VERICUT五轴虚拟机床模型的开发及后处理验证-.pdf

C AD／ C AM／ C AP P直用 土 p p l i c a t i o n o f C AD／ C AM／ C AP P V E R I C U T五轴虚拟机床模型的开发 及后处理验证 茂 名市交通技工学校 广东5 2 5 0 0 0 李全 V E R I C U T是一款专为制造业设计 的 C N C数控机 床加工仿真和优化软件。可以在产品实际加工之前 、 模拟 N C加工过程 ，以检测刀具路径中可能存在的错 误 ，并可用于验证 C A M软件和 G代码输出结果，取 代了传统 的切削实验部件方式，优化数控程序的切 削速度 ，获得更高效率。 一 般的 N C仿真软件只能模拟 2 、3轴 的数控车 床或加工 中心 ，数 控系统、设备型号非 常有 限，有 些无法验证宏指令 ，更不用说 四五轴 的机床 了。而 四五轴加工中心有许多种形式，有立式 的、有 卧式 的；有 A B轴 、B C轴 、C A轴 ；有的是工作 台翻转、 有的是主轴头摆动 ；不 同的机床 四、五 轴的行程也 不同， 又有很 多不 同的数控系统 ，组合起来可 以说 是千变万化 ，所以很难得到模拟验证。一次 N C机床 撞机可能花费数万元 ，除 了机床损坏 、降低机床精 度外 ，还会延误整个产品开发计划。而 V E R I C U T能 交互模拟 2 5 轴铣、车、铣车组合加工 、F M C柔性 制造单元等，并且 可 以去建 构模 拟机床 和控制器 ， 其真实程度几乎与实际的机床一样 ，操作时易于识 别、更正引起的碰撞。 特别是某些 自动编程软件的五轴后处理文件需 要开发 适应机床 正常工作 ，用 V E R I C U T进行验 证 先用 Ma s t e r C A M铣模块将绘制好的零件 图调出， 的球刀。刀具轨迹如图 1 3所示。 点击菜单中的 “ 刀具路径 ” 、 “ 工 作设定 ” ，在“ 工作 设定 ” 对话 框中选 择 “ 边界盒”来设定工件 毛坯 。然后 依 次 点 击 菜 单 中的 “ 曲面加工 一粗加工 一放 射状加 工 ”选 择所 要加 工的 曲面 ，点 “ 执 行 ” ， 此时出现 “ 放射状加工” 参数设 置对话 框如 图 l 1 所 示 ，按要 求填 好 相 应 的参 数 即可生 成 刀具路 径 。然后旋转刀具路径 ， 如图 1 2所示 ，旋转角度 “ 1 8 0 ” ’旋转中心点为坐 标原点 。最后设 置精 加 工时 的步骤 同上。粗 加 工是选用 q M6 m m 的立铣 刀 ，精加工时选用 1 6 mm 图9 图1 1 图1 2 图1 3 3 ．刀具路径轨迹仿真 点击 “ 操作管 理”，全选 刀具路 径，然后 点击 “ 实体切削验证” ，即可观察 刀具仿 真轨迹 ，如 图 1 4所 示 。 4 ．生成 G代码 和程序 传 送加 工 点击操作管理对话 框中 图 1 4 的 “ 执行后处理”设置相应 的机床参数 ，即可生成 G代码。然后传输程序 ，进 行加工。MW 收稿 日期2 0 1 1 0 4 1 4 参 磊 工 。 冷 加 工 ⋯ 置 妻 辑 5 5 wwwd r t al wor R I nEI y , ． u ． c om ■ A C A D／ C AM／ C AP P应用 1 p p l i c a t i o n o f C AD／ C A M C AP P N C ，无需在机床上 直接操作 ，快速 、安全 、可靠 ， 效益更明显 ，五轴加工 中心按 照其结构特点的不同 可分为四大类 双摆 头机床、摆头及 转台机 床、垂 直双转台机床、 4 5 。 倾斜双转台机床 ，以下开发的是 其中一种五轴虚拟机床模型。 1 ．五轴机床原型 如图 1 所示 的一台五轴卧式双转台机床 ，数控 系统 F A N U C 1 5 i m， 据说 明 书及 机 床 实际操作验证 ，5 个坐标 轴 都 符 合 国际标 准 右 手 笛 卡尔直角坐标 系， 具体 的技 术 参 数 如附表。 图1 五轴机床外观图 技术参数表 下工作台尺寸／ mm 4 0 0 4 0 0 上工作台尺寸／ mm 2 5 0 工作 台最大行程 X ／ m m 1 0 0 0 主轴箱最大行程 Y ／ m m 6 0 0 立柱最大行程 Z ／ mm 8 0 0 B轴行程／ 。 1 5 0 C轴行程／ 。 3 6 0 B轴转台中心 到工作 台距离／ mm 3 0 0 C轴转台中心到工作 台距离／ mm O 2 ．五轴机床结构关 系分析 这是一种典型的卧式双转 台五轴 机床，从转 台 的位置看，应该是 A、B轴的 卧式机 床 ，似 乎不太符 合 如 图 2 所示的标准坐标系 ， 其原 因是 为 了方 便 观 看 和装 夹 ， 机床 的初始位 置对 B轴 旋转 了 9 0 。 。从俯视图看 ，工作台 图2 卧式B c五轴 顺时针 旋转 9 0 。 才是标 准位。 标准坐标系 所以标准的 B、c卧式双转台五轴机床如图3所示。 结构关系 C轴旋转 台及旋转 台支座依附在 B 轴旋转台上 ， 轴旋转台及旋转台支座依附在 轴工 作台上 ， 轴工作台依 附在 z轴工作 台，而 z轴工 作台依附在底座上。另外刀具依附在主轴上，主轴 依附在 l ， 轴工作 台，y轴工作 台依附在立式基座上。 5 6 参 磊 冷 加 b ； j r， ’ 堋 。 冷 夹具和工件当然是装 在 c轴旋转台上。根据机 床参 图3 B C卧式五轴结构图 数可知，机床坐标系 的原点就在 c轴旋转 台表面的 中心 ，这些机构的相互关系相当重要 ，不能出错。 3 。构建虚拟机床模型 根据上述的五轴机床结 构关系就可以构建机床 模型了，具体步骤如下 1 起始操作 选取菜单 中 Mo d e l - C o m p o n e n t T r e e或点击快捷 图标别 ，弹 出部件树对话框。选取 V i e w V i e w A x e s 显示所有的轴。 2 坐标轴 、l ， 、z、B、C的建立 在部 件树 中右键 单击 B a s e 一在光标 菜单选 A p p e n d 一 选 Z l i n e a r ，添加 z轴 ；右键单击 z 0 ， 0 ， 0 一在光标 菜单选 A p p e n d - - - 选 X l i r e a r ，添加 轴 ；右键单击 0 ， 0， 0 一在光标菜单选 A p p e n d 一选 B R o t a r y ，添 加 B轴；右键单击 B 0， 0， 0 一在光标菜单选 Ap p e n d 一选 C R o t a ry，添加 C轴 ；按照同样的方法 ，添 加其他部件，如图 4所示。 力 崩 日． - r B a 蛐l 取 D J 嗣一嗣 I I z 0 ， 0 。 0 ∞ xf 0 ， 0 ， D j 囱● Bl 0 ， 0 。 0 皿 由 i A a e hf 0 ， 0 ， 0 1 日镯 | - Y10 ， 0 ， 0 l 国‘ 薯 ． s p j | ．d J e f 0 ， o } 一 ● T o o l f 0 ， 0 ， 0 l 图4 B C卧式五轴部件树型图 3 添加机床几何模型在部件树 巾右键双击 C 0 ，0 ，0添加方 型 l 8 0，| ， l 8 0 ，2 “ 5 0位 置 一9 0 ， 一9 0， 一5 0 ，再 添加 圆 形 t b 2 5 0 mm 高 5 0 mm位置 0，0，一1 0 0 。在部件树中右键双击 口 0 ，0 ，0添加方 型 3 4 0，Y 4 3 0 ，Z 5 0 位 置 一1 7 0 ， 一 3 0 0 ， 一1 5 0 ，视图方向 HI S O进行 观 察。按照同样的方法 ，添加机床几 何模型 ，注意更 改模型颜色易于辨别。注意主轴的位置应在 0 ，0 ， 5 0 0 。 4 建立机床刀具库 选取菜单 中 S e t u p - - T o o l M a n a g e r 或者快捷图标 ，弹出刀具管理对话框。在菜 单 中选取 A d d N e w T o 0 l Mi l l ，弹 出图中 1号刀具 ， 右键单击” 1 ” ，选取 C u t t e r ，弹 出增加刀具对话框 ， 按所需建立的铣刀类型 包含直齿铣刀 、球头铣 刀、 锥度铣刀及用户 自定义等 ，设置刀具几何参数 ，确 定后返 回刀具管理对话框。再添加机床实际用的刀 套 H o l d e r ，用 自画图方式 ，如图 5 所示。依照上述方 法 ，建立一系列常用的刀具库 ，并在 D e s c r i p t i o n栏 中 描述刀具的类型和规格等。 窟 囊 黜 ． 盥翻J 甓 哦I 一一J r_ j 一 ～ Po l nl 2 2 2 2fi 一 1 G1 6 -g5 25 Po t fll 4 1 2 75 - 2 8 5 75 4 1 2 75 1 5 e 75 4 7fi 25 4 7 6 26 Po i n t 4 6 3 56 - 1 1 4 3 一 I 5 3 55 - 7 B2 4 7 6 25 ． 311 5 - 31 T5 J 34 926 || 。 l 曩0 垮艏} 磐 t 饕 尊 叠妊 图5 机床刀夹设置 4 ．机床 相关设置 1 数控 系统 选取 菜单 中 s e t u p G o n t m l O p e n 或快捷 图标 ，弹出打开 控制 文件 对话 框，在 V e ri c u t下 安 装 目 录 的l i b r a r y 子 目 录 下 选 取 ”F a n l 5 i m ． c t l ” ；选取菜单 中 s e t u p c o n t r 0 l wo d ／ A d d r e s s ，弹出图所示的对话框 ，根据机床的控制系 统功能和指令格式 ，对准备功能 G代码、辅助功能 M代码 、寄存器地址和状态指令 等进行设 置 ，并保 存该文件。 2 设置干涉检查选取菜单 中 C o n fi g u r a t i o n - - - Ma c h i n e S e t t i n g对 C o l l i s i o n D e t e c t 进行如 图 6所示设 置 。 3 设置机床行程在同一菜单对 T r a v e l L i m i t s 进行如 图7所示的设置。 4 设置机床初始位置 在 T a b l e 里增加 I n i t i a l M a c h i n e L o c a t i o n项数值为 B 9 0 。 5 其他设 置M a c h i n e R e f e r e n c e L o c a t i o n 机 床参考点 ；T o o l C h a n g e L o c a t i o n 换刀位置 。 C A D／ C A M／ C AP P直甩 1p p l i c a t i o n o f C AD／ C AM C AP P 图6 干涉检查设置 图7 机床行程设置 5 ．测试机床 选取机床模拟工具条的重设模型 ，机床将 回到 机床初始状态 ，与实际机床有方 向不 同，所 以机床 初始位置更改为 B一9 0 。 ，再重设模 型，如 图 8所示 位置。选取菜单 中 P r o j e c t M D I 进行机 床检测，选 图8 五轴机床初始状态 中 轴如图按 或 一 按钮进行行程碰撞及方向检验， 类似的方法检验 l ， 、Z轴。选 中 B轴或 c轴进行检 验 ，是否符合右手笛卡尔坐标 系的规范 ，检测 B轴 在 1 5 0 。 时是否会 出现红色超程状态。保存机床文 件为 HT b T c 5 a i x ． c m d 。 ’ 采用 V E R I C U T内部 的基本模型进行机床 构建， 机床外观显得不够逼真，但是构建速度快 ，功能是 完全一样的。也可 以通过其他的三维软件进行较细 致的建模 ，转换过来后就能构建 出外表更真实 的机 床。然后再进行软件加工模拟与 V E R I C U T机床 G代 码仿真进行 比较就可以。MW 收稿日期2 0 1 1 0 3 1 4 参 磊 工 。 ⋯ 磊 5 7 。H M ，，旭 俐 w 用 ∽ P ，“ ‘‘Cn ，，，