基于UG & VERICUT的弧面凸轮多轴数控加工仿真实现
基于UG & VERICUT的弧面凸轮多轴数控加工仿真实现
江苏省常州技师学院 孙春花
摘要：本文主要介绍了UG和Vericut这两个软件的主要作用、相关功能以及优势。结合具体实例分别利用UG和Vericut软件进行弧面凸轮多轴数控加工与仿真加工步骤，从而分析和探讨UG、Vericut软件在弧面凸轮多轴数控加工仿真教学中的实用性与优越性。
关键词：UG；Vericut；弧面凸轮；多轴数控加工；仿真加工
随着社会的不断发展，科学技术更新换代，数控技术被广泛应用于工业制造中，具体到弧面凸轮多轴的数控加工与仿真技术中，有着极为重要的作用和意义。对于多轴零件的加工问题，其具有较为复杂多变的特性。同时，由于现实环境中多种因素的影响，导致多轴加工机床的价格较高，加工成本较大。因此，这些因素的存在对整个多轴数控加工程序的要求和标准更高，主要体现在准确性和安全性两个方面。为了有效提高多轴数控加工的质量和水平，就必须及时处理和解决机械零件编程以及加工技术两方面存在的问题。根据多年积累的工作经验，主要利用UG软件进行编程，Vericut软件进行仿真加工，以此来推动弧面凸轮多轴数控加工与仿真技术的实现，有效解决了多轴加工的零件编程、缺少数控机床以及加工安全等问题，在具体实践应用中较为良好，值得进一步推广。
一、基于UG软件的多轴加工编程
UGNX是一款由西门子公司开发的软件产品，主要将CAD、CAE以及CAM等进行有机结合，从而形成了对相关产品的生命周期进行管理的软件。该软件的出现，为用户产品的设计和加工提供了方便，同时还能实现数字化建模，并对其进行仿真和验证。Unigraphics NX软件，主要是为了满足用户对虚拟产品的工艺设计需求，并采取相应的解决方案。从根本上说，该软件主要利用的是交互式CAD/CAM系统，它具有较为强大的功能以及数据分析能力，对各类复杂问题进行数字化建模。随着网络用户的日益增长，该软件已经成为一项三维建模中的重要应用。UG NX主要应用于二维和三维空间中，利用无结构网格上实现网络的多重开发，并对数据进行求解的应用。还需要说明一点是，UG/NX作为一个大型软件操作系统，需要根据不同层次对该对象进行抽象性的描述。
随着社会的发展和市场经济的繁荣，我国制造业面临着巨大的挑战，产品生产部门需要借助高新技术开发新的产品，在降低生产成本的同时，提高企业的经济效益，并实现二者之间的平衡。针对产品的开发和生产，需要借助相关的优秀经验，并将其作为科学决策的依据。众所周知，该软件拥有功能强大的编程技术，同时有很强的系统兼容性，从而有效实现数控编程软件发挥自身巨大优势，并占据了一定的地位，对行业的发展起着主导作用。该软件的CAM模块中含有一系列的加工手段和操作方法，为数控加工创造良好的技术环境，并提供行之有效的解决办法。该软件中的刀路驱动方法和刀轴控制方法有着灵活、便捷的特点，使得整个弧面凸轮多轴数控加工与仿真技术由复杂向简单转变。
本文主要利用Cavity Milling和Variable Axis Milling这两个数控加工技术进行具体操作，并顺利完成了弧面分度凸轮驱动器-弧面分度凸轮轴零件部分多轴加工编程。在整个加工变成过程中，主要利用Variable Axis Milling数控加工技术进行半精加工和精加工，主要使用的驱动方法是“Surface Area”，并利用“4-Axis Relative to Drive”方式对刀轴进行控制。刀路见图1。
图1 弧面分度凸轮数控加工刀路
二、基于 Vericut 软件的虚拟机床创建
Vericut软件主要以Windows及UNIX系统作为基础平台，由美国CGTech公司开发，使用当前国际上较为前沿的技术，形成的一款数控加工仿真技术软件，具有较强的专业性。该软件广泛应用于制造业领域，为了实现数控加工仿真技术，是当前全球数控加工程序验证、机床模拟、工艺优化软件领域的领先者能够同时实现刀具轨迹和机床仿真这两个优势功能。该软件被广泛应用各个领域的三轴及多轴加工的实际生产中。
具体到该软件有着极为强大的功能和作用，能够真实化的模仿整个弧面凸轮多轴数控加工与仿真技术过程中的相关运动情况。此外还能实现NC程序的仿真、验证、分析及优化等。 本文将宝鸡机床厂生产的VMC850B机床作为研究对象，利用该机床对Vericut软件的功能进行介绍，并阐述利用该软件如何创建虚拟机床。
（一）Vericut软件的优势特征
Vericut是基于实体的、基于特征的，并记录历史的仿真，可以方便、准确、快速地分析尺寸，检测错误。Vericut仿真是和实际生产完全匹配的，是对整个生产流程的模拟。其中，Vericut检查分析过切有曲面和实体两种方式，而且可以直接定位到特定程序特定程序行发生的过切，这样更方便更直观具有模型输出功能。Vericut主要基于机床的特征进行模拟，并对创建好的模型进行后续操作。Vericut软件还可以产生较为详细全面的工艺报告， Vericut能够模拟出精度较高，稳定性较强，速度比较稳定的模型。
（二）关于3D模型的创建
创建3D模型之前，需要对现实使用机床结构进行分析，并对主要的运动模块进行拆分、和简化，基于相应的数据和资料，绘制出各个部分的3D模型；其次，明确机床中各个部分之间存在的依附关系，利用Vericut软件对机床进行整体构架，并形成虚拟的机床数字模型。
为了实现机床数字化3D模型的创建，需要通过以下途径进行：第一种，借助Vericut软件，充分发挥该软件中的建模功能，并利用软件中的各类工具进行几何体模型的创建。通过对该途径的深入分析，该途径有简单易操作等优势，但从另一个角度上看，该软件只能创建简单模型，无法满足机床的要求，也不能达到相关建模标准，视觉效果也比较差，因此，这类途径适合对加工要求较低的情况。第二种，借助CAD软件，创建3D模型，该途径的应用较为广泛。CAD还能与其他软禁进行兼容，并将数据信息进行处理，同时采取组装措施。该方式不受软件本身的制约，可以根据自身的需要创建任何机床模型，难易均可，但在利用CAD软件进行建模时，需要提前设置好坐标系，确保模型创建的准确性。
（三）Vericut软件中拟机床装配
1、创建新的用户文件
利用Vericut软件创建用户文件，并在具体操作中，按照相关的菜单命令进行操作，并创建好相应的新的用户文件。
2、创建机床组件树
在Machine Component Tree窗口中，对机床各部分进行重新定义，并按照相关顺序进行，按照下列顺序进行：Base>Z>Spindle>Tool，Base>Y>X>A>Fixture>Stock。按照菜单命令完成之后，就成功创建好了机床组件树。见图2。在创建机床组件树时，需要基于机床的具体参数，在X、Y和Z轴上，将机床的最大切削速度设置为Max FeedVelocity(units/min)，快速移动速度设置为Rapid Rate，这样就完成了相关操作。
图2 机床组件树
3、添加机床几何模型
模型的添加需要选择好相应的机床组件，并选择相应的Models节点，随后，在Add Model选项中点击Model File，需要按照相应顺序进行文件的添加，进而完成机床几何模型的操作工序，几何模型效果如图3所示。
图3 机床几何模型
（四）机床参数设定
机床几何模型创建完毕之后，还需要对机床的相关参数进行设置，在软件中选择好相关的菜单和操作命令，先选择Configuration，再选择Machine Setings，按照这样的顺序对机床进行设置，主要包括的选项有Collision Detect、Traval Limits。此外，还需要对Locations选项下的相关数据进行设置，确保数据的准确性。除此之外，还要结合机床的实际情况，先执行Configuration的命令。再执行Control Setings命令，设置A轴旋转运动的具体参数。
（五）数控操作系统设定
设定数控操作系统，要全面掌握机床使用情况，以机床的基本配置作为系统设定的基本依据，并将其作为机床控制的主要文件。还需要具体说明的是，当文件控制存在瑕疵时，需要对文件的内容进行重新编辑，从而增加A轴夹紧/松开的辅助指令M61/M60。具体的操作内容为：在实现方式中，当增加变量时，需要对A轴的运动状态进行实时控制。
三、零件仿真加工
（一）Vericut软件与UG软件的链接
在零件的仿真加工中，接口配置有两种形式：第一种是借助Vericut软件，对相应的文件内容进行按批次处理和加工，同时开始启动UG软件，这类方法的操作流程简单，易上手，不需要对相关环境资源进行配置；第二种是利用NX open api 二次开发配置原理，对整个技术环境资源进行优化配置，但是，该方法使用起来较为麻烦，影响工作效率。因此，本文以第一种配置方法进行演示，并实现Vericut与UG这两个软件之间的链接。
（二）仿真加工参数设定
在UG软件的启动过程中，需要加工各个模块之间的内容，在软件工具栏中，找到Vericut的图标按钮，单击该按钮能够对仿真参数设定进行启动和设置。见图4。
图4 Vericut 仿真加工参数设定
（三）零件仿真加工
对软件各个参数进行设置之后，可以启动Vericut实现弧面凸轮多轴数控加工仿真技术。其中，弧面分度凸轮仿真加工效果见图5，实际加工效果见图6。
图5 弧面分度凸轮仿真加工效果
图6 实际加工
图7 弧面凸轮多轴数控加工零件
结论
综上所述，基于UG和Vericut这两个软件进行弧面凸轮多轴数控加工与仿真加工，利用UG软件完成弧面分度凸轮零件的多轴加工编程，利用Vericut系统完成了 VMC850B四轴加工中心的仿真系统开发，并实现了弧面分度凸轮零件的加工仿真，将创建的虚拟模型与实际机床加工的结果进行对比，验证了该软件的正确性和有效性。通过本次实验研究的结果表明，利用UG和Vericut这两个软件能够减少程序编制与调试的时间，从而有效降低机械生产的成本和费用，还有利于减少产品加工的能耗，对教学和生产都有着极为重要的作用和意义，对相关企业单位有较好的借鉴作用。
参考文献
[1]冯松涛，吴玉厚，张丽秀，等.基于Vericut的异型石材罗马柱数控加工仿真[J].机床与液压，2011（1）.
[2]占刚，赵麟.基于UG与VERICUT虚拟数控加工仿真技术研究[J].热处理技术与装备，2012（6）.
[3]范邵平.基于UG与VERICUT的多轴数控加工编程与仿真加工教学研究[J].机械工程师，2012（2）.
[4]孙德英，崇凯，王霄.基于UG/CAM和Vericut的数控加工仿真与优化[J].机床与液压，2011（23）.
[5] 阮晓光，王寅晨，张党飞.基于UG与VERICUT的数控加工仿真[J].煤矿机械，2012（3）.
[6] 党改慧，陈玉刚， 胡高社，等.基于UG与VERICUT的叶轮加工仿真研究[J].煤矿机械，2013（4）.
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