工装设计·面向VERICUT软件下五轴联动数控加工仿真分析
doi:10.16648/jki.1005-2917.2020.01.031
面向VERICUT软件下五轴联动数控加工仿真分析
朱方芳
（广东省工商高级技工学校，广东乐昌　512200）
摘要：因为五轴数控机床的加工难度很高，各种零件可能产生碰撞与干涉的现象。可通过使用VERICUT软件来对五轴联动数控加工进行仿真，从而起到良好的作用，因为其能提高五轴联动数控加工的稳定性、安全性。笔者针对VERICUT软件下五轴联动数控加工仿真进
行了研究，希望能为广大的相关工作者提供一些参考依据。
关键词：VERICUT；软件；五轴联动；数控加工；仿真
前言
本文将五轴联动数控加工仿真作为基础，分析了采用VERICUT软件来建立仿真系统的技术和流程，提高
了加工仿真的效率，减少了欠切、过切等问题的产生。
1. 关于VERICUT软件的优势
VERICUT软件是美国一家企业开发出来的数控加工仿真技术。这种软件的优势在于，可以完成刀位文件和CNC系统的仿真，同时也能对CAD、CAM后置处理的NC程序进行仿真。借助VERICUT软件对加工仿真进行分析，可减少加工的时间，避免刀具受到损坏，提高工作的效率。同时，其还能检查欠切和过切的部分，避免机床产生碰撞和摩擦，防止形成故障。不仅如此，VERICUT软件还具有三维实体显示的功能，其能完成切削模型大小的测量，而且进行保留，促使后面的切削加工拥有更多的支撑。最后，这种VERICUT软件也具有一些接口，可以完成不同信息数据的导入工作。到了如今，VERICUT软件已经被运用在不同的领域和行业，比如交通、军事、汽车生产、模具生产等等，而且这种技术也处于不断的完善中[1]。
2. 面向VERICUT软件下的数控机床仿真
2.1  机床机构和CNC系统概述
该机床是五轴联动类型，而且属于平床身，所配备的轴是B、C、X、Y、Z。其中，B轴将2.5°当作单位分度，角度在90°到﹣110°的范围内。Z轴的路程是3000毫米，X轴的路程是920毫米，Y轴路程是50
0毫米。此外，主轴的输出功率最大不超过4470KW，转速最大不超过4000r\min，刀库容量是108个，铣轴的功率最大不超过300KW。最后，夹具还有保持架、尾夹、三爪卡盘。仿真部件如下表所示：
表1　仿真部件
类别名称
base主轴箱床身固定部件
flex软件spindle主轴
Milling head铣轴头
Fixture夹具卡盘
Linear X轴Y轴Z轴
Rotate B旋转轴C旋转轴
Tooling刀具
Tailstock尾架
Steady rest保持架
Turret刀塔
2.2  VERICUT软件下的仿真流程
第一，建立机床运动学模型，完成虚拟机床建模的工作；第二完成毛坯和夹具的建模工作；第三，完成刀具的建模工作，构建关于机床所采用的全部刀具的刀具库；第四，设置系统参数，这些参数包括了工件编程远点以及刀具补偿的一部分仿真系统数据；第五，进行仿真，借助CAM软件建立这些零件的加工刀具轨迹以及NC 代码，同时按照VERICUT软件系统的实际情况，进行一定的修改；第六，对仿真结果进行处理优化，根据所建立的仿真模型，了解工件的加工、摩擦情况，而且对大小进行测量，算出废料数据。
2.3  原理
通过利用VERICUT软件模型来对工具进行构建，结合机床的实际情况对五轴数控加工中心CAD模型进行设计。对机床的控制系统进行选择，并且调整代码和参数。同时根据变螺距诱导轮加工编程的整体流程，构建一个刀具库。在其中添加G代码以及对应的工艺参数，开展加工仿真的工作。在模拟加工结束之后，零件需要和所设计的CAD模型进行对比，了解这种技术下所加工的几何误差情况。
3. 建立五轴联动高速仿真机床
本文采用VERICUT软件对瑞士MIKRONUCP600Vario五轴联动高速机床进行仿真，所加工的零件是铣削整体叶轮。
3.1  构建机床组件树
按照五轴联动数控机床的实际情况，提炼出重要的机械机构，比如床身基体、X轴、Y轴、Z轴、C轴等。按照这样的结果和不同部分之间的位置关系，利用VERICUT软件来建立这个机床的组件树，产生机床的运动学模型。笔者所构建的祖件树，如下图所示：
图1　组件树
在以上组建树中，X轴和Y轴的位置在Base的根部，C轴则在Z轴内部。Fixture位于C节点的内部，Stock则在Fixture的内部。也就是说，Stock依赖于Fixture而存在，而Fixture能随着C轴运动，C轴跟着Z轴转动。基于此，也可以看出Y轴放置于C轴上，B轴缠绕Y轴摇动，Tool与Spindle之间形成依赖，而Spindle和B 轴之间也形成依赖。所以，VERICUT软件里的组件树展现出了机床中的工装、坐标轴、主轴、道具之间的关联性，而且从其中也可以看出机床运动的原理[2]。
3.2  建立机床不同部分的三维模型
在构建了机床组件树之后，便需要针对组件增加三维模型，而且进行装配，形成机床的空间立体模型。可在UG中建模之后再导入VERICUT软件，再在建模的时候点击工具栏中的按钮，而且对模型进行旋转、转移或者缩小，从而更方便的观察模型的情况。在所完成的机床几何模型中，一般的几何参数都和机床相同，机床原点选主轴端面的下面部分。
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《装备维修技术》2020年第1期（总第175期）
3.3  对机床进行系统参数设置
对于所构建的机床模型，必须在进行了初始化设置以后才能加工零件。第一是机床干涉检查设置，借助VERICUT软件的“机床设定”，对机床的基本状态进行设定。一般需要开展十个组件运动的干涉检查，了解机床运动时可能产生的摩擦情况。最后，将产生干涉的检查临界值调整至1毫米。第二是机床初始化调整，其所设置的是机床初始位置、换刀位置等方面的参数。为了达到机床的要求，将五轴机床旋转中心枢轴中心位置设置成（000），而机床坐标原点和程序原点等坐标值，则使用系统原始值。另外，可要按照所加工零件的参数在系统中设置换刀位置的坐标值。第三是机床路径的设置，根据该机床五轴的路径，对X轴、Y轴、Z轴的运动区域值进行输入。在仿真加工的过程中，如果程序机床部件运动区域值超过一定范围，那么系统便会展示出超过的部分，而且记录在日志中。
3.4  机床数控系统的筛选
在对瑞士MIKRONUCP600Vario五轴联动高速机床的构成和初始参数进行调整之后，仍然不能启动机床。必须先给机床配备数字控制系统，赋予机床的核算、仿真展示、数控代码等功能。因为VERICUT软件中包含了很多控制系统文件，使用者可随意进行使用。不仅如此，VERICUT软件也提供了机床开发工具箱，使用者可根据自身的需要来开发出控制系统。在该机床中，选择了汉德海iTNC530数据系统。
最后还要建立机床刀具库，借助VERICUT软件中的刀具建模部分，构建所需要的刀具库。其中包括了刀具切削部分、刀杆以及刀具夹持部分。
4. 虚拟机床的仿真加工
4.1  做好加工之前的准备工作
在进行了机床建模、刀具库建模，形成了零件加工流程之后，便可以对机床进行仿真加工了。在加工之前先要做好准备工作，先调出机床与刀具库，再设定夹具，对零件毛坯进行放置，调整数控流程和G代码。
4.2  仿真加工
在机床复位之后，便可以进行仿真加工。下图展示了叶轮加工仿真的图片，在加工过程中，VERICUT软件可将自身的界面分为两个部分，一个部分展示刀具和零件的切削，以及毛坯材料的去除。另一个部分则展现出机床整体运行的情况，从而更好的观察刀具有没有和夹具、机床部件产生摩擦，了解机床各个轴的运行状况。因此不但有加工细节，同时能展现出整体的效果。
在进行加工时，机床组件可能产生碰撞、摩擦、超程、过切的问题。其会在加工图像里以红的方式来进行展现，同时也会在界面下部的信息通知拦里产生提示信息，促使技术人员了解目前的情况。仿真工作完成之后，VERICUT软件会产生文本格式的日志，其中包括了仿真过程中所产生的所有错误，以及时间、其他数据信息，从而将错误与警报精确的定位至一个程序内[3]。
图2　叶轮加工仿真图
4.3  验证结果
结束之后，针对VERICUT软件对于瑞士MIKRONUCP　600Vario五轴联动高速机床进行仿真的效果进行验证。借助一个加工序在真实机床中对实体模型进行加工，获得实体零件，将结果与VERICUT软件的仿真结果进行对比，最后发现通过VERICUT软件来开展数控虚拟生产和仿真加工，能取得更好的效果，而且没有产生欠切、过切的问题。
5. 总结与体会
综上所述，通过VERICUT软件来开展五轴联动数控加工仿真的工作，不但效率高，同时将仿真零件模型的实际生产运用落到了实处，产生了真实的零件。也因此，VERICUT软件中的五轴联动数控加工仿真具有一定的科学性，值得大力推广和使用。
参考文献
[1] 宋文学，刘兴良，张军前.VERICUT五轴联动数控机床模型建
立及加工仿真[J].机械制造，2014，52（11）：53–56.
[2] 曾强，张志森，肖辉进.基于VERICUT五轴联动数控加工仿真
研究[J].科学技术与工程，2012，12（04）：914–917+925. [3] 张惠林，轩继花，姜士湖.基于VERICUT的五轴联动数控加工
仿真[J].现代制造工程，2006（07）：125–127.
2.4  强化对电梯性能调试质量的提升
在对电梯进行安装完成以后，最为关键的工作就是要自检电梯系统，并且提交质检部门所编写的相关
报告书。在实际的电梯安装工作结束之后，应该开展试验运行工作，然后实地走访业主，能够切实的了解其具体需求，有针对性的对电梯进行调整。最后，应该对电梯的各项安全防护设备进行复验，保证可以将一切的安全隐患排除，切实做到各个环节的调试工作都能够做到位，以便电梯能够安全且可靠的运行，最大程度的规避安装过程中存在安全风险的几率。
结束语
综合而言，新形态下，我国电梯行业发展速度在不断加快的同时，其竞争也越来越激烈。而结合现阶段的电梯行业发展来看，很多生产供应电梯的厂家，其实力参差不齐，从而导致电梯事故经常出现。所以，在实际的发展过程中，人们对于电梯安装质量的关注度也越来越高。因此，电梯施工人员以及维护人员在具体的工作过程中，一定要科学的对电梯进行安装，不断强化自身的水平，能够主动的掌握到更多的电梯安装方法以及保养技能，以确保可以为人们的生命以及财产安全提供保障。
参考文献
[1] 许旭晨.关于电梯质量安全与安装维护问题的探讨[J].现代物业（中旬刊），2019，23（08）：123–124.
[2] 李华钢.电梯质量安全与安装维护问题探讨[J].科技经济导刊，
2019，27（22）：166–167.
[3] 王振宇.关于电梯质量安全与安装维护问题的探讨[J].机电工程
技术，2018，47（08）：247–249.
[4] 刘立磊.关于电梯质量安全与安装维护问题的探讨[J].门窗，
2017，25（10）：206–207.
[5] 钟庆文.关于电梯质量安全与安装维护问题的探讨[J].建材与装
饰，2017，25（03）：216–217.
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4.3  软启动正常空载启动测试
恢复软启动的中压主回路电缆接线，采用“电压斜坡”模式启动中压电机，此时电机不带负载，处于空载运行。
4.4  软启动正常带载启动测试
软启动启动模式设置为“电流斜坡”模式，启动带载运行的电机并正常切换到旁路运行。
总结
本次国产化改造涉及本秀和AB两种软启动器各一台，软启动器运行可靠并成功实现旁路切换，极大地降低了采用进口器件的高昂维修成本，缩短了中压软启动的维修时间，增强了备品备件采购的灵活性，对油田降本增效具有重要的指导意义。
参考文献
[1] RediStart Solid State Starter User Manual MX3Control[Z].
BENSHAW公司.
[2] 中压SMC-Flex电机控制器K系列产品的用户手册[Z].Rockwell
Automation公司.
作者简介：刘为玉（1983.12），男，2007年毕业于中国石油大学（华东），电气工程及其自动化工程师。
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