浅谈虚拟仿真技术在数控加工中的应用

周燕峰

摘 要：随着技术的快速发展和更新，产品的研制周期也大大缩短，而且产品的形状也越加复杂。将计算机的一些辅助软件用于产品的设计制造，实现加工轨迹在三维环境下的仿真，并对后置处理之前刀具轨迹的正确性进行验证；在制造之前，通过仿真软件实现数控程序仿真，对真实环境进行模拟，进而检测出可能在真实加工中出现的问题，进而高效地完成复杂产品的加工。高精度、高速度、高效率、高智能是现代制造业发展的趋势和目标，虚拟仿真技术的应用，可以有效提高加工的质量和效率，促进制造业的快速发展。

关键词：虚拟仿真；数控加工；VERICUT系统应用

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）14-0047-02

虚拟仿真技术在加工过程中的应用，对于缩短研制周期，提高产品的竞争力有着重要意义，面对高精度、高速度、高智能、高效率的追求，只有将虚拟仿真技术充分运用到数控加工中，才能有效降低错误率、降低成本、提高效率，进而提高整体的竞争优势，促进制造业的发展。

1 仿真的概念

仿真指的是把要研究的对象通过别的手段进行模仿的一个过程。计算机虚拟仿真不同于实物仿真，它是借助计算机对比较复杂的系统的行为及结构开展的动态模仿，从而得到这个系统和它变化过程中的一些特性指标，用于预测和评价这个系统未来的行为效果，获得决策所需信息的方法。实质就是建立计算机仿真模型，并针对该模型在计算机上开展试验。

2 仿真的意义

①仿真便于进行多次的重复性的试验，并且有参数易控制、代价小、时间短的优点；②仿真能够在建立真实系统之前，对它的行为效果进行预测，并确定出最好的模型；③针对解析表示不能进行准确求解的系统，仿真可以帮助其得到系统运行时的各种数据结果，以便于求解；④仿真技术可以针对那些随机性的系统开展大量的重复性的试验，以获得有参考价值的特性指标。

3 仿真系统

3.1 VERICUT系统

这是一款数控加工使用最广泛的仿真软件，它不但能够很好的对数控代码查证进行模拟，还能很好的提升去料切削的效率。它是对数控加工的轨迹代码的去料切削进行交互式的模拟，并将所模拟的部位在屏幕上充分展示出来，对刀具轨迹进行精度验证，保证验证后的部位满足设计的标准。在开始正式加工前，系统还可以及时发现会对加工过程产生阻碍的矛盾，并找出有效的加工轨迹的序列号，有利于及时修改。

VERICUT系统几乎可以识别和执行所有刀具轨迹代码。与真实的加工类似，系统要求输入原材料的详细描述、走刀的轨迹代码以及针对刀具的描述。验证的结果包括加工之后的三维模型（产品）和整个模拟过程中测出的关于所有错误的一个日志性的文件。并且，通过这个系统得出的模型还能够被保存、检测或者用于当作其他走刀轨迹的初始材料。

这个系统能够模拟直到五轴的钻孔、铣削及线框EDM的相关操作，还能够对铣车和车削组合的加工过程进行模拟。因为大量增加特征以及机械性专用模块的出现，VERICUT已经成为一个可以从全方位进行验证、模拟以及优化的好方法，并且这种方法能够有效提高数控加工的效率。

3.2 VERICUT Machine Simulation模块

模块的功能主要包括对能够识别的代码文件进行解释，并对机床依据数控代码展开加工的整个过程进行可见性的模拟。对于那些坐标系的加工、补偿刀具长度、补偿刀具直径等复杂性较高的加工技术，该系统都能够进行仿真。

Machine Simulation对机床的运动进行模拟，对机床的碰撞和过程进行错误探测，VERICUT对工件加工的过程进行模拟，并对数控代码进行正确性的检验。这样就形成了对整个数控加工过程进行全面错误检测的一个系统，以便获得最高效率的加工过程。

3.3 VERICUT MULTI-AXIS模块

MULTI-AXIS（多轴模块）：模拟验证四轴及五轴铣、钻、车、车铣复合加工。

由于多轴机床的复杂性，出现损坏的可能性大大增加。该模块在VERIFICATION和MACHINE SIMULATION模块的基础上，使VERICUT能够模拟和验证多轴（三轴以上）的车、铣和车铣复合加工。对这些多轴加工进行干涉、碰撞检查，以提前预知并想办法解决可能出现的事故，是保护昂贵机床的很好手段。用户可以直接调用、修改该模块中的自带的多轴机床模型，也可很方便地自己建立与车间机床相应的机床模型。

3.4 VERICUT OPTIPATH模块

OPTIPATH（优化模块）：优化NC程序，实现高效切割。

优化NC程序，使其更快，效率更高。该模块根据机床、刀具等切削条件优化进给率，特别是在拐角处和高速铣时调整速度，保护了机床和刀具。同时，减少了机床和刀具的磨损，降低了成本。该模块能节约30%或更多的加工时间，仿佛多了一台机床，极大地提高了NC机床的生产率。

4 VERICUT仿真软件的应用

选择VERICUT系统进行加工仿真前，第一步，要借助Mac-

hine Simulation建立相关的机床运动学的模型，这个过程中系统会向使用者提供一些控制文件库供其修改或调用，进而达到定制的要求，再借助建模模块进行机床几何模型的建立，依据图纸对机床的初始位置进行设定，得到相应的工作文件、机床文件以及控制文件。第二步，借助VERICUT对毛坯和夹具进行定义，将走刀轨迹调入，对刀具的文件及形状进行定义，并进行参数的设定。第三步，从VERICUT内进到Machine Simulation中，依据机床的模型进行机床实体、毛坯及夹具实体的添加，进行相关参数的设定，就能够进行机床运动和刀具轨迹的同步仿真。依据系统提供的相关文件以及仿真的实际情况，可以对刀具轨迹的一些参数和文件进行修改，直到仿真符合要求为止。此外，系统的一些模块还可以将设计的模型与加工之后的模型进行比较，确定出它们之间的差异，以便于对仿真中可能出现的欠切或过切进行探测。

5 数控加工中的仿真应用

对于数控技术，工艺路线的编制是重点，刀具和加工参数的选择是整个工艺的难点。在相同的路线条件下，不同的刀具与加工参数对工作效率和零件质量有很大的影响。不论是复杂零件的外轮廓加工还是腔体的加工，还是五轴对零件的加工，选择合适的刀具都是整个零件加工工艺的难点，对整体的加工工艺有着很重要的影响。

当前阶段虚拟加工技术被广泛的应用，可以完成验证数控代码，同时还可以对整个工艺路线的合理性、正确性进行验证，但是，道具和参数的选择只能做定性分析，一些其他的软件可以做到有关的定量分析，比如VERICUT软件，这种软件可以进行自动化的对比，在零件加工过程中，可以使工作人员快速、准确的选择刀具。还可以根据实际的条件进行虚拟验证，从而可以检查出工作时存在的潜在问题，使工艺方案更加优化。

一些仿真软件可以使数控加工全过程实现仿真模拟。这种方法可以大大的缩短程序调控时间，同时还可以减少设备的消耗。应用仿真技术在加工一些复杂的零件时，可以减少程序出现错误的可能性，从而使操作者更加安全，减少刀具损害的现象。提高工作效率和加工质量，促进制造业的快速发展。

6 结 语

虚拟制造和智能加工已经成为制造业发展的目标和方向，虚拟仿真技术在数控加工中的应用，借助相关的系统和软件对各个环节的模拟，可以大大提高加工的准确性，减少错误率，缩短产品的研制周期，增加产品的竞争优势，还对促进整个制造业的高速发展有重大的意义。

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