VNUC数控虚拟仿真技术在FANUC车削系统的典型应用 (2).doc

VNUC数控虚拟仿真技术在FANUC车削系统的典型应用邓宇翔（昆明理工大学 机电工程学院 云南 昆明650093）摘要：本文介绍了VNUC数控虚拟仿真技术在FANUC车削系统的应用技巧及方法步骤，并运用典型的加工实例进行了仿真加工及其编程。关健字：VNUC 虚拟仿真 数控 FANUC 编程 Typical Application to VNUC Virtual Simulation of Numerical Control Technology in FANUC Cutting Metal SystemDeng Yuxiang(Electrical and Mechanical Engineering Faculty , KMUST, Kunming, China 650093)Abstract: Introduction to VNUC Virtual Simulation of numerical control techniques and process in FANUC cutting Metal System, and introduction to simulation method and programme by typical instances. Keywords: VNUC, Virtual Simulation, CNC, FANUC, Programme0 引言 数控机床是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的基本设备；是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础；VNUC数控虚拟仿真主要应用于数控加工程序的验证、数控机床模拟加工，广泛应用于检验实际生产过程，VNUC采用了先进的三维显示和拟虚现实技术，可以验证和检验NC程序中存在的碰撞、干涉、过切、欠切、切削参数不合理等问题。本文作者结合实际教学经验，详细说明了VNUC数控虚拟仿真在FANUC车削系统零件加工的具体应用。1 编程方法数控编程方法有手工编程和自动编程两种。从零件图样分析、工艺处理、数值计算、编写程序单、制作控制介质直至程序校验等各步骤均由人工完成的过程，称为“手工编程”。手工编程适应于点位加工或几何形状不太复杂的零件、程序编制坐标计算较为简单、程序段不多、程序编制易于实现的场合。对于几何形状复杂的零件(尤其是空间曲面组成的零件)，以及几何元素不复杂但需编制程序量很大的零件，由于编程时计算数值的工作相当繁琐，工作量大，容易出错，程序校验也较困难，用手工编程难以完成，因此要采用自动编程。自动编程也称为计算机(或编程机)辅助编程。即程序编制工作的大部分或全部由计算机完成。如完成坐标值计算、编写零件加工程序单、自动输出加工程序单，有时甚至能帮助进行工艺处理工作。对于几何形状复杂，尤其是需要用三轴以上联动加工的空间曲面组成的零件，自动编程编出的程序还可通过计算机或自动绘图仪进行刀具运动轨迹的图形检查。因此编程人员可以及时检查程序是否正确，并及时修改。但同时我们也要看到，手工编程是自动编程的基础，无论科技发展如何，自动编程中许多核心经验都来源于手工编程，两者相辅相成。 2 编程步骤数控编程是指从零件图纸到获得数控加工程序的全部工作过程。编程工作主要包括：具体工作流程详见表1邓宇宇翔（1978）， 男，2006级硕士研究生，研究方向：数控加工、数控仿真加工技术、分析零件图样和制定工艺方案 数 学 处 理 编 写 程 序 程 序 校 验修 改 表1面对零件加工，首先应对零件图纸分析，确定加工工艺过程，在进行数控加工工艺设计时，一般应进行以下几方面的工作：数控加工工艺内容的选择； 数控加工工艺性分析； 数控加工工艺路线的设计。对于一个零件来说，并非全部加工工艺过程都适合在数控机床上完成,而往往只是其中的一部分工艺内容适合数控加工。这就需要对零件图样进行仔细的工艺分析，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。其次，应进行数值计算，绝大部分数控系统都带有刀补功能，只需计算轮廓相邻几何元素的交点(或切点)的坐标值，得出各几何元素的起点、终点和圆弧的圆心坐标值即可。最后，根据计算出的刀具运动轨迹坐标值和已确定的加工参数及辅助动作，结合数控系统规定使用的坐标指令代码和程序段格式，逐段编写零件加工程序单，并输入存储器中。具体步骤见表2零件图样工艺人员夹具表机床表刀具表工艺规程编程人员加工程序初稿加工程序修 改编程手册 表2编程步骤3典型实例分析图1零件图样如图所示零件，材料为45#钢，有直径25的内孔棒料，小批量生产，使分析其数控车削加工工艺过程。3.1工艺分析过程首先，零件图的工艺分析，包括零件图的标注正确性、轮廓描述的完整性及必要的工艺措施等。在这里，我们的仿真软件，是理想化的把加工零件的尺寸调整为完全没有误差，所以零件图我们通常都不标注公差。在正常情况下，是没有这种可能的，所以在零件图的工艺分析过程，请用户注意这一点。 该零件比较简单，由外圆柱面、顺圆弧构成，其中直径尺寸与轴向尺寸没有尺寸精度和表面粗糙度的要求。零件材料为45#钢，切削加工性能较好，没有热处理和硬度要求。通过上述分析，采取以下几点工艺措施：1)零件图上面没有公差尺寸，完全看成是理想化的状态，故变成的时候就直接按照零件图上面的尺寸变成即可。2)两端都需要加工，左右端都需要车出来，所以需要掉头装夹。3)左端有薄壁，所以应该先加工右端，第一次装夹，应该先夹住左端，加工出来右端。其次，确定装夹方案。外轮廓加工的时候，由于左端有薄壁，所有需要先加工右面，这就需要用三抓自动定心卡盘夹紧左端。第三，确定加工顺序及走刀路线。加工顺序的正确安排，按照由内到外、由粗到精、由近到远的原则确定，在一次加工中尽可能的加工出来较多的表面。又去该零件为单件小批量生产，走刀路线设计不必考虑最短进给路线或者最短空行程路线，外轮廓表面车削走刀路线可沿着零件轮廓顺序进行。第四，刀具的选择。两次装夹中，其中只有外轮廓、顺圆，可以选择45度硬质合金端面车道，由于有顺圆，可以选择7230右手偏刀。第五，切削用量的选择。切削用量的选择一般根据毛坯的材料、转速、进给速度、刀具的刚度等因素选择。第六，数控加工工艺卡的拟定。将前面分析的各项内容综合成数控加工工艺卡片，在这里就不做详细的介绍，用户在做具体的实际加工过程中必须要有这个。3.2 加工程序根据零件图编写程序如下（程序以FANUC为例）：1)第一次装夹： %O0002N10 T0101N20 G01 X70 Z10 M03 F200;N30 G71 P40 Q90 U1 W1 F300;N40 G01 X60;N50 Z-20 ;N60 X65;N70 Z-30;N80 X70;N90 G00 Z10;N100 M03 ;N110 M05 ;%2)第二次装夹： %O0001N10 G54N20 G01 X70. Z10. F200 M03;N30 G71 P40 Q110 U1 W1 F200;N40 G01 X36 ;N50 Z-30 ;N60 X50 ;N70 Z-40;N80 X53.066;N90 G03 U60 W-14 R30 ;N100 G01 X70 ;N110 G00 Z10 ;N120 M30;N130 M05;%4 VNUC虚拟仿真加工4.1选择机床进入虚拟仿真后，选择相对应的参数，主要参数的选择是根据机床的工作行程，机床功率来进行参照。图2参数设置4.2机床回零点数控车床通电后，须进行回零（参考点）操作，其目的是建立数控车床进行位置测量、控制、显示的统一基准，该点就是所谓的机床原点，它的位置由机床位置传感器决定。由于机床回零后，刀具（刀尖）的位置距离机床原点是固定不变的，因此，为便于对刀和加工，可将机床回零后刀尖的位置看作机床原点。首先把加电开关，弹开急停按钮，点击jog，在jog状态下面点击置零按钮，然后，就可以调节z轴正向、x轴正向的控制按钮进行回零了。4.3 安装工件和工艺装夹 图3毛坯设置 按照对话框提示，填写工件要求的数值，材料特性，并且设置相对应的装夹方式，同时用户可以根据材料特性（屈服强度、塑性、硬度）调整毛坯的位置，避免加工中发生崩刃和工件折弯得现像。如图3所示。4.4 安装刀具根据工艺流程和车刀刀库，选择相对应的刀具，选择好的刀具，不仅可以提高加工效率，而且可以降低成本，我们可以根据切削三要素切削速度、背吃刀量和进给量再结合刀具手册来选择适合自己的刀具，同时根据工艺需要选择相应刀柄系统。图4刀具选择4.5建立工件坐标系编程员按程序坐标系中的坐标数据编制刀具（刀尖）的运行轨迹。由于刀尖的初始位置（机床原点）与程序原点存在X向偏移距离和Z向偏移距离，使得实际的刀尖位置与程序指令的位置有同样的偏移距离，因此，须将该距离测量出来并设置进数控系统，使系统据此调整刀尖的运动轨迹。对刀，其实质就是侧量程序原点与机床原点之间的偏移距离并设置程序原点在以刀尖为参照的机床坐标系里的坐标。为了计算和编程的方便，通常将程序原点设定在工件右端面的回转心上，尽量使编程基准与设计、装配基准重合。首先，打开主轴进入正转，在控制面板里面选择入jog状态，调节z轴正向和x轴正向，先平一下端面，平完端面之后，我们用试切法对刀，先用一号刀在工件端面试切，如图6图5对刀测量出试切毛坯直径72.133这个直径值，如图7图6测量毛坯此时，假设把工件坐标系定在工件右端面中心。点击OFSET SETTING选择项，设置相对应的偏置量。图7偏置设置然后点击“补正”下面的按钮所出现的画面如下图所示：将光标移动到“G 01”行段，在输入区域内输入“X72.133”点击软件“测量”即可，切削端面后，在输入区域内输入“Z0”即可。这样就建立了工件坐系。程序加工时就会从目前设置的工件原点进行加工。输入后如图8所示图8参数设置4.6上传NC语言首先，将控制面板调整到自动状态，然后，选择“文件/加载NC代码文件”，会出现这样的对话框，到存放代码文件夹中找寻代码文件（即用户口编写的程序，此代码文件路径是个人规定的），找到文件后，双击，代码自动出现在电脑显示窗口中。图9 NC代码上传4.7自动加工 图10 仿真加工调用完成程序，完成置零和对刀，设置好相对应的偏置量，此时检查倍率和主轴转速按钮，最后开启循环启动按钮。我们可以看到虚拟仿真的过程，并在加工过程中来发现是否有超程，过切，欠切等现像，根据加工反馈的信息，及时做出相应调整。5 结束语要实现数控加工，虚拟仿真加工是关键的一个环节。将工艺专家或技工的经验、零件加工的一般与特殊规律，来优化的数控编程方案，从而达到提高编程效率和加工工艺水平，通过虚拟仿真缩短生产准备时间的目的。熟练掌握VNUC的功能后，你会发现它不仅能对NC程序进行仿真、验证、分析及优化，而且能真实的模拟出各种数控系统、机床、刀具、毛坯等数控加工工艺系统。参考文献【1】杜君