基于VERICUT的虚拟数控机床建模方法研究.pdf

精密制造与自动化 2017年第2期 58 基于 VERICUT 的虚拟数控机床建模方法研究 孙 慧1 刘新旺2（1.包头职业技术学院 数控技术系 包头 014030；2.北方奔驰公司 包头 014030）摘 要 介绍了基于 VERICUT 软件构建虚拟机床模型的基本概念及流程,并以 XK714 数控机床为案例，阐述了在 VERICUT 环境中构建机床建模的一种方法，对于建立其它同类型机床模型具有一定的参考意义。关键词 VERICUT 数控机床 建模 VERICUT 是美国 CGTECH 公司开发的专用数控加工仿真软件，它采用先进的虚拟制造技术，能够对数控加工过程的（机床、数控系统、刀具、毛坯、夹具等）模拟达到极其逼真的程度，保证了 NC程序的正确性、加工过程的安全性和可行性，避免了因 NC 程序错误导致加工零件报废带来的各种损失等，并为现代制造领域的教学培训提供了功能强大的实训平台。同时，实现了与机械 CAD/CAM（如：NX、Pro/E 软件等）软件无缝接口嵌套运行1-3。1 1 构建机床模型的基本概念构建机床模型的基本概念 机床模型是指根据实际机床的运动和装配关系来组建的抽象模型4，通过添加 NC 程序，就可以实现对零件加工过程的模拟仿真5。在 VERICUT软件中构建虚拟机床模型，可以通过导入外部各个零部件的模型文件建立，也可以通过系统提供的基本素体直接在软件中建立。2 2 构建机床模型的流程构建机床模型的流程 在 VERICUT 软件中构建机床模型要将运动学建模和几何建模结合起来，其流程如下：1)前期准备工作 明确机床结构外形、尺寸、运动方式、坐标系、各运动轴的行程、控制系统以及所用到的毛坯、夹具及刀具等辅助工具。2)构建机床模型 VERICUT 软件机床库中自带多种机床模型可供用户使用，如不能满足需求，可自己构建机床模型。（1）运动学建模：确定各运动轴的分配关系；（2）几何建模：机床运动结构模型抽取和各部件坐标系关系确定、CAD 模型的创建及输出。3)配置控制系统 VERICUT 软件自身提供了常见的几十种控制系统，用户根据实际需要进行选择，也可自行定制所需控制系统6-8。4)设置机床参数 依据机床型号相关主要技术参数，进行合理设置。3 3 构建机床三维模型构建机床三维模型 根据XK714机床的基本结构尺寸参数（见表1），通过 NX 软件对机床各部件建模，包括床身基体、X 轴、Y 轴、Z 轴和 Spindle 部件等，将各部件 CAD模型转存为 STL 格式模型文件。表表 1 XK714 数控铣床主要相关技术参数数控铣床主要相关技术参数 名称 单位 参数 工作台面尺寸 mm 800420 坐标行程(X,Y,Z)mm 650400480 主轴转速 r/min 608000 主电机功率 kW 5.5 主轴锥孔 BT40 主轴端面至工作台面距离 mm 80560 定位精度 mm 0.01 重复定位精度 mm 0.005 机器质量（净重）kg 4000 电源需求量 kW 12 机床外形尺寸（长宽高）mm 24020002500 万方数据 孙 慧 等 基于 VERICUT 的虚拟数控机床建模方法研究 59 3.13.1 新建项目文件新建项目文件 运行 VERICUT 软件，建立一个公制项目文件，并设置工作目录。3.23.2 构建机床运动结构构建机床运动结构 （1）构建 Base 部件。在项目树中，选中 Base（0，0，0）节点，选择“Add Mode”下拉列选项中“Mode File”，在“Shortcut”下拉列选项中选取“Base_y.stl”文件。同理，将“Base_z.stl”文件添加到 Base（0，0，0）节点下。（2）构建机床 Z 轴。在 Base（0，0，0）节点下，选择“Append”-“Z Liner”命令，在“Rapid Rate”文本框中，Z 轴快速定位（G00）的进给率设为 5000units/min。在“Accel/Decel”文本框中，最大 进 给 速 度（G01、G02/3）的 进 给 率 设 为3000units/min。选择“Add Mode”下拉列选项中“Mode File”，在“Shortcut”下拉列选项中选取“z.stl”文件。（3）构建机床 Spindle 主轴。在 Z（0，0，0）节点下添加 Spindle（0，0，0），选择“Add Mode”下拉列选项中“Mode File”，在“Shortcut”下拉列选项中选取“Spindle.stl”文件。（4）定义机床刀具换刀点。在Spindle（0，0，0）节点下添加Tool（0，0，0），添加完成了Tool换刀点。（5）构建机床 Y 轴。在 Base（0，0，0）节点下，选择“Append”-“Y Liner”命令，在“Rap