北京科技高级技师学校 北京 102308
摘要：数控加工仿真技术随着制造业的发展，越来越成为数控技术当中一个非常重要的方面。运用虚拟机床技术，在真实加工之前对虚拟数控机床参数进行设定，在虚拟环境中可以进行零件的数控加工仿真，并对数控程序加以检验，检查数控加工过程中可能出现的碰撞、干涉，来分析零件的可加工性和工序的合理性。
本文利用了一款功能非常强大的数控机床仿真与分析软件VERICUT与CAD/CAM软件CAXA制造工程师相结合，建立了XD-40虚拟数控机床平台，配备了FANUC 0m数控系统。结合CAXA制造工程师和VERICUT软件，完成了对刀具切削参数优化实例验证，并生成了优化程序，经过验证确实缩短了加工时间，提高了加工效率。并且基于VERICUT开发了教学界面，增强了真实感。以典型中级工工件为例，描述了基于VERICUT新教学模式的完整的教学工作过程。
关键词：虚拟加工；数控加工；CAD；CAM；VERICUT
虚拟制造技术是20世纪80年代提出的概念，从提出虚拟制造概念迄今为止，虽然时间很短，但它已成为世界各国科技界、企业界研究和应用的热点之一。我国清华大学CIMS工程中心对虚拟制造下的定义是：虚拟制造是实际制造过程在计算机上的本质实现，即采用了计算机仿真与虚拟现实技术在计算机上群组协同工作，实现产品的设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检测，以及企业各级过程的管理与控制等产品制造的本质过程，以增强制造过程各级的决策与控制能力[1]。
如图 1所示，可以看出，“虚拟制造”与实际制造相比有以下两个主要特点[2]：
图 1 虚拟制造与实际制造系统的关系
VERICUT是当前全球数控加工程序验证、机床模拟、工艺优化软件领域的领先者，被广泛应用于三轴及多轴的实际生产中。VERICUT具有较强的仿真功能，其三维仿真功能不仅能用彩色的三维图像显示出刀具切削毛坯形成零件的全过程，还能显示出刀柄、夹具、机床的运行过程和虚拟的工厂环境[3]。如图 所示为NC代码在VERICUT中的验证仿真过程。
图 2 利用 VERICUT 进行数控机床加工仿真的过程
我校数控实习使用的的机床为XD-40数控铣床，利用CAXA制造工程师软件的建立机床模块。XD-40数控铣床为立式数控铣床，该机床控制系统配备FANUC 0i-Mate数控系统。
一、虚拟加工仿真环境的建立
进行数控加工仿真需要建立完整的虚拟加工仿真环境，包括建立机床的几何模型和运动学模型，然后再建立其他制造资源，如工件、刀具和夹具等几何模型，指定刀位轨迹或NC程序，并配置相应的参数，最后实现对加工过程的仿真和优化[4 ]。
利用VERICUT7.0对数控加工程序进行仿真的步骤如下：
1、建立虚拟数控机床；
2、建立毛坯和夹具模型；
3、建立刀具模型；
4、设置系统参数；
5、加工仿真；
6、仿真结果分析；
7、程序优化。
二、VERICUT在教学中的初探
1. 教学界面的设计
在数控教学中，使用虚拟机床仿真加工进行教学的方式，用来缓解设备少，人员多的现状已成为趋势，为了在教学中增加教学效果，本文开发了针对学校的启动界面，并设置有“练习模式”和“考核模式”两种。
本文界面设计采用Microsoft Visual Basic软件来完成的，效果如图所示。
图3 界面设计效果图
2.基于VERICUT仿真平台开发新教学模式
对于中等职业教育，学生的职业资格等级的考核通过率是衡量学校教学水平的一个重要标准。使用虚拟机床进行数控仿真是数控教学的发展趋势，可以解决设备少、学生多的现状。通过几个实习教学的核心评价指标来进行新旧教学模式的对比，对比结果见表。
以典型中级工工件是数控教学中的重点，本文选用典型的中级工工件的教学过程，来描述基于VERICUT仿真平台开发的新教学模式，流程图如图4所示。
图 4 基于VERICUT仿真平台的教学模式流程图
3、教学案例
（1）零件的加工工艺分析
布置学习任务后，工件如图所示。首先是对零件进行工艺分析。
图5 中级工练习05图纸
（2）编写加工程序或使用CAXA制造工程师软件生成G代码
（3）仿真加工流程：
①机床构建
②机床设置
③定义控制系统
④刀具构建
⑤数控程序的添加
⑥加工模型的添加
⑦定义加工坐标系G54
⑧仿真加工，仿真结果如图6所示
图7 “自动-比较”结果 图8 “自动-比较”报告
⑩仿真优化
根据《切削用量手册》建立进给速度和主轴速度的切削参数库，如图所示，优化结果如图所示。
图9 优化刀轨库 图10 优化结果
?仿真过程评价
仿真过程结束后，对学生的完成情况作出评价，评价表见表 1。
⑫零件加工。
⑬加工完成后，进行零件检验。
三、结论与展望
本文在数控仿真领域中的特殊性在于能够构建出虚拟的机床，并且在仿真加工过程中不仅能显示刀具与零件相接触进行切削部分，还能够同时在另一视图中展现出整个机床及其各轴的运动情况，这样对机床整体运动形态的表现就与观察真实加工时的机床完全一样，这是其它数控仿真系统所不具有的优点。同时利用本系统还对加工完毕的零件进行了加工质量检查和刀具轨迹优化，实现了完全意义上的虚拟制造。结合实际情况设计教学界面，并实际应用于数控教学中，这是其创新点所在。
参考文献
[1]陈定方, 罗亚波等. 虚拟设计北京: 机械工业出版社, 2002
[2]吴澄. 现代集成制造系统导论. 清华大学出版社. 2002:407
[3]黄振沛, 楼建勇, 吴陈燕. 基于VERICUT的数控加工仿真技术研究[J]. 机械工程师, 2008, (8): 75-77
[4]李存鹏. 基于VERICUT的虚拟数控加工刀具轨迹优化[J]. 机械研究与应用, 2011(1): 15-16
作者简介：樊静（1982.12），性别：女；籍贯：内蒙古；名族：汉；学历：本科；职称：讲师；研究方向：数控应用；单位：北京科技高级技师学校。
论文作者:樊静
论文发表刊物:《电力设备管理》2017年第8期
论文发表时间:2017/8/21
标签：加工论文; 数控论文; 机床论文; 过程论文; 零件论文; 刀具论文; 工件论文; 《电力设备管理》2017年第8期论文;