基于VERICUT铣螺纹仿真研究

随着仿真技术的发展，三维数控仿真技术在工程上的应用也日益增多。通过对加工走刀和零件切削过程进行模拟，工程人员可以将加工过程以二维或三维动态形式演示出来，有效地保证了刀具运动轨迹的正确性，大大提高了加工效率。

VERICUT仿真软件不只在多轴领域能够发挥作用，在基础生产工作方面也能起到很好的辅助作用。目前，国内各种仿真软件对攻丝及铣螺纹的仿真还是空白，VERICUT可以实现这一仿真过程，并且结果很真实，各种数据也都能进行测量并得到验证。在教学和企业培训中，也能够发挥很好的引领作用，提高教学效果。

目前铣螺纹作为一种常用加工方式正得到广泛利用，但由于刀具成本较高，螺纹精度提出更高的要求，刀路控制及编程方面都带来较大难度，适当地模拟仿真，在提高工作效率的同时，保证了加工质量，减少了不必要的损失。

一、图样分析

以加工扇形板上的密封用内螺纹孔（图1）为例，说明铣削螺纹的仿真过程。螺孔公称直径64mm，螺距2mm，有效长度17mm，底部有退刀槽，宽度为8mm。

二、工艺分析

1.机床选用

该零件上内螺纹的加工相当于螺母内螺纹的加工，其上内螺纹的加工可选用数控铣床（图2）完成。VERICUT软件除了选用系统提供的机床模型外，还可以根据具体情况设计。规则的模块可以通过软件的功能实现，不规则的模块使用CAD/CAM软件设计并导入VERICUT中，作为机床本体使用。

2.刀具选用

该零件内螺纹底孔选用30mm麻花钻，然后用直径20mm方肩铣刀扩铣该孔，最后内螺纹的加工选用回转半径20mm的多刃螺纹铣刀。

VERICUT中提供的刀片是专为车刀使用的，刀尖方位不能用于加工螺纹，需要自己设计刀片。打开刀具管理器，设计刀片型切刀，利用扫描轮廓功能设计刀片轮廓，刀片轮廓外形使用AutoCAD设计较方便快捷，在制图过程中外形几何中心要和AutoCAD中的原点重合，并且保存成.DXF格式（图3）。读取图形后，刀片的实体就设计出来了（图4）。在装配功能项中装配刀夹（图5），刀夹可以利用系统中提供的，直接组装使用，注意要设置装夹点，否则刀夹在加工过程中显示不出来。

3.夹具选用

夹具模型可以通过NX等软件设计并导入到VERICUT中使用。VERICUT软件与很多CAD/CAM软件都建立了接口关系，增加了软件的适应性和灵活性。平口钳（图6）和三爪夹盘（图7）模型就可以导入到VERICUT中演示使用，增加模拟仿

真的真实效果。

4.对刀零点

对刀零点选择工件上表面几何中心为工件坐标系零点。在VERICUT中，如果只使用一个程序，则使用程序零点方式对刀就可以；如果有多个程序，则在不同程序中使用G54、G55等零件偏置设置零点，则在VERICUT中，使用工作偏置方式设置刀具与坐标原点的对应关系。如果使用刀长补偿方式对刀，则在程序中需要建立刀具长度补偿，否则使用刀尖方式对刀，则不需处理刀长补偿。

5.编写程序

VERICUT配置的数控系统功能很完善，支持全部常用指令代码及格式，既可以模拟刀位轨迹文件，也可以模拟G代码程序，甚至包括子程序、宏程序、循环、跳转和变量等。本实例选用FANUC21I控制系统，采用宏编程方式完成刀具的螺旋进给动作，可以加刀具半径补偿控制螺纹的切削精度。程序清单如表所示。

三、仿真加工

3.配置数控系统

在项目树中 选项上单击鼠标右键（或双击 选项），选择 选项，在“机床库”中选择sin840d.ctl数控系统，如图11所示。

4.设计与安装夹具

首先在NX软件中设计平口钳模型如图12所示，并保存为.STL格式文件，然后在VERICUT中调用这一模型。在项目 树中 选项上单击鼠标左键，会在项目树的下方显示配置组件选项栏（图13），选择“添加模型”选项后，会弹出6个可选项目，这里选择“模型文件”，在弹出的“打开”项目栏中，选择刚才保存过的.STL文件，这个模型会显示在窗口中，同时会在项目树的下方显示“配置模型”选项栏。

在“配置模型”选项栏（图14）中可以调整当前调入模型的显示颜色，如果夹具模型的位置不正确需要调整，可以选择“移动”选项，调整夹具在工作台上的位置。当然如果角度不正确也可以选择“旋转”选项，对其方位进行调整，夹具安装结果如图15所示。

5.安装毛坯

在项目树中 选项上单击鼠标左键，会在项目树的下方显示配置组件选项栏（图13），选择“添加模型”选项后，会弹出6个可选项目，这里选择“方块”，会弹出“配置模型”选项卡如图16所示，设置方块毛坯模型长160mm、宽160mm、高20mm，并设置好颜色，通过“移动”、“旋转”和“组合”各选项中参数的调整，毛坯模型和平口钳模型装配如图17所示。

6.配置与设计刀具

用鼠标左键双击项目树中的 选项，弹出“刀具管理器”对话框，依次选择“添加”“刀具” “新”“铣削”后，弹出刀具设置对话框如图18所示。在组件类型中选择“刀片型切刀”，点选 按钮，以扫面轮廓的方式成形刀片立体模型，在厚度栏里输入刀片厚度值8mm。选择“添加”后，刀片模型会显示在“刀具管理器”右侧的窗口中，如图19所示。同样在“刀具管理器”中可以设置刀柄和刀杆的装配如图5所示，定义为3号刀具；同样方法定义1号刀具为钻头，用于钻底孔；2号刀具为铣刀，用于扩铣孔。

7.建立工件坐标系

打开项目树中“配置”按钮，在 项上单击鼠标左键，选择“添加新的坐标系”选项，在位置选取框中单击鼠标左键，空白处由白色变为黄色后，左键移到视图中的毛坯处，点取模型上表面的几何中心，作为工件坐标系的零点，默认名称为 ，如图20所示。

在项目树中，选择 ，在“偏置名”下拉列表框中选择“工作偏置”在“寄存器”文本框中输入“54”（即程序用的是G54工件坐标系），并“添加”弹出设置对话框如图21所示，具体设置参照图中具体参数。

8.调入程序

在项目树中选 选项，在项目树下方对话框中选择“添加NC程序文件”选项，在弹出的对话框中选择要使用的程序文件，该程序文件由记事本事先编写好程序并保存在某一位置，具体内容如程序清单表所示。

9.仿真

点击播放按钮 ，就可以实现整个加工过程的仿真，仿真结果如图22所示，其中右侧图形为成形螺牙的放大图。为了提高仿真速度，可以把机床模型、夹具和刀具隐藏掉，防止占用计算机硬件资源。

四、结果检验

仿真结束后，使用测量工具 实现工件的检测，检测后根据实测的结果，判断程序编写的正确与否，如果测量结果和实际数值相差很大，那么就可以判断程序编写有误；如果测量结果与实际数值相差在0.02mm范围内，就可以判定为该编程方法合理。螺纹铣刀的造价较高，如果因为编写了错误程序，造成刀具与工件相撞，损失较大。因此在正式加工前，经过正确的仿真过程，可减少占机调试时间，既能提高机床利用率，也可相应减少损失。