【摘 要】虚拟数控加工仿真采用先进的三维虚拟制造技术，对数控加工过程模拟达到了极其逼真的程度。本文介绍了零件进行仿真加工的完整流程，即利用了专用数控加工仿真软件VERICUT与CAD/CAM软件 UG软件相结合，建立了虚拟的DMG CTX510车削中心及其刀具库，利用其完成了零件模型的仿真加工。在 VERICUT 系统中调用虚拟机床、刀具库及程序，利用其仿真模块对零件加工过程进行动态仿真演示，实现了完全的虚拟加工过程。
【关键词】数控加工仿真；车削中心；VERICUT
1 数控加工仿真技术研究现状
计算机仿真技术（Computer Simulation Technology）利用计算机科学和技术的成果建立被仿真系统的模型，并在某些实验条件下对模型进行动态实验的一门综合性技术。计算机仿真技术正在社会的各行各业中被普遍利用，运用在机械行业中，在计算机中对产品加工过程进行仿真，就可以认为对产品进行数控加工技术仿真。计算机技术和可视化技术的不断发展，在计算机上进行仿真加工，可以直观的、快速的检验数控程序正确性，生产成本较低，大幅度缩短产品生产周期、降低成本、提高质量。
利用数控仿真技术建立的虚拟机床的应用给现代制造业的发展带来一次发展机遇。由于虚拟机床是检验产品设计、过程设计、数控程序是否正确的重要手段，通过这种系统，可以减少产品的废品率，大大缩短开发周期，消除或减少新产品开发以及新设备、新系统应用的试切过程，降低了产品成本，减少资源利用，用经济快捷的方式获得资源利用的最大化。由于虚拟机床是数字模型，可以很方便的进行显示、分析、交流，实现新设备、新系统的重新组装。虚拟机床数字模型最大的好处在于不利用实际的资源和能量。因此，建立数控机床的数学仿真模型，进行验证、仿真加工，具有十分重要的现实意义。
2 UG NX8.5功能介绍
Unigraphics（简称UG）是集CAD/CAE/CAM一体的三维参数化软件，是当今世界最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件，广泛应用于航天、造船、航空、通用机械、电子和汽车等工业领域。而UG NX8.5是NX目前的最新版本，相对NX6.0而言，NX8.5在实际生产力的提高方面取得了重大的技术突破，特别将同步建模技术集成到NX，实现了在设计、仿真和制造能力方面的大幅度提升。NX8.5在前面的软件版本基础上进行了四大关键创新：
（1）基于同步建模技术的“无约束设计”，使NX8.5更灵活，可以在建模过程中实现直接编辑，操作十分简便。（2）先进的仿真功能，使NX8.5更有力，可实现多物理场耦合的全方位仿真，包括传导、强制对流和液化等，新的FE模型关联功能使CAE工程师能够根据物理样机的真实表现测量值来验证其仿真结果的准确性。（3）在世界各地均可对集中管理的数据进行访问，使NX8.5更协调，利用产品制造信息数据显著改进了整个生命周期中的信息流，与NX CAM基于特征的自动化编程相连，可缩减20%的数控编程时间。（4）在整个生命周期中进行重用，使NX8.5更高效，支持一种名为“剪贴建模”的新工作流，它使用户可以剪切、复制并粘贴模型的一部分，几何体的重复使用得到了提高，使准备模型工作的效率提高了30%。
3 VERICUT7.2软件简介
VERICUT软件目前在汽车、航空、模具制造、航天等行业已经得到了广泛的应用，可模拟仿真各种数控操作系统，不仅能仿真CAD/CAM后置处理的NC程序，还能仿真刀位文件，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。要实现数控加工过程的仿真，首先要对仿真机床进行三维建模，建模完毕后建立运动学模型，然后再建立刀具、夹具和工件等几何模型，生成刀轨文件，后处理生成数控程序，给虚拟机床相应的操作系统，配置参数，最后实现对产品的加工过程进行全景仿真。
3.1 VERICUT数控仿真加工基本过程
（1）虚拟数控机床模型的建立：建立数控机床运动学模型，根据系统提供部分控制文件库，有FANUC系统、西门子系统、两坐标系统、五坐标系统。根据实际机床的运动原理，调用相应的运动学模型，然后导入数控机床的三维模型，按照实际机床的初始位置来设置虚拟机床的所对应的初始位置，并保存控制文件、机床文件、项目文件、刀具文件。（2）毛坯和夹具的模型的建立：根据实际加工产品的形状来设计夹具，夹具和毛坯的模型建立过程和机床建模过程相差不大。（3）刀具模型的建立：根据机床的实际装刀数量，实际刀柄、装夹刀头的设备，进行建模，并在软件中进行虚拟装配。（4）设置系统参数：建立好的虚拟机床，加工前，要进行参数设置，如工件坐标系、刀具装夹点、刀具安装方向、机床行程、工作偏置等。（5）加工仿真：将数控程序加载到VERICUT软件中，根据G代码中刀具号和虚拟机床上设置好的刀具号进行映射，即可执行G代码，直至仿真结束。（6）仿真结果分析：通过对加工的数字模型进行旋转、缩放、截切剖面等操作，结合LOG日志文件，观察工作实际加工情况，测量加工产品的尺寸，检测精确度。（7）程序优化：利用OptiPath模块设置不同的进给速度和切削速度，进行迭代运算，优化刀位轨迹，最大范围内快速、高质量的切削材料，提高加工效率，减少加工时间，降低生产成本。
3.2 VERICUT和UG软件数据对接
UG软件自身带有数据转换接口的功能，可与其他三维软件共享相关数据，解决不能与其他软件相互通信的问题。UG数据转换主要是通过文件的导入、导出实现，可输入、输出的数据格式有：Parasolid、VRML、CGM、IGES、DXF、STEP、STL等等。通过这些数据格式可与CATIA、Pro/E、AutoCAD、AI-DEAS等软件进行数据交换。UG 既可将其模型数据转换成多种数据格式文件，导入到其他软件中；也可读取由其他软件转换成的文件格式。
3.3 DMG CTX510车削中心
DMG CTX510车削中心由德国德马吉公司生产，具有功率大、扭矩大、加工范围广以及加工精度、效率高等特点，在加工带有平面凸起或腔槽的回转类零件上优势非常明显，在此加工中心上建立实际零件模型。将仿真生成的G代码，传输到机床上进行实际加工，通过对比，UG软件上设计刀具路径、在Vericut软件上虚拟仿真加工和在实际机床上加工，三者在参数上是否一致，证明了利用VERICUT系统进行数控的虚拟制造与仿真加工是有效的办法。
4 小结
本文利用UG软件中的CAD/CAM功能和数控机床加工仿真系统Vericut软件相结合，以DMGCTX510车削中心机床为例，探讨了虚拟数控机床的运动学模型和实体模型的建立过程，以及加工参数的设置过程。利用UG软件与VERICUT数控加工仿真系统相结合，对提高数控加工的正确性，提高加工效率，具有实际应用价值。
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[责任编辑：丁艳]