。图 3.4 拉伸建模的草图（3）孔的建模在 UG 的建模界面选择孔绘制选项，得到如图 3.5 所示的界面，在草图界面绘制好孔的位置，就能完成孔的建模，其完成设置后生成的三维图如图 3.6所示。10图 3.5 孔绘制界面 图 3.6 完成建模的模型3.1.2 加工坐标系的建模在完成零件建模的基础上，我们还需要设置零件的加工坐标系，在建模模块中选择 WCS 定向选项，弹出如图 3.7 所示的设置界面后，点击自动判断按钮，选取零件的底面为基础完成加工坐标系的建模。设置加工坐标系主要的目的是为了完成零件的建模之后导出零件用于机床加工，而在加工过程中能够使得零件的坐标和机床坐标是一致的，为我们在后面的加工中省去了大量的步骤与不必要的工作量。最后，我们将建模完成后的零件模型以 STL 的格式导出，如图3.8 所示为零件模型导出是的选择界面。11图 3.7 坐标系建立 图 3.8 零件导出界面3.2 零件工艺分析及刀具的选择3.2.1 零件工艺分析本文选择的零件主要是需要进行外型轮廓加工和孔加工，一般我们会选择采用先加工基面的方式确定加工精度、先进行面的加工在进行孔的加工、先进行粗铣加工后进行精铣加工的加工原则，因此该零件的加工顺序为：粗铣不规则梯台精铣不规则梯台钻预孔钻孔。粗铣加工过程中，一般会选择大的背吃刀量和比较大的进给量，选用低的主轴切削速度；半精铣加工和精铣加工过程中，一般来说会选择小的背吃刀量，一般来说我们通常依据表面粗糙度的要求来选取进给量的大小，采用较高的切削速度。由于我们选择的零件主要是进行轮廓加工和通孔的加工，并且全部在一个方向上，因此我们选择平口钳来作为零件加工时的夹具。123.2.2 刀具的选择根据前文的加工工艺分析，本文选择的零件加工过程中需要四把刀具，分别进行粗铣台型外轮廓、精铣台型外轮廓、预打孔和孔加工四个步骤来进行，粗加工选择直径 10mm 的两刃立铣刀来进行加工；精加工选择直径 8mm 的四刃立铣刀来进行加工；预钻孔选择中心钻来进行加工；孔的加工则需要选择直径 10mm 的钻头来进行加工。3.3 刀具轨迹的仿真模拟3.3.1 刀具建模在 UG 软件的加工模块中选择机床设置按钮，在项目树中右键点击，选择插入刀具选项，选择平底铣刀，并将刀具命名为 T01，接下来将会弹出刀具编辑界面如图 3.9 所示，在这里主要是进行刀具参数的设置，按照上文的顺序分别完成其余几把刀的设置，到此刀具的建模就完成了。13图 3.9 刀具参数界面3.3.2 加工参数的设置我们创建好合理的刀具后，对我们所需要加工的工件进行加工处理。点击左上方 NX 图标，选择加工选项，然后就进入了加工模块，然后点击左上角创建工序按钮，进入创建工序窗口，选择边界面铣削进入面铣模块，进行刀位的编辑。具体的一些参数设置如下：（1）几何体设置为 WCG 的形式，进行加工坐标系的创建；（2）刀具选择一栏根据加工所需合理的选择创建好的刀具；（3）制定部件选择整个工件即可；（4）指定切削表面选择所需要切削的表面即可；（5）进给率一栏中设置主轴转速 2000，并选择自动计算来计算其他数据。将全部的参数设置完成后点击下方的生成按钮，即可生成所需要的刀具路径。图 3.10 即为生成的刀具轨迹图。14图 3.10 刀具轨迹生成3.4 数控加工程序后处理完成建模之后，UG 中生成的刀具轨迹与现实加工中的并不相同，所以刀具轨迹程序生成后并不能被直接用于实际的机械加工过程中，因此如果我们想要直接运用 UG 软件生成的程序我们还需要对其进行后处理工作。经过后处理的程序我们可以将其变为 TXT 格式，之后我们根据自身的不同需求选择将经过后处理的程序文件按照需求进行打印，或者直接导入到需要进行加工的机床中。前文说到由于每台数控机床都有自己不同的系统，因此我们必须按照实际的机床需要将生成的程序选择不同的后置处理器来进行处理。因为 XD-40 型立式数控铣床的控制系统属于通用的 FANUC-0i 控制系统，所以我们需要使用 UG 软件中的三轴机床程序后置处理器将程序进行处理。在工序导航选项中，首先我们需要将建模完成工序全部选定，点击后处理选项，界面中将会弹出如图 3.11 的指示框，在弹出的界面中选择 MALL-3-AXIS,单位选择公制/部件选项，选择文件扩展名为 TXT，选择确定选项就能够完成程序的后处理。我们能够在保存的文件中以记事本的格式打开经过后处理的程序，程序如图 3.12，最终程序见附录。15图 3.11 后处理器 图 3.12 程序信息3.5 章节小结 这一章主要介绍了在 UG 中进行零件建模的方法。并对零件的加工工艺进行了简要分析，根据加工工艺选择刀具并对刀具进行建模仿真，生成刀具轨迹。并在最后对程序进行后处理。16第四章 VERICUT 仿真 XD-40 机床4.1 机床建模XD-40 型立式数控铣床的控制系统属于通用的 FANUC-0i 控制系统。XD-40 铣床选用的指令为宏指令编辑，直线插补和圆弧插补等多种简单方便的操作可以在这个机床上轻松地完成，铣、镗、钻、扩孔、攻丝等多种不同工序的加工，对于 XD-40 只需要一次装夹就可以完成。我们还可以在这个机床的基础上给它增加回转工作台，那么就相当于给它加入了第四回转轴，就能够完成多种分度下的回转加工。如图 4.1 是 XD-40 机床的外形图片，XD-40 机床运动链如图 4.2 所示。17图 4.1 机床外形图 4.2 机床运动链表 4.1XD-40 机床的主要规格参数1.VERICUT 机床控制系统选择由上文可以知道 XD-40 型立式数控铣床数控系统是 FANUC-0i 控制系统，它是属于普通的立式三轴钻铣床。由于在 vericut 所包含的系统库中没有相同的系统，因此我们选择其中 fan10m 系统来作为模拟机床的系统来代替 FANUC-0i控制系统。2.机床主轴建模18根据 XD-40 型机床的运动链我们需要建立机床的各个运动主轴：选择操作界面的新项目选项，弹出如图 4.3 所示的对话框，选择好单位并对新建的文件进行命名，最后点击确认按钮，一个新的机床文件就创建完成了。图 4.3 新文件（1）机床控制系统建模：选择操纵界面的控制系统库，点击我们上文已经选择好的 fan10m 系统，选择打开选项，就能完成机床系统的建模。如图 4.4 所示。19图 4.4 机床控制系统（2）机床各个主轴建模，在项目树中打开 Base 选项，右键点击选择添加Z 线性，右击 Z 线性选择在其下方添加 Z 方向主轴，右键点击主轴在其下方添加刀具；重复上面的步骤完成 X、Y 方向的主轴添加和刀具添加，最后完成建模的机床主轴项目树如图 4.5 所示。图 4.5 项目树3.机床三维模 型的建模（1）在操纵面 板中选择单视图，其位置如图 4.6 所 示，选择弹出界面中的视图类型，点 击机床/ 切削模型选项。20图 4.6 机床显示界面（2）创建机床外形环境模拟，选择 Base 选项，右击之后选择添加模型选择其中的模型文件，绘制机床的床身，添加到模型文件之下，完成机床床身的建模。按照以上的步骤分别添加好各个主轴的创建，选择保存就完成了 XD-40机床的环境模拟。模拟完成的机床三维模型如图 4.7 所示21图 4.7 机床三维图4.2 机床参数设置在完成机床立体模型创建的基础上，还需要设置机床的运动参数，来保证我们所创建的机床与实际中的 XD-40 机床环境的一致性，我们需要对机床进行以下的参数进行设置。（1）XD-40 检验碰撞参数的设置在操作界面选择配置选项，选定其中的机床设定按钮，就会弹出如图 4.8所示的窗口，设置好参数之后，点击碰撞检测并忽略刀具与毛坯之间存在的碰撞，添加组件 Z 轴、X 轴和其他的组件的碰撞检测，选择窗口下方的应用选项，完成碰撞参数的设置。22图 4.8 碰撞检测图 4.9 机床初始位置设定（2）XD-40 机床坐标参数设置机床坐标系是指以机床的原点为坐标系建立的坐标系，这个坐标系是为了方便我们进行机械加工过程中来确认刀具和零件的位置。一般会选用一个固定的点来作为这个坐标系的测量起点。在操作主界面中点击“表”按钮，在创建好的机床模型中的台面，在配置机床台面中的“初始机床位置”里选择添加选项，弹出如图 4.9 所示的对话框中输入（0，0，520），点击应用选项。按照上述步骤添加换刀位置与机床参考位置，换刀位置的参数值设定为（200，150，400），机床参考位置的参数值设定为（300，210，500）。完成设置后的界面如图 4.10 所示。图 4.10 机床台面参数（3）XD-40 机床行程极限的参数设置23在机床设定选项界面中点击机床行程极限选项，勾选界面中间的超程错误日志选项，选择添加组按钮，其位置情况如图 4.11 所示，添加组的参数分别为添加 Z 轴（0，520），Y 轴（210，210），X 轴（ 300，300），最后选择应用选项。完成机床的行程极限参数设置。图 4.11 行程极限设置界面（4）XD-40 轴优先参数设置在机床设定界面点击轴优先选项，因为在实际加工过程中退刀的过程中拥有不同的顺序，在退到过程中需要先退 Z 轴，再退 X 轴和 Y 轴，再加工中进刀时先进 X 轴和 Y 轴，最后再由 Z 轴进行加工，设置好的各轴先后顺序如图244.12（“”为退刀，“”为进刀）图 4.12 轴优先4.3 XD-40 刀具建模再将机床的各个参数设置完成后，最后我们还需要为机床添加好道具，并将道具保存好。在刀具管理器中根据我们数控加工要求设置合理的刀具参数，完成刀具的参数设计之后，我们就完成了整个 XD-40 机床环境的设置。25图 4.13 刀具管理器26图 4.14 刀具参数 图 4.15 刀柄设置 4.4 章节小结 本章主要写出了在 VERICUT 环境中对 XD-40 机床的参数设置。并对机床的参数进行了研究分析，根据其参数在软件中创建机床模型、刀具模型。并完成机床文件的保存，为最终的模拟仿真打好基础。27第五章 仿真加工5.1 UG 仿真加工将建模好的零件打开，选择左上角创建工序选项，并根据加工要求来设置仿真过程中具体的参数：几何体选项选择 WCG 选项，选择自动生成来创建加工坐标系；点击指定部件，选择整个部件；点击指定切削区域，选择所要切削的表面区域；刀具选项中选择上文创建的刀具 T01；加工中的切削模式选项中，选择跟随部件即可；进给率选项中，设置主轴转速为 2000 转。将全部参数设置完成后点击下方的生成按钮，即可生成所需要的刀具路径图，如图 5.1 所示。根据上文所制定的工序，对每一步工序都进行刀具路径的生成操作，进而可以得到每一步的刀具路径。28图 5.1 刀具轨迹完成刀具轨迹的设置后，在设置页面的操作选项中选择确认选项，会弹出如图 5.2 所示的操作界面，在该界面中调整刀具运行速度点击播放按钮之后，就会进行零件的加工仿真过程。在这个过程中我们能够清晰地看到刀具与零件之间的运动过程如图 5.3 所示为加工过程中的刀具位置。图 5.2 仿真界面 图 5.3 加工过程5.2 VERICUT 环境下的加工仿真首先我们选择上文创建好的 XD-40 机床环境的文件，并在 VERICUT 软件中将其打开。29打开之后选择我们创建好的刀具文件，并将其添加到 Z 轴上，在机床上添加毛坯模型。在 VERICUT 环境中进行加工模仿真我们有好多种不同的方式添加数控程序，在本文中我们选择直接用在 UG 中完成后处理的数控程序添加到建模好的机床中。完成上述的过程之后，模拟 XD-40 机床的前期准备工作就彻底的完成了，接下来我们就需要进行模拟加工的环节了。30图 5.4 打开的机床5.3 进行仿真加工在如图 5.4 所示的模拟加工仿真界面中，选择其中的“重置模拟选项”，将前边导入的程序加入机床中，并将毛坯放置到应该加工的位置，最后选择模拟加工仿真界面的“仿真到末端”选项如图 5.6 所示，就能够模拟真个零件的加工仿真过程。并得到如图 5.6 所示的零件。图 5.4 重置模型 图 5.5 仿真末端图 5.6 零件图315.4 加工质量检验整个模拟仿真过程结束后，我们需要在 VERICUT 软件中对零件的加工过程中存在的加工问题进行检测，其中需要检测的问题包括是否存在过切、欠切、碰撞等一系列问题，在操作界面点击自动比较按钮，弹出如图所示的界面，在这个界面中我们可以设置出对比之后的颜色状态，如果发生错误将会生成文件方便检验，如果没有错误发生则会显示“没有区别”。图 5.3 加工结果比较设置界面5.5 章节小结在本章节中我们主要是对在 UG 和 VERICUT 环境下的零件进行仿真加工，并对加工过程中产生的问题进行对比得出结论。32第六章 结论虚拟数控加工仿真技术是包括许多前沿科技知识在内的综合技术系统，是一个发展前景颇为良好的高科技研究领域。本课题通过使用 UG 软件来进行工件的三围建模与刀具路径仿真，然后生成加工程序，然后使用 VERICUT 软件来进行 XD-40 型虚拟立式数控铣床的建模，再将所生成的程序导入其中，建立毛坯等一系列数据，然后进行机床加工仿真，使其犹如一个真的机床一般，加工出一个我们所需要的零件。本课题通过 UG 与 VERICUT 软件的完美结合，将从最初设计一个零件，然后进行加工，之后进行各种力学材料学的分析，再然后进行改善处理，最后成品的问世等一系列过程，在两个软件上完美展现了出来。本人通过本次研究，总结出了以下结论：1. UG 能够简单方便的对零件完成建模，并且精确度高，能够清晰地展现出刀具与工件之间的运动规律与位置；2. 并且刀路有规律，下刀点集中，但刀具路径长，加工时间长，毛坯越大，则越明显。3. VERICUT 软件能够进行机床的建模，利用各个模块之间的关机，实现了机床的仿真运动的产生，并加入了与实际一样的数控系统，与真实情况更加的贴合。此过程可以有效节约加工成本并大大缩短加工周期。4. 虚拟数控仿真加工技术不仅能够为工业所需加工减少大量的成本产生、大大缩短加工周期，同时有效的提高加工质量，而且更可以为各大高校实验室的教学工作带来巨大的方便，使学生可以有效的学习到数控的知识，不仅为我国制造业提供更多更优秀的人才，而且可以使我国制造业得到更好更快的发展。由于时间仓促和理论知识的限制，本文对 UG 和 VERICUT 仅仅是进行初步的研究，对更深入的问题还需要更系统的研究。3334参考文献1 张立新，何玉忠数控加工进阶教程M西安：西安电子科技大学出版社，2008.8：53-55.2 北京兆迪科技有限公司.UG NX10.0 数控加工教程M.北京：机械工业出版社，2015：23-26,35.3 杨胜群.VERICUT 数控加工仿真技术.清华大学出版社M.2013：115-120.4 刘峙基于 Pro/E 与 VERICUT 虚拟数控加工技术的研究D浙江：浙江工业大学，2008.5：565 袁莎.虚拟数控加工系统的研究与开发D.武汉：武汉理工大学，2011：38.6