数控车削加工教学实验仿真-教学仿真系统设计说明书

1、.wd.wd.wd.数控车削加工教学实验仿真教学仿真系统设计摘 要基于VERICUT的建模技术，分析虚拟机床的整个建模过程。以数控车削机床作为实例，应用了Pro/e软件的三维实体建模和典型零件的图形编程，在VERICUT平台上实现数控车削模拟仿真加工。本文提出的数控车削加工教学实验仿真，对数控加工仿真的假设干关键技术进展了研究，以此为根基建设了数控加工仿真系统并应用到教学中。学生利用此系统可以在计算机上模拟加工环境和数控加工的过程，校验整个机床加工过程和加工程序的准确性，来帮助学生去除编程错误和优化切削参数，从而提高加工效率。关键词： VERICUT ，Pro/e，数控加工仿真CNCTURNI

2、NG SIMULATION TEACHING TEACHING SIMULATION SYDTEM DEISIGNABSTRACTBased onVERICUTs modeling techniques，analysis of the entire virtual machine modeling process. CNC turning machine to as an example，application of the Pro/e software， the typical three-dimensional solid modeling and graphical programmin

3、g components， VERICUT platform in NC machining simulation turning.In this paper， the teaching of CNC Turning Simulation， NC Machining Simulation of a number of key technologies have been studied， As a basis for the establishment of the NC machining simulation system and applied to teaching.Students

4、use this system can be simulated on the computer processing environment and the CNC machining process，Check the entire machining process and the accuracy of processing， To help students to clear the programming errors and optimize the cutting parameters， Thereby enhancing the processing efficiency.K

5、EYWORDS: VERICUT ，Pro/e， CNC Machining Simulation目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc231793949摘要 PAGEREF _Toc231793949 h IHYPERLINK l _Toc231793950ABSTRACT PAGEREF _Toc231793950 h IIHYPERLINK l _Toc231793952第一章绪论 PAGEREF _Toc231793952 h 1HYPERLINK l _Toc2317939531.1 数控机床的产生与开展1 PAGEREF _Toc231793953

6、h 1HYPERLINK l _Toc2317939541.2 计算机仿真技术 PAGEREF _Toc231793954 h 1HYPERLINK l _Toc2317939551.3 数控仿真技术的国内外研究现状 PAGEREF _Toc231793955 h 2HYPERLINK l _Toc2317939561.4 数控仿真系统开展趋势8 PAGEREF _Toc231793956 h 3HYPERLINK l _Toc2317939571.5本课题的研究内容及方法 PAGEREF _Toc231793957 h 4HYPERLINK l _Toc231793958第二章数控车床选择及

7、其建模 PAGEREF _Toc231793958 h 5HYPERLINK l _Toc2317939592.1 选择数控车床 PAGEREF _Toc231793959 h 5HYPERLINK l _Toc2317939602 .2 选用三维建模软件 PAGEREF _Toc231793960 h 6HYPERLINK l _Toc2317939612.2.1 典型三维建模软件简介 PAGEREF _Toc231793961 h 6HYPERLINK l _Toc2317939622.1.2采用Pro/e对数控车床建模 PAGEREF _Toc231793962 h 7HYPERLINK

8、 l _Toc231793963第三章 VERICUT仿真软件与其它仿真软件的比较 PAGEREF _Toc231793963 h 8HYPERLINK l _Toc2317939643.1 VERICUT软件在加工仿真方面的特点 PAGEREF _Toc231793964 h 8HYPERLINK l _Toc2317939653.1.1功能 PAGEREF _Toc231793965 h 8HYPERLINK l _Toc2317939663.1.2在数控机床加工过程的应用 PAGEREF _Toc231793966 h 8HYPERLINK l _Toc2317939673.2其它数控仿

9、真软件的特点 PAGEREF _Toc231793967 h 10HYPERLINK l _Toc231793968第四章在VERICUT中的切削仿真 PAGEREF _Toc231793968 h 11HYPERLINK l _Toc2317939694.1创立一个车削工程 PAGEREF _Toc231793969 h 11HYPERLINK l _Toc2317939704.1.1加载车床整体模型 PAGEREF _Toc231793970 h 11HYPERLINK l _Toc2317939714.1.2加载车床控制系统 PAGEREF _Toc231793971 h 23HYPER

10、LINK l _Toc2317939724.1.3创立车刀 PAGEREF _Toc231793972 h 24HYPERLINK l _Toc2317939734.1.4添加毛坯 PAGEREF _Toc231793973 h 26HYPERLINK l _Toc2317939744.1.5选择加工程序 PAGEREF _Toc231793974 h 27HYPERLINK l _Toc2317939754.1.6添加一个刀具库 PAGEREF _Toc231793975 h 27HYPERLINK l _Toc2317939764.1.7为加工程序零点创立一个坐标系 PAGEREF _To

11、c231793976 h 28HYPERLINK l _Toc2317939774.2 VERICUT切削仿真 PAGEREF _Toc231793977 h 28HYPERLINK l _Toc2317939784.2.1 圆柱毛坯在VERICUT车削仿真 PAGEREF _Toc231793978 h 28HYPERLINK l _Toc2317939794.2.2发现并检查错误 PAGEREF _Toc231793979 h 30HYPERLINK l _Toc231793980第五章 VERICUT仿真软件在教学上的应用 PAGEREF _Toc231793980 h 33HYPERL

12、INK l _Toc23179398151 VERICUT仿真软件在教学上的应用 PAGEREF _Toc231793981 h 33HYPERLINK l _Toc2317939825.1.1在VERICUT中图形界面的构建 PAGEREF _Toc231793982 h 33HYPERLINK l _Toc2317939835.1.2干预分析 PAGEREF _Toc231793983 h 34HYPERLINK l _Toc2317939845.1.3 优化刀具轨迹控制 PAGEREF _Toc231793984 h 35HYPERLINK l _Toc231793985第六章结论 PA

13、GEREF _Toc231793985 h 36HYPERLINK l _Toc231793986参考文献 PAGEREF _Toc231793986 h 37HYPERLINK l _Toc231793987附录1 局部数控程序 PAGEREF _Toc231793987 h 39HYPERLINK l _Toc231794062附录2 三维建模图 PAGEREF _Toc231794062 h 43HYPERLINK l _Toc231794063致谢 PAGEREF _Toc231794063 h 45第一章 绪论1.1 数控机床的产生与开展1微电子技术，自动信息处理，数据处理以及电子计

14、算机的开展，给自动化带来了新的概念，推动了机械制造自动化的开展。采用数字控制技术进展机械加工的思想，最早在20世纪40年代提出的，当时美国的一个小型飞机工业承包商帕森公司在麻省理工学院伺服机构试验室的协助下，经过三年时间的研究，于1952年试制成功世界第一台数控机床试验性样机。这是一台采用脉冲乘法器原理的直线插补三坐标连续控制铣床，这便是数控机床的第一代。在早先的数控机床都采用专用控制计算机的硬逻辑数控系统，装有这类数控系统的机床为普通数控机床(简称NC机床)。随着计算机技术的开展，小型计算机的价格急剧下降。小型计算机开场取代专用数控计算机，数控的许多功能由软件程序实现。这样的数控系统称为计算

15、机数控系统(简称CNC)。近20年来，微处理机数控系统的数控机床得到了飞速开展和广泛应用。1.2 计算机仿真技术随着社会的开展和技术的进步，当今制造业正朝着自动化、柔性化、集成化和智能化的方向开展，由此诞生了许多先进制造技术和先进制造模式。虚拟制造(VM：virtual manufacturing)是利用信息技术、仿真技术、计算机技术等对真实产品的制造进展动态模拟，使产品的生产过程、工艺方案、调度方案、后勤供应以及财会、采购和管理等一种集成的、综合的制造环境，在真实产品的制造活动之前，就能预测产品的功能以及制造系统状态，从而可以做出前瞻性的决策和优化实施方案2。虚拟制造是应市场竞争需求，在强调

16、柔性和快速的前提下，由美国在80年代后期提出并得到迅速开展的一个新思想。虚拟制造技术涉及面很广，诸如环境构成技术、过程特征抽取、元模型、集成根基构造的体系构造、制造特征数据集成、多学科交驻功能、决策支持工具、接口技术、虚拟现实技术、建模与仿真技术等。仿真技术是虚拟制造的核心技术之一，是应用计算机对复杂的现实系统经过抽象和简化形成系统模型，然后在分析的根基上运行此模型，从而得到系统一系列的统计性能。由于仿真是以系统模型为对象的研究方法，而不干扰实际生产系统，同时仿真可以利用计算机的快速运算能力，用很短时间模拟实际生产中需要很长时间的生产周期，因此可以缩短决策时间，防止资金、人力和时间的浪费。计算

17、机还可以重复仿真，优化实施方案。目前仿真技术应用的范围很广，如医学领域、生物领域、机械制造等领域，都得到了相当广泛的研究、开发和应用。在机械制造领域，可以虚拟零件的加工过程，来检验零件设计的合理性和经济性，可以建设零件和产品的虚拟样机，来检验整个产品设计的可视化模型。仿真的 基本步骤为：研究系统收集数据建设系统模型确定仿真算法建设仿真模型运行仿真模型输出结果并分析3。数控加工仿真是先进机械制造技术的重要组成局部。数控加工仿真涉及到计算机图形学、数据库、机械加工、数学、力学、材料学等学科，是CADCAM到机床实际加工的验证关口。通过计算机模拟加工过程，从而防止实物试切；找出加工过程的缺陷，以便设

18、计人员优化零件的设计，从而缩短零件合理设计的时间，提高零件设计成品的效率。数控加工仿真技术为验证数控程序的可靠性及预测切削过程提供强有力的工具，目前正朝着模型的准确化，仿真计算实时性和图形显示的真实感方向开展。1.3 数控仿真技术的国内外研究现状国外在数控加工过程仿真方面作了许多工作4-6，美Maryland大学开发了用于培训数控操作人员的虚拟数控机床仿真器。作为该方案的一局部，美国NIST也开展了虚拟机床的研究。美国Houston大学研制了一个NC车床仿真器，可建设出二维车床模型，模拟车床操作，用于培训学生NC车削加工编程技术。韩国TurboTEK公司开发出面向培训的虚拟数控铣削加工环境，能

19、够实现数控加工的几何仿真并配有声音信息，并进展干预、碰撞检查。意大利Bologna大学用B样条曲面建设端铣刀与工作台模型，采用真实感图形显示铣床精加工过程7。日本SONY公司研制的FREDAM系统可对球头铣刀加工自由曲面进展三维仿真，重点显示三维刀具轨迹与零件模型。由于数控加工在机械制造业中发挥着日益重要的作用，因此以其为背景出现了一批优秀的应用软件，这些软件基于已被生产实践检验的实体造型核心系统(如Parasolid)，具有先进的管理根基、强大的工程背景、完善的操作功能和专业化的技术服务，能够显着地提高制造业的整体经济效益，因此很快便赢得了广阔CADCAM用户的青睐。国内在这方面的研究工作始

20、于20世纪80年代末，现在有了很大的进步。如华中理工大学和清华大学合作研制的加工过程仿真器MPS，由哈尔滨工业大学在国防科工委“八五科研工程柔性制造系统FMS关键技术研究方案支持下开发的数控加工过程三维动态图形仿真器NCMPS，大连理工大学开发的CSmIU仿真系统，以及合肥工业大学开发的NCGAPT4系统等。但以上所开发的系统精度检验的能力较低，且皆以工作站为硬件根基。这种功能上的局限性和运行软件所需要的昂贵硬件投资限制了软件系统的推广应用。为此，哈尔滨工业大学刘华明教授开发了一套基于微机的复杂曲面数控加工仿真验证软件包，该系统是在自己独有的复杂曲面离散技术的根基上构建的。这种技术极大地降低了

21、仿真验证系统对硬件的要求，即使在NC程序验证过程中，用户也可以随意选择任意角度观察加工过程，使加工精度验证能够以一种更加简单的方法得以实现。另外该系统的开发是以COM技术为根基的，系统的各项功能皆以组件(COMPONENT)的形式存在，使系统更便于维护和升级换代。1.4 数控仿真系统开展趋势8数控仿真提供了一种快速验证数控程序的方法，是CAD /CAM 的一项重要技术之一，现在国内外绝大多数已开发研制出的数控仿真系统都是几何仿真系统。在现代加工生产中，为提高生产效率，获得较高的加工精度，决定性的一步是，在加工之前能够给出加工参数的合理评判及对产品质量的合理预测。如果我们能够建设起一个基于产品质

22、量预测与分析的数控仿真系统，一方面它既可以对工件及刀具作出准确的几何描述，对数控程序进展验证；另一方面又可以对加工过程中任意时刻的几何信息进展提取(如切屑厚度，切屑几何形状，刀刃与工件啮合局部) ，根据数控加工过程的动力学模型，对影响加工质量的因素进展科学的预测，来获得优化的加工过程参数(如适宜的刀具，进给率等) 。通过建设一个这样的仿真系统，在实际加工之前不仅可以获得优化的切削加工参数，防止了传统的加工参数依照手册或经历的保守选择，充分发挥了机床的潜能，大大提高了生产效率，而且可以对加工产品的精度进展预测，给出满足加工要求的误差补偿方法，设计出合理的切削工艺方案。只有这样，数控仿真系统才会发

23、挥更大的作用，才能成为完善的、真正意义上的仿真系统。1.5本课题的研究内容及方法基于VERICUT的建模技术9，分析虚拟机床的整个建模过程。以数控车削机床作为实例，应用了Pro/e软件10的三维实体建模和典型零件的图形编程，在VERICUT平台上实现数控车削模拟仿真加工。本文提出的数控车削加工教学实验仿真，对数控加工仿真的假设干关键技术进展了研究，以此为根基建设了数控加工仿真系统并应用到教学中。学生利用此系统可以在计算机上模拟加工环境和数控加工的过程，校验整个机床加工过程和加工程序的准确性，来帮助学生去除编程错误和优化切削参数，从而提高加工效率。第二章 数控车床选择及其建模2.1 选择数控车床

24、本文选用浙江凯达机床生产的CK6125S普通四刀位数控车床，运用Pro/e三维建模技术对数控车床进展1：1的测绘。凯达CK6125S的参数见图2-1。图2-1车床规格参数表2 .2 选用三维建模软件2.2.1 典型三维建模软件简介下面来简单介绍下目前社会上最流行的几款建模软件1SolidWorks Solidworks是生信国际推出的基于windows的机械设计软件。生信公司是一家专业化信息高速技术服务公司，在信息和技术方面一直保持与国际cad/cae/cam/pdm市场同步。该公司提倡的“基于windows的cad/cae/cam/pdm11桌面集成系统是以windows为平台，以Solid

25、works为核心的各种应用的集成，包括构造分析、运动分析、工程数据管理和数控加工等12，为中国企业提供了梦寐以求的解决方案。Solidworks是微机版参数化特征造型软件的新秀13，该软件旨在以工作站版的相应软件价格的1/41/5向广阔机械设计人员提供用户界面更友好，运行环境更群众化的实体造型实用功能。Solidworks是基于windows平台的全参数化特征造型软件，它可以十分方便地实现复杂的三维零件实体造型、复杂装配和生成工程图。图形界面友好，用户上手快。该软件可以应用于以规那么几何形体为主的机械产品设计及生产准备工作中，其价位适中。2UniGraphics(UG)UG是Unigraphi

26、cssolutions公司的拳头产品。该公司首次突破传统CAD/CAM模式，为用户提供一个全面的产品建模系统。在UG中，优越的参数化和变量化技术与传统的实体、线框和外表功能结合在一起，这一结合被实践证明是强有力的，并被大多数cad/cam软件厂商所采用。UG最早应用于美国麦道飞机公司。它是从二维绘图、数控加工编程、曲面造型等功能开展起来的软件。90年代初，美国通用汽车公司选中ug作为全公司的CAD/CAE/CAM/CIM主导系统，这进一步推动了UG的开展。1997年10月Unigraphicssolutions公司与Intergraph公司签约，合并了后者的机械CAD产品，将微机版的Solid

27、edge软件统一到parasolid平台上。由此形成了一个从低端到高端，兼有unix工作站版和windowsnt微机版14的较完善的企业级CAD/CAM/CAE/PDM集成系统。3Pro/Engineerpro/engineer系统是美国参数技术公司(parametrictechnologycorporation，简称ptc)的产品。ptc公司提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念改变了机械cad/cae/cam的传统观念，这种全新的概念已成为当今世界机械cad/cae/cam领域的新标准。利用该概念开发出来的第三代机械cad/cae/cam产品pro/engineer软件能将设计至

28、生产全过程集成到一起，让所有的用户能够同时进展同一产品的设计制造工作，即实现所谓的并行工程。pro/engineer系统主要功能如下:(1)真正的全相关性，任何地方的修改都会自动反映到所有相关地方。(2)具有真正管理并发进程、实现并行工程的能力。(3)具有强大的装配功能，能够始终保持设计者的设计意图。(4)容易使用，可以极大地提高设计效率。pro/engineer系统用户界面简洁，概念清晰，符合工程人员的设计思想与习惯。整个系统建设在统一的数据库上，具有完整而统一的模型。pro/engineer建设在工作站上，系统独立于硬件，便于移植。2.1.2采用Pro/e对数控车床建模这些三维软件的建模技

29、术都是非常好用的，鉴于作者对Pro/e了解更多，故数控车床的建模均采用此软件。 HYPERLINK l _Toc138326956 第三章VERICUT仿真软件与其它仿真软件的比较3.1VERICUT软件在加工仿真方面的特点VERICUT最大特点是可仿真各种CNC系统，既能仿真刀位文件，又能仿真CAD/CAM后置处理的NC程序15，其整个仿真过程包含程序验证、分析、机床仿真、优化和模型输出等 。 HYPERLINK l _Toc138326925 3.1.1功能VERICUT软件是美国CGTECH公司16开发的数控加工仿真系统，由NC程序验证模块、机床运动仿真模块、优化路径模块、多轴模块、高级

30、机床特征模块、实体比较模块和CAD/CAM接口等模块组成，可仿真数控车床、铣床、加工中心、线切割机床和多轴机床等多种加工设备的数控加工过程，也能进展NC程序优化，缩短加工时问、延长刀具寿命、改进外表质量，检查过切、欠切，防止机床碰撞、超行程等错误；具有真实的三维实体显示效果，可以对切削模型进展尺寸测量，并能保存切削模型供检验、后续工序切削加工；具有CAD/CAM接口，能实现与UG. CATIA及MasterCAM等软件的嵌套运行。VERICUT软件目前已广泛应用于航空航天、汽车、模具制造等行业，其最大特点是可仿真各种CNC系统，既能仿真刀位文件，又能仿真CAD/CAM后置处理17的NC程序，其

31、整个仿真过程包含程序验证、分析、机床仿真、优化和模型输出等。 HYPERLINK l _Toc138326926 3.1.2在数控机床加工过程的应用VERICUT是一款专为制造业设计的CNC数控机床加工仿真和优化软件。取代了传统的切削实验部件方式，VERICUT通过模拟整个机床加工过程和校验加工程序的准确性 ，来帮助您去除编程错误和改进切削效率。VERICUT模块介绍： * Verification 仿真、验证和分析三轴铣削、钻削、车削、车铣复合和线切割刀路 * Machine Simulation 建设并仿真CNC机床及各种控制系统，检验机床乾涉与碰撞 * OptiPath 通过修改切削速度

32、，优化刀路，实现高效切削 * Model Export 将仿真后的模型以IGES或STL格式输出 * Multi-Axis 仿真与验证四轴与五轴铣削、钻削、车削和车铣复合加工 * Advanced Machine Features 增强VERICUT仿真高级加工功能的能力 * Machine Developers Kit 增强VERICUT仿真复杂机床的功能 * CNC Machine Probing 模拟机床探测头操作，减少潜在错误，节省购置探测设备的成本 * Inspection Sequence 快速准确地为用户提供零件加工过程中的各部位尺寸，并以PDG、TXT或HTML的格式输出，供各

33、个部门引用 * EDM Die Sinking 模拟验证电火花加工，支持多电极加工 * AUTO-DIFF 通过比较设计模型与VERICUT输出模型，进展过切检查 * Cutter/Grinder Verification 验证多轴磨削 * Cutter/Grinder Machine Simulation 模拟多轴磨削，检验机床碰撞 * CAD/CAM Interfaces CAD/CAM软件与VERICUT的接口 * Mold & Die 模具行业专用模块18。该模块集中了模具行业常用的VERICUT功能(三轴加工、线切割、电火花加工、Auto-diff功能、优化功能)，节约用户在软件上的

34、投资。3.2其它数控仿真软件的特点代表性的产品有宇航，宇龙，斯沃等数控仿真系统19，一些数控系统生产商也可能推出自己的仿真软件。这些数控仿真系统就是模拟真实数控机床的操作，学习数控技术、演示讲解数控操作编程、工程技术人员检验数控数序防止碰刀提高效益的工具软件。通过在PC机上操作该软件，能在很短时间内掌握各种系统数控车、数控铣及加工中心的操作。软件本身操作简明，不学即会，无须使用者浪费精力去学软件本身；使用软件时只须结合各厂家的机床操作说明书和机床编程说明书使用。数控车有G71、G72、G73等指令的模拟20。但是对一些复杂指令往往不能操作，比方宏程序等，适用比较简单的教学零件加工仿真。 HYP

35、ERLINK l _Toc138326956 第四章 在VERICUT中的切削仿真本章采用软件是VERICUT 6.1.2版本，单位采用mm制，目录设置在的D:/2Xche，接下来所提到的文件都在该目录里(本章涉及的.stl均由Pro/e建模保存副本后的文件)4.1创立一个车削工程 HYPERLINK l _Toc138326925 4.1.1加载车床整体模型开场一个新的工程文件。运行VERICUT应用程序。选择File New Project millimeter菜单命令。选择工具条上按钮设定你的工作路径。在工具条上单击图标，显示工程树窗口。在Project tree(工程树)中，右击Set

36、up：1，从系统弹出快捷菜单中选择Expand All Children选项，如图4-1所示。图4-1 工程树1.开场加载车床外壳(1)在菜单栏单击菜单命令，弹出如图4-2所示的Component(组件树)。图4-2组件树(2)接下来为系统添加车床的三维模型，在Component(组件树)里右击base后弹出Modeling(模型)对话框后，单击Component Attributes菜单弹出如图4-3所示，选择文件base.stl翻开。图4-3模型设置对话框(3)按Add，单击OK，车床外壳添加成功，如图4-4所示。图4-4车床外壳2.开场加载车床Z向导轨(1)单击菜单命令，右击base后弹

37、出对话框后，单击append再选Zlinear弹出如图4-5所示Z(0，0，0)。图4-5组件树(2)右击Z(0，0，0)图标，弹出对话框后，单击Component Attributes菜单弹出如图4-6所示，选择文件z.stl翻开并设置其他选项如4-6所示。图4-6(3)按Add，单击OK，车床Z向导轨添加成功 ，如图4-7所示。(坐标系在Pro/E里已经设置好，假设没有，在图4-6中position选项进展设置)。图4-73.开场加载车床X向导轨到Z向导轨(1)单击菜单命令，右击Zlinear后弹出对话框后，单击append再选Xlinear弹出如图4-8所示X(0，0，0)。图4-8(2

38、)右击X(0，0，0)图标，弹出对话框后，单击Component Attributes菜单弹出如图4-9所示，选择文件x.stl翻开并设置其他选项如图4-9所示。图4-9(3)按Add，单击OK，车床X向导轨添加成功 ，如图4-9所示。(坐标在Pro/E里已经设置好，假设没有设置，在图4-9position选项进展设置)。4.开场加载车床刀架(1)单击菜单命令，右击Xlinear后弹出对话框后，单击append再选B turret(Y轴上的一个旋转机构)弹出如图4-10所示turret B(0，0，0)。图4-10(2)右击turret B(0，0，0)图标，弹出对话框后，单击Componen

39、t Attributes菜单弹出如图4-11所示，选择文件turret.stl翻开并设置其他选项如图4-11所示，然后单击Add。图4-11(3)如图4-12所示position选项进展设置，Position(600，0，0)和Angles(90，0，0)。图4-12(4)单击OK，车床Turret B添加，如图4-13所示。图4-13(5)右击STL选Modify，如图4-14设置Position(0，0，-47)和Angles(-90，0，0)。图4-14(6)单击OK，成功加载四刀架转位模型，如图4-15所示。图4-155.开场加载车刀(1)单击菜单命令，右击turret B 后弹出对话

40、框后，单击append再选tool弹出如图4-16所示。 图4-16(2)右击Tool1，设置如图4-17至4-19所示图4-17图4-18图4-19(3)同理，设置其余刀具，四把刀具加载完成，如图4-20。图4-20(4)完成的效果，如图4-21。图4-216.开场加载车床主轴系统(1)为系统添加车床主轴系统的三维模型，右击base后弹出对话框后，单击append选Spindle，如图4-22所示。图4-22(2)右击Spindle后，再单击Component Attributes弹出对话框，选择文件翻开spindle.stl并设置其他选项如图4-23所示。图4-23(3)按Add，单击OK

41、，成功加载主轴三维模型，如图4-24所示。图4-24车床模型组件7 .保存车床模型组件为cl-20.mch文件，保存工程名为chechuang.vcproject。4.1.2加载车床控制系统1.加载车床控制文件：fan18it控制系统。在Project tree(工程树)中，右击CNC Machine，从系统弹出的下拉菜单中选择CNC Machine 菜单命令。在Machine选项组的下拉列表框中选择cl-20.mch文件。在Control选项组的下拉列表中选择饭fan18it.ctl文件VERICUT软件本身自带的有上百种控制系统，也可以自己去设置，如图4-25所示。图4-25车床控制系统加

42、载2.单击OK按钮。4.1.3创立车刀1翻开工程文件“turning_tools.VcProject。运行VERICUT应用程序。选择File Open菜单命令，系统弹出Open Project对话框。在Shortcut下拉列表框中选择Training选项选择文件turning_tools.VcProject。单击Open按钮确认翻开文件。选择工具条上按钮设定你的工作路径。显示工程树Project Tree。 2创立刀具 #1， 80 degrees金刚石刀片在Project tree(工程树)中，右击Setup:1，从系统弹出的快捷菜单中选择Expand All Children菜单命令。在

43、Project tree(工程树)中，右击Tooling：Turning_tools，从系统弹出快捷菜单中选择Tooling Manager菜单命令。在Tooling Manager界面中，选择主菜单Add Tool New Turn菜单项选择项，系统弹出Tool ID窗口。在Insert Type下拉列表框中选择C-80 degree diamond选项。 在General Insert选项组中，输入：L-Length = 13Thickness = 5R-Corner Radius = 8A-Lead Angle = 5在Color下拉列表框中选择6：Light Goldenrod选项。单

44、击Add按钮如图4-26所示。图4-26注意：同样的在视图中旋转命令可以在刀具管理器中使用。3添加一个已经通过扫掠生成的刀杆。在Tool Component选项卡左上方Component Type下拉列表框中选择Holder选项。选择Model file按钮。在Model file选项组中，选择Browse按钮。在Shortcut下拉列表框中，选择Training选项。在File文本列表框中选择turning_tool_holder1.swp。单击Open按钮。单击Add按钮。单击Assembly标签。单击Rotate标签。在Increment文本框中输入90，然后单击右侧X-，Y-按钮，如图

45、4-27所示。图4-27 刀具旋转设置对话框4完成刀具创立，图4-28所示。图4-285保存为tool.tls，退出。4.1.4添加毛坯这一小节开场添加毛坯，图4-291File Open chechuang.vcproject，在Component tree(组件树)中右击Fixture如图4-29弹出下拉菜单中选择命令AppendStock。2右击Stock从系统弹出下拉菜单中选择Component Attributes菜单命令，设置参数见图4-30。图4-303Position设置为(0，0，76.2)。4完成毛坯的创立。4.1.5选择加工程序在Project tree(工程树)中，双击

46、NC Programs选项，系统弹出NC Programs窗口。在NC Programs界面中，单击Add按钮。选择D:/2Xche/2009-05-25cz-no1.cut。单击Open按钮。单击OK按钮关闭Open窗口。4.1.6添加一个刀具库在Project tree(工程树)中，右击Tooling，从系统弹出的下拉菜单中选择Open菜单命令。选择D:/2Xche/tool.tls单击Open按钮。4.1.7为加工程序零点创立一个坐标系Component tree(组件树)中右击Stock后单击AppendDesign，生成Design(0，0，0)。该点也就是坐标点，也即圆柱毛坯的端面

47、圆心。4.2VERICUT切削仿真4.2.1 圆柱毛坯在VERICUT车削仿真翻开File Open chechuang.vcproject，数控车床的系统仿真建模工作前面小节已经做好，接下来机床复位后，处于如图4-32所示的待加工状态。此时通过系统界面右下角的仿真控制工具栏如图4-31所示即可开场进展各种仿真操作。图4-31 仿真控制工具栏其中各工具按钮的名称功能如下： ：播放键，单击可以开场进展刀具轨迹仿真运行。：单步播放，点击一次仅处理一行程序，便于用户手动观察程序的运行过程。：停顿键，暂停当前轨迹的运行，点击播放键可继续运行程序。：返回键，返回程序开头。：复位键，用于复位机床或准备重新

48、开场刀具轨迹的仿真。当VERICUT系统正在处理任务或进展刀具轨迹优化时，“Busy或“Optipath指示灯会变亮，表示系统正在工作。此外，通过拖动滑动条可以实时控制仿真显示的速率快慢，在仿真进度栏里会显示当前的加工进度。从该图可以看到，VERICUT系统在进展仿真加工时的界面分为两个视图，左侧视图用来显示刀具和零件的切削局部，可以更清楚表现毛坯材料的去除细节。右侧视图显示的是机床整体运动情况，可以方便的观察出刀具是否与夹具或机床部件间发生碰撞，还可以观察机床各轴的运动情况。这样既有加工细节又有整体效果的显示方式表达了VERICUT系统在加工显示上的优越性。图4-32 零件仿真加工前零件仿真

49、加工后如图4-33所示。图4-33 零件仿真加工后该软件支持多视图仿真画面，最多可以同时提供四个视图，包括workpiece ，machine，machine/cutstock，profile四种方式，能更直观明了的看到整个加工过程，如图4-34。图4-34多视图仿真画面4.2.2发现并检查错误1.设置在每处错误停顿VERICUT系统仿真在Project tree(工程树)中，右击Project: chechuang单中选择“Motion命令，弹出Motion对话框，如图4-35所示。图4-35 运动设置对话框在该对话框中可以随意设置加工仿真的过程控制，也包括刀具的显示状态，还可以优化刀具长度

50、来提高切削刚度等等功能。2.在信息栏浏览错误拖动VERICUT下方信息提示栏右侧滚动条，全部的错误信息被临时记录。你能向上拖动滚动条检查全部的错误，如图4-36所示。图4-36信息浏览对话框3.系统仿真复位并重复切削在主窗口右下角单击Reset按钮，系统仿真复位。从系统弹出的对话框中选择Yes按钮，如图4-37所示。图4-37 复位对话框再主窗口右下角单击Play to End按钮。第五章VERICUT仿真软件在教学上的应用51VERICUT仿真软件在教学上的应用近几年，为了支持国家3年培养50万新技师方案，各学校用在教学一线的数控机床数量有明显的增长，但与实际的教学需求还是有很大的差距。数控

51、设备价格昂贵，操作当中稍有疏忽都可能导致安全事故，且在实际操作中消耗大量的刀具、钢材。为了解决这些矛盾，仿真软件被大量应用到数控专业的教学中，并且发挥了很大的作用。其中cgtech公司的VERICUT软件是仿真技术比较成功的软件之一，在通用机械，特别是军工、航天等领域已经广泛应用，在机械加工仿真软件中处于绝对领先地位。经过尝试，我把VERICUT仿真软件应用于数控教学过程中，使其在高技能人才的培养方面开场崭露头角，今后也必将成为培养数控高技能人才的重要工具。目前我国紧缺的不是数控机床操作工，而是具有较高工艺能力的技师和高级技师。传统的仿真软件是基于机床面板操作的仿真软件，其适用对象为数控机床操

52、作中级工或高级工。而VERICUT是基于工艺过程21的仿真软件，可以复原真实的车间加工过程，及时发现工序划分、工件定位、装夹中存在的工艺漏洞或隐患，是面向中等职业学校学生和技师或高级技师的仿真软件。VERICUT软件可以构建数控加工实习的仿真环境，不占用机床机器时间，教学效率高。此方式基于完整的加工工艺系统环境进展NC编程仿真，比一些CADCAM软件的单纯刀位文件仿真更真实、直观，更接近实际加工情况，仿真后的NC程序不用试切可直接输入机床进展加工，解决了数控教学中的设备缺乏困难，收到了良好的教学效果。5.1.1在VERICUT中图形界面的构建1、机床模型：内置机床模型，涵盖了国际知名的数控机床

53、，并且支持用户自定义机床模型。多轴机床是一个国家数控技术应用水平的表达，VERICUT支持4轴、5轴加工中心以及车铣中心机床的建模。通过定义和教学用数控机床一模一样的模型，在课堂上完成学生与实际机床的零距离接触，使学生可以在计算机上直观的看到车间机床的加工情况。2、刀具模型：通过内置刀具管理系统对刀具、刀柄系统进展建模，包括车刀、镗刀、球刀、成型刀、等常见刀具，及钻夹头、弹簧夹套、强力铣、热膨胀等各类刀柄。对于比较特殊的刀具(例如：自制刀具等)、刀柄还可以通过外部CAD软件进展建模。3、夹具系统22建模：对于虎钳、压板等简单的夹具可以直接造型。对于各类组合夹具、专用工装等比较复杂的装夹系统23

54、，同样通过外部CAD软件进展建模。4、毛坯、零件的建模：支持任意形状的毛坯。对于方块、圆柱或拉伸、回转类毛坯可直接造型，而对于形状不规那么的铸造等毛坯那么采用外部CAD软件造型。5、模型来源：可以利用功能强大的外部CAD软件24(例如UG、Pro_E等)完成工装、夹具、刀具、毛坯、零件等的建模，并通过stl、stk、sor等文件25格式调入VERICUT系统。6、整个工艺系统的构建：在VERICUT中可完成毛坯与夹具系统的装配、夹具系统与机床工作台的装配，确保仿真中中各系统之间的相互位置与实际加工完全一致。5.1.2干预分析仿真的目的就是通过演示车间实际机床的加工运动、切削过程及工件形状的变化

55、，实时发现加工过程中存在的干预、碰撞、过切、欠切等问题。在VERICUT中的加工情况可大致分以下几种：(1) 正常切削：刀具以切削速度对工件进展切削加工。加工完毕后，可以进展过切或欠切检查，并用不同颜色进展区分。(2) 非正常切削：刀具以切削速度与夹具、机床组件等接触。在这种情况下，会造成夹具或刀具的损坏，重那么损坏机床。(3) 撞车：刀具以快速进给的速度与工件、夹具、机床组件接触。这种接触通常会造成重大损失，轻那么使刀具、机床损坏，重那么发生人身安全事故！VERICUT能对以上加工情况进展及时、准确的判断，通过不同颜色对各种加工情况进展区分，并提供详细的加工情况报告。这项功能使学生的工艺能力

56、训练可以在虚拟环境下完成，进而使大范围内的学生工艺能力培养成为可能。5.1.3优化刀具轨迹控制优化刀具轨迹会基于切削条件和材料去除量自动地优化进给速度，可以显著地减少加工时间，提高效率从而提高单位时间内的收益。在系统主菜单中，单击“优化“控制系统即可弹出“Optipath Control对话框，该框用于设定需要优化的记录、优化库文件以及选择的工件材料、机床类型等选项。进给速度和主轴转速可以通过单击“信息“状态命令查看，优化中遇到的最大最小进给速度被写进报告文件(Log)和结果文件(Results)中。第六章 结论本文以数控车削加工过程仿真为对象，综合应用Pro/e建模技术、VERICUT建模及

57、仿真技术、计算机图形学、计算机动画技术等，设计了一个数控加工仿真系统。我国数控机床在工业装备中占有率的提高，对数控机床的操作人员、编程人员的需求急剧增大，如何高效、快速地培训合格的数控加工技术人才，成为中高等职业教育的当务之急。传统教学模式下，由于数控机床价格昂贵，每个学校拥有的机床数量有限，学生只能轮流上机床操作，效率很低。而且初学者对机床不熟悉，易产生机床碰撞，损坏机器。“机床少，要实习的学生多，又要到达教学效果，这个矛盾使开发适合于中高等职业教育与培训的数控加工仿真系统有了迫切需求。VERICUT软件就是一种能满足上述需求的数控加工仿真系统。该软件由NC程序验证模块、机床运动仿真模块、优

58、化路径模块、多轴模块、高级机床特征模块、实体比较模块和CADCAM接口等模块组成，可仿真数控车床、铣床、加工中心、线切割机床和多轴机床等多种加工设备的数控加工过程。能进展NC程序优化，可检查过切、欠切，防止机床碰撞、超行程等错误。具有真实的三维实体显示效果，切削模型可测量尺寸，并能保存模型供检验、后续工序切削加工等。其最大特点是可仿真各种CNC系统，既能仿真刀位文件，又能仿真CADCAM后置处理的NC程序，购置一套软件相当于拥有多台机床可供编程教学CGTECH公司专门开发有供学校教学使用的版本口引。数控车削加工教学实验仿真设计工作，需要具备大量的专业知识和一定的软件操作技能，由于时间紧迫加之个

59、人水平有限，这个系统做的不是很好很详细，恳请各位教师和同学批评指正。参 考 文 献1 张建生赵燕伟等?数控系统应用及开发?科学出版社2006 3-52 邵立，马登哲，钟廷修等，中国机械工程，2000，8：919-9223 邵立，马登哲，钟廷修等，工业工程与管理，2000，4：21-254 唐志涛，虚拟数控加工过程仿真技术，机械制造与自动化，2005，34(3)：65-675 张津，王林，马立新，数控加工仿真系统的研究现状，煤矿机械，2006，27(9)：1-36 张翠华，李进京，陈兴，数控仿真系统技术的研究现状，山东农机，2005，7：6-87 高国利，王启义，高真感虚拟数控车削加工环境及实用

60、系统，1999：1-78 王爱珍主编.现代数控机床.国防工业出版社.2003 ：54-559李云龙曹岩?数控机床加工仿真系统VERICUT?西安交通大学出版社 200510张智明李预斌?精通proENGINEER中文野火版零件设计篇?中国青年出版社 200411J.G.Li. Workpiece Represention for Virtual Turning. Adv Manuf Technol，200412赵春礼?对数控加工教学仿真系统的研究?计算机应用200313肖田元等著虚拟制造北京：清华大学出版社，200414周祖德，陈幼平等虚拟现实与虚拟制造武汉：湖北科学技术出版社，200515P