VERICUT软件在数控仿真加工中的应用

摘要：数控加工仿真软件VERICUT具有明显的优点，本文通过具体实例阐述用VERICUT软件进行数控加工仿真的一般步骤，以及VERCUT软件在数控仿真加工中的实用性。

关键词：数控仿真　虚拟制造

仿真加工可以在计算机上模拟实际零件的加工过程，验证数控程序的正确性，替代零件的试切工作，能够缩短零件的设计制造周期，具有十分重要的现实意义，也是现代制造技术发展的必然趋势。当今所使用的一些仿真加工类软件，大多只能反映出刀具切削零件部分的加工过程，用户不能建立适合自身条件的机床及刀具模型，只能被动选取软件提供的仿真环境，因而不能达到完全的数控加工仿真与虚拟化。VERICUT软件可以建立完整的虚拟机床，不仅仿真效果更加逼真，而且能够实现全过程的虚拟制造。

一、什么是VERICUT

VERICUT是NC验证与加工仿真软件，用来在编程阶段校验加工程序的准确性，能够让编程人员对整个数控加工环境进行仿真。使用VERICUT可在产品实际加工之前模拟NC加工过程，检测刀具路径中可能存在的错误，如：过切工件、损坏夹具、折断刀具或碰撞机床等。可用于验证G代码和CAM软件的输出结果。同时VERICUT可以和Mastercam、Pro／E、UG、CATIA、EdgeCAM等软件无缝集成，以对其生成的NC代码进行仿真。用户可以利用该系统完成整个机床及与之配套的刀具库和夹具的建模，在仿真加工的过程中能够实时显示出机床各组成部件间的运动关系，就如同观看实际机床加工一样，利用其建立数控加工仿真系统是十分合适的。

二、虚拟机床

1.本体建模

VERICUT软件能够根据需要开发出和自身所拥有的实际机床相一致的虚拟机床，实现全过程的仿真加工。这也是该软件强于其他数控仿真软件的一个突出优点。机床的建模包括几何建模和运动学建模两部分。对实际机床进行结构分析，抽象提炼出其主要的组成部分及各部分间的依附与相互运动关系，进而利用系统的组件树功能将这一关系形成机床的运动学模型。

本文建立了三轴立式铣床的虚拟模型，从建立好的组件树可以看出，Y、Z轴位于Base（床身）根节点内部，X轴位于Y轴节点内。而Fixture位于X节点内部，Stock（毛坯）、Design（设计模型）又位于Fixture节点内部。即Stock和Design依附于Fixture，而Fixture跟随X轴移动。该机床为工作台移动方式。同理可以反映出X轴放置在Y轴之上，Tool依附在Spindle上，Spindle又依附在Z轴之上，反映出刀具在主轴的带动下随Z轴移动。因此VERICUT中组件树说明了机床各个坐标轴、工装、毛坯、主轴、刀具等组成部分之间的相互依附与约束关系，体现了机床最基本的运动学结构。它是机床建模的基础。

利用VERICUT软件中的建模功能建立组件树中各组件的几何模型，并通过坐标将各部分装配在一起。复杂的模型可以利用其他CAD软件建立，然后导入到VERICUT系统中，从而形成机床的实体模型。

2.刀具建模

为了实现虚拟加工，还应建立与之配套的刀具。VERICUT提供了刀具管理模块来实现这一功能。利用该模块，用户可以完成任意形状的刀具建模。

刀具建模包括刀杆（切削部分）与刀柄（夹持部分）两部分。对于常见形状的切削刃和刀柄，用户可以直接利用系统提供的模型进行建立。对于具有复杂形状的切削刃，用户可以通过系统内部的CAD绘图功能自行绘制。用户可以建立几把刀具组成跟实际机床相同的刀具库，如上图所示。

3.零件毛坯及夹具建模

利用VERICUT系统的建模模块，可以完成零件毛坯及夹具的几何建模，并通过设定坐标将其安放到机床的正确位置上。

4.机床参数设定

完成以上步骤后，虚拟机床还不能够进行运动。要为其配置与实际机床相一致的各种系统参数，包括机床原点、各轴行程、初始位置等。这一切是通过VERICUT系统中的机床管理模块实现的。同时还应根据实际情况为虚拟机床选择数控系统。VERICUT为用户提供的几乎所有常见的数控系统，包括各种型号的FANUC、SIEMENS的数控系统。VERICUT系统还提供了机床开发工具箱，可以让用户开发定制适合自身要求的控制系统。

完成以上各步骤后，复位机床。虚拟机床就处于待加工状态了。

三、零件的仿真加工

利用VERICUT的程序管理功能调入由外部CAM软件生成的零件数控加工程序，系统能够自动识别G代码并按其进行走刀完成零件的加工过程。在这一过程中，用户可以像观察实际机床加工一样看到虚拟机床各轴之间的联动，看到刀具切除毛坯材料形成零件的实时图像。利用前文所建立的虚拟三轴铣床对某一零件进行加工仿真时的界面，可以看出VERICUT提供了不同的视图来同时显示机床的整体运行情况和零件的切削情况，既有加工细节又有整体效果的显示方式，体现了VERICUT系统在加工显示上的优越性，这是其他同类数控仿真软件所做不到的。利用VERICUT系统还可以进行暂停或单步执行等操作，对视图进行旋转、缩放、平移等操作，更好地观察仿真效果。如果在加工过程中发生了过切、撞刀或机床各部件间产生了干涉现象，系统会用红色加以突出显示以提醒用户，将发生错误的现象及所在程序行自动记入到报告文件中，以方便用户查询与修改。

利用VERICUT所进行的虚拟加工与真实加工，无论是加工过程还是最后的加工效果都完全一样。用户利用该系统可以在实际机床加工之前就预先在计算机上模拟出全部的加工过程，实现了完整的仿真加工过程。

利用VERICUT系统建立的虚拟机床进行零件的仿真加工，与实际机床加工效果相对比，验证了利用VERICUT软件进行零件的仿真加工与虚拟制造是行之有效的办法。该软件所采用的一些仿真软件，如用户可自行进行机床、刀具与夹具的开发设计、逼真实用的仿真控制与界面等，可实现全过程的数控加工仿真。采用该方法不仅可以缩减程序的调试时间，还可以减少加工设备和资源的消耗。

（作者单位：渤海船舶职业学院）