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VERICUT软件构建五轴机床仿真模型的方法及应用摘要：文章以数控仿真软件VERICUT为开发平台，以企业内一台五轴加工机床UCP600为例，探讨了构建五轴机床仿真模型的方法和步骤，并针对典型零件叶轮，进行了数控程序仿真、优化和试切加工，实际验证仿真系统的有效性，提高了企业五轴设备的加工效率和可靠性。
关键词：数控加工；仿真软件；五轴机床1 概述五轴联动加工常用来加工连续、平滑的自由曲面，能够有效提高曲面的加工精度、质量和效率，在加工复杂曲面类零件方面具有很大优势。
但五轴机床加工程序复杂，刀具路径和机床各组成部件的位置关系不直观，在加工过程中，容易发生干涉，碰撞，严重时甚至会损坏机床，造成重大损失。
VERICUT是美国CGTech公司开发的一款数控加工过程仿真软件，具有数控程序验证、机床加工模拟、程序优化等多种功能，尤其适合五轴或车铣复合机床的仿真加工，能避免机床碰撞、消除程序中的错误并优化切削过程，提高加工效率、延长刀具寿命，达到降低加工成本的目的。
文章针对企业一台五轴加工机床UCP600为实施对象，在VERICUT软件上建立机床的仿真模型，进行数控程序的仿真和优化，并在机床上试切加工，取得较好的效果。
2 五轴机床仿真模型的建立机床仿真模型的建立是进行机床仿真的关键。
建立机床仿真模型的一般步骤为：建立机床的运动模型；添加机床各部件几何模型，建立刀具库，配置控制系统等。
2.1 分析机床结构，确定机床运动链UCP600机床属于工作台回转+摆动的五轴加工中心，结构模型如图1所示。
机床工作台可绕A轴和C轴转动，机床刀具安装在主轴上，主轴通过立柱沿Z向运动，立柱连接滑台实现Y向运动，刀具-主轴-Z向立柱-Y向滑台形成了刀具传动链。
毛坯和夹具在工作台上装夹，可绕C轴360°转动，工作台与A轴转台连接，可以绕A轴摆动；A轴转台与X向滑台连接，实现X方向运动，工件-夹具-C轴工作台-A轴转台-X 向滑台形成了工件传动链。
Vericut 基础培训一构建三轴机床、仿真宏程序Vericut 基础培训1——构建三轴机床，仿真宏程序作者：LJG使用Vericut仿真，必须包含毛坯、数控程序、刀具三个部分，但为了仿真的准确性和真实性，我们还需要机床、夹具用于仿真碰撞，设计模型用于比对仿真结果的正确性等。
这一章我们从基本的三轴机床构建讲起。
在Vericut里有两种方法构建机床，一种是通过Vericut自带的简单建模工具建立机床模型，另外一种是使用其它CAD软件先建立好机床模型，再将机床模型文件导出为Vericut可以接受的文件格式，再导入Vericut。
用Vericut自带的建模工具建立机床模型比较麻烦，这里我们用第二中方法，利用NX将建好的机床模型文件导出为.STL 格式文件，并导入Vericut用以构建三轴机床。
一、从NX输出机床模型从论坛上下载机床模型文件，用NX6打开，如下图1所示。
图 1一般像机床外壳，控制系统操作面板等实际仿真过程中不需要的部件可以不导出，不过在Vericut里导入不参与仿真的部件可以增加机床的真实感。
这里我们不导出机床外壳，控制系统操作面板这两个部件，将这两个部件隐藏如图2所示。
图 2将不用的部件隐藏后，我们可以看见如图3所示的主轴端面的坐标系。
图 3在机床建模的时候，我们一般会按照机床的机械零点位置来建立各个机床运动部件的模型，而机床的Z轴的机械原点一般在主轴端面，如图3所示。
但从这个机床模型可以看出X、Y轴的位置并不在机械原点，所以我们导出后还要在Vericut里进行调整。
下面先输入机床床身，即在仿真过程中不运动的部件。
选择主菜单File > Export >STL…，弹出Rapid Prototyping对话框，这里可以设置输出模型的公差，公差的大小会影响STL文件的大小，不改变参数，单击OK，在弹出的对话框中输入要保存的文件名，输入Based_Y，双击鼠标中键(单击两次OK)，选择绿色的底座和导轨，如图4所示的高亮显示部件，选择完成后所有弹出的窗口，都选择OK。
制造仿真是在计算机上对真实产品制造过程进行的虚拟仿真，通过三维动态数字模型展现产品制造流程。
其前瞻性、可重复性及经济性使得其在数控加工制造过程得到了广泛地应用。
本文介绍了作为数控加工仿真领域领导者Vericut软件在数控加工中的应用，具体通过在Vericut软件中建立虚拟机床模型，调用和修改CNC控制系统，创建刀具库等来构建整个零件生产制造虚拟仿真系统，再完整地展示一个典型零件在Vericut软件中的虚拟制造，再现了零件的实际生产过程。
0．引言Vericut软件是美国CGTech公司开发的专业的CNC机床运动仿真、NC程序验证、优化和分析的软件。
从1988年以来，VERICUT就已经成为数控加工仿真领域的行业标准。
随着企业产品的生产周期一步步地缩短，生产过程虚拟仿真越来越成为生产实际的必须。
Vericut软件就是通过在计算机上完成一个个零件的整个数控加工过程，来避免实际加工中零件的试切，提高加工效率，提高零件质量，降低生产成本，保护机床和设备。
下图分别是一个零件多工位换机床整个加工流程仿真和是在Vericut中，一个工位虚拟仿真系统环境的建立和工作流程：下面就德国Fooke龙门机床加工动力机车，对虚拟仿真系统环境的建立和工作流程做具体说明：1．建立虚拟机床模型1.1 如何建立机床：1.1.1. 分析机床组件，及运动组件之间的从属关系；1.1.2. 收集机床组件之间相对位置参数；1.1.3. 分别添加组件的几何模型；1.2 建立机床应注意事项1.2.1. 构建机床应该在机床零位或者说零状态下建立；1.2.2. 当机床组件间相对已经确定，不要再改动组件位置；1.2.3. 操作过程中，要分清是对组件，还是对模型的操作。
当组件相对位置确定后，后面的操作一般是对模型；1.2.4. 区分组件坐标系和模型坐标系之间的关系；1.3 德国Fooke龙门铣床模型的建立1.3.1. 建立机床运动轴组件拓扑结构要建立Vericut机床模型拓扑结构必须先了解机床各轴之间的相互运动关系及相关参数。
一. 运行ｖｅｒｉｃｕｔ⑴. 在【开始】→【程序】→【ＣＧＴＥＣＨ ＶＥＲＩＣＵＴ4.4】下 双击 “CGTECH SOFTWARE MANGER” 图标。
出现图２所示对话框，并单击“VERICUT ”按钮。
双击应用程序图标图１图２单击此按钮，出现图３所示窗口图３VERICUT4.4教程图３所示的窗口就是模拟加工的主窗口，我们先把常用的工具按钮熟悉一下。
“测量”命令，模拟加工完后可用此按钮进行测量。
“观察加工”命令，按下此按钮后可出现一对话框显示NC 文件（此按钮按下后会影响模拟的速度）。
“复原”命令，按下此按钮后可把材料恢复到未加工时的状态。
“放大”命令，模拟加工完后可用此按钮进行局部放大，进行观察和测量。
“单步执行模拟加工”命令，按一下执行一行。
“全屏”命令，在设置好材料后，让材料尽可能的充满屏幕。
“移动”命令，用来移动材料的位置，便于观察。
“动态缩放”命令，用来缩小、放大材料的尺寸，便于观察。
“模型定义”命令，用来设置材料的形状及尺寸和编程原点。
“刀路控制”命令，用来选择模拟加工的NC 文件。
“加工状态”命令，按下此按钮可出现一对话框显示当前的加工参数。
“停止模拟”命令，可在按下此按钮后局部放大观察并进行尺寸测量。
“执行模拟加工”命令，开始进行模拟加工。
⑴. 在VERICUT 的主窗口下，先选择我们要加工的NC 程序, 点选按钮,出现图4的对话框。
保证是G 代码格式图4在图４所示的对话框里，各按钮的作用如下：“Toolpath”－－－－按此按钮进入目录选取需要模拟加工的文件。
“start Cut”－－－－在此输入程序的起始行号。
“stop At ”－－－－选择其中一项以确定程序停止在选择的项目上。
“Text”----当在“stop At”选择“Text”项时，可在此输入文本的内容。
在对话框里设置好后接下来我们就可以单击“Apply”再单击“Close”进入材料设置对话框了。
⑵. 在VERICUT 的主窗口下，点选按钮，然后出现图５所示的对话框，我们可以在此设置材料的规格、夹具偏置。
VERICUT教程摘 要 (1)Abstract …………………………………………………………1 绪论 (2)第 1 章 VERICUT 软件的简单介绍1.1 VERICUT 软件的功能的简单介绍 (3)1.2 VERICUT 软件仿真的重要性 (4)第 2 章 应用系统中的三轴机床仿真2.1 怎样调用应用系统中三轴机床 (8)2.2 怎样添加和修改毛坯 (9)2.3 怎样添加和修改刀具 (13)2.4 怎样导入数控程序 (17)2.5 怎样添加设计的零件模型 (19)2.6 怎样运用自动比较功能 (21)2.7 怎样运用测量功能 (27)第 3 章 文件的保存 (29)第 4 章 建立四轴机床并仿真 (32)第 5 章 建立五轴机床并仿真5.1 怎样建立五轴机床 (54)5.2 怎样拷贝工位 (66)第 6 章 切削速度的优化 (71)第1 章 VERICUT 软件的简单介绍1.1 VERICUT 软件功能和工作界面的简单介绍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。
VERICUT取代了传统的切削实验部件方式，通过模拟整个机床加工过程和校准加工程序的准确 性，来帮助用户清除编程错误和改进切削效率。
VERICUT 是仿真加工软件，可以模拟 G 代码程序，包括子程序、宏程序、循环、跳转、变量等；VERICUT 软件也能仿真机 床加工，进行碰撞检查，仿真后能对切削模型尺寸分析，还能对切削速度进行优化， 并输出仿真结果模型，以及生成工艺文件报表。
打开 VERICUT 应用程序后的工作界面如下： 工具栏项目树机床 / 切削模型视 图零件视图仿真到末端单步暂停重置模型倒回数控程序视图的个数和方式指示灯显示机床组件配置窗口配置可根据自己的习惯改变鼠标的操作风格：1.2 在加工前应用 VERICUT 软件仿真的重要性利用仿真加工，可以消除程序中的错误，如切伤工件、损坏夹具、折断刀具或碰 撞机床；可以减少机床的加工时间，减少实际的切削验证，减少废品和重复工作；可 以大幅度提高加工效率，改善加工质量，并降低生产成本，对现代制造业的发展具有 重要意义。
VERICUT操作流程————宜昌牌坊程序仿真宜昌牌坊零件作业指导书：1.文件 新项目进入一个空的VERICUT仿真项目：2.在项目树上选择“控制”，点击右键在快捷菜单中选择“打开…”，并打开MVR54机床的控制系统文件fan18m.ctl。
3.同样，才项目树中选择“机床”，并右键选择“打开…”，打开MVR54机床文件MVR54.mch。
4.在项目中选择“Stock”组件，并右键菜单中选择“添加模型 模型文件”，并选择毛坯文件5.由于毛坯放置方位不对，故选择加载的毛坯模型，并在下方配置对话框里对模型进行合适的移动与选择，最终结果如下图：6.在项目树上选择“坐标系统”，并在下方配置对话框中点击“添加新的坐标系”功能，创建新的坐标系Csys1，并把位置框里修改为“0 0 500”。
因为此处为编程零点所在。
7.在项目树上选择“G-代码偏置”以设置程序零点，在下方配置界面里选择偏置名为“工作偏置”，寄存器为54，并点击“添加”按钮。
并在随后的对话框中选择从“组件：C”到“坐标原点：Csys1”。
8.根据作业指导书创建所需刀具。
双击项目树中的“加工刀具”，进入刀具库。
并点击菜单“添加→刀具→新→铣削”，进入铣削刀具创建界面。
9.第一把刀具是“Ф20立铣刀”，所以选择“平底刀”，并输入直径20，高100。
点击“添加”按钮创建1号刀具。
10.切换组件类型到“刀柄”项，并选择圆柱类型刀柄，并输入圆柱参数半径30，高50。
点击“添加”按钮：11.然后切换到“组合”页，并在位置栏输入“0 0 100”。
点击下方“修改”按钮。
按钮点击“关闭”按钮，关闭刀具参数定义对话框。
12.然后在1号刀具的“装夹点”位置选择夹头顶面中心处，设置1号刀具的装夹点为“0 0150”。
1号刀具创建完毕。
13.同样的方法创建余下的刀具。
创建完成后，选择“文件 另存为…”，保存刀具库文件命名为Tool。
并关闭刀具管理器对话框。
14.选择项目树中的“数控程序”，并点击配置对话框中的“添加数控程序文件”按钮，选择G代码数控程序，并确认。
要进行NC程序仿真，需要预先构建整个工艺系统的仿真环境，一般过程如下：(1)工艺系统分析，明确机床CNC系统型号、机床结构形式和尺寸、机床运动原理、机床坐标系统以及所用到的毛坯、刀具和夹具等;(2)建立机床几何模型，用三维CAD软件建立机床运动部件和固定部件的实体几何模型，并转换成VERICUT软件可用的STL格式;(3)建立刀具库;(4)在VERICUT软件中新建用户文件，设置所用CNC系统，并建立机床运动模型，即部件树;(5)添加各部件的几何模型，并准确定位;(6)设置机床参数;(7)保存所有文件。
下面以CJK6132经济型数控车床为例进行说明。
(1)机床概述此车床为卧式、平床身、前刀座、四工位电动刀架、步进电机驱动的经济型车床。
所用数控系统为FANUC—0T，X、Z两轴二联动控制，分别控制纵向、横向滑板。
X轴部件上装四工位电动方刀架(转动轴线垂直)，自动换刀。
主轴变频调速，床身、两个床脚、主轴箱为固定部件，夹具为三爪卡盘。
机床坐标原点为卡盘右端面中心，机床坐标系如图1示。
图1 CJK6132经济型数控车床的机床坐标系(2)部件分类依VERICUT软件部件分类原则，部件分类如表1所示。
表1 机床部件分类(3)建立部件的3D模型用SolidWorks软件造型，以运动单元建模，可不按照机床零部件连接结构构建。
BASE可四零件一体建模，也可各零件单独建模，之后在VERICUT中装配。
主轴箱建模不考虑内部传动机构，只建外形模型。
X、Z轴传动链可简化不建，也可作为固定部件建模。
建立几何模型后，另存为STL格式。
(4)建立部件树先设CONTROL为“FANUC—0T”：选菜单“SETUP→CONTROL→OPEN”，在弹出对话框中设“SHORT CUT”为“CGTECH_LIBRARY”，选“fan0t.ctl”打开后建部件树。
选菜单“MODEL→COMPONENT TREE”，弹出部件树对话框，单击“BASE→右键单击→在光标菜单选APPEND→选ZLINEAR”，添加Z轴，单击“ZLINEAR→右键单击→在光标菜单选APPEND→选XLINEAR”，添加X轴。
Vericut 基础培训一构建三轴机床、仿真宏程序Vericut 基础培训1——构建三轴机床，仿真宏程序作者：LJG使用Vericut仿真，必须包含毛坯、数控程序、刀具三个部分，但为了仿真的准确性和真实性，我们还需要机床、夹具用于仿真碰撞，设计模型用于比对仿真结果的正确性等。
这一章我们从基本的三轴机床构建讲起。
在Vericut里有两种方法构建机床，一种是通过Vericut自带的简单建模工具建立机床模型，另外一种是使用其它CAD软件先建立好机床模型，再将机床模型文件导出为Vericut可以接受的文件格式，再导入Vericut。
用Vericut自带的建模工具建立机床模型比较麻烦，这里我们用第二中方法，利用NX将建好的机床模型文件导出为.STL 格式文件，并导入Vericut用以构建三轴机床。
一、从NX输出机床模型从论坛上下载机床模型文件，用NX6打开，如下图1所示。
图 1一般像机床外壳，控制系统操作面板等实际仿真过程中不需要的部件可以不导出，不过在Vericut里导入不参与仿真的部件可以增加机床的真实感。
这里我们不导出机床外壳，控制系统操作面板这两个部件，将这两个部件隐藏如图2所示。
图 2将不用的部件隐藏后，我们可以看见如图3所示的主轴端面的坐标系。
图 3在机床建模的时候，我们一般会按照机床的机械零点位置来建立各个机床运动部件的模型，而机床的Z轴的机械原点一般在主轴端面，如图3所示。
但从这个机床模型可以看出X、Y轴的位置并不在机械原点，所以我们导出后还要在Vericut里进行调整。
下面先输入机床床身，即在仿真过程中不运动的部件。
选择主菜单File > Export >STL…，弹出Rapid Prototyping对话框，这里可以设置输出模型的公差，公差的大小会影响STL文件的大小，不改变参数，单击OK，在弹出的对话框中输入要保存的文件名，输入Based_Y，双击鼠标中键(单击两次OK)，选择绿色的底座和导轨，如图4所示的高亮显示部件，选择完成后所有弹出的窗口，都选择OK。
图4用相同的方法输出Based_Z部件，如图5所示。
图5输出Z部件，如图6所示。
图6输出Y部件，如图7所示。
图7输出X部件，如图8所示。
图8输出Spindle部件，如图9所示。
图9我们在输出模型的时候可以将相同的运动部件分开输出，如上面输出X轴运动部件时可以将导轨滑块和工作台分开输出，这样导入Vericut后可以针对不同STL模型文件定义不同颜色，使仿真的机床在视觉上更接近于真实机床。
完成输出机床模型后，接下来将输出的模型导入Vericut。
二、在Vericut中建立机床模型1、新建一个公制项目文件(HARDINGE_VMC1000II.vcproject)●运行Vericut6.2。
●选择File > New Project > Millimeter ( 或选择工具条上按钮)，新建项目文件。
●选择工具条上按钮设置你的工作路径,例如：E:\HARDINGE_VMC1000II。
●选择File > Save as...菜单命令，。
●在Shortcut下拉列表框中选择E:\HARDINGE_VMC1000II，进入用户自定义路径。
●在File文本框输入HARDINGE_VMC1000II，单击Save，将新建项目文件保存在用户自定义目录下。
工具条上新建项目文件的快捷命令：(Inch:英制)或 (Millimeter:公制)。
右键在该图标上单击可以在两种模式来回切换。
2、定义机床运动结构(1) 显示部件树●将刚才导出的机床模型文件拷贝到用户目录E:\HARDINGE_VMC1000II下。
●在主菜单中，选择Configuration > Component Tree ( 或选择工具条按钮)，系统弹出Component Tree窗口，如图2所示。
图 10(2) 定义“Base”部件●在图形区，单击右键，选择弹出菜单View Type > Machine，切换到机床视图。
●在Component Tree (部件树)中，选择节点，双击，弹出Modeling窗口，进行部件或模型相关参数定义。
●选择Model标签。
●在Type下拉列表框中选择 Model File 选项。
●单击Browse…按钮。
●在Shortcut下拉列表框中选择E:\HARDINGE_VMC1000II选项，进入用户自定义路径。
●在文件下拉列表框中选择Base_y.stl文件。
●单击Open按钮。
●在Modeling窗口中，从Color下拉列表框中选择28:Dodger Blue 。
●单击Add按钮，将该文件添加到Base节点下。
按照上述步骤将Base_z.stl文件添加到Base部件节点下，对应Color选项: 10:Beige。
如图11所示。
图 11一般，我们把机床中不运动，不参与仿真的部件模型放在Based根节点下。
(3) 定义“Z”线性轴●在Component Tree中，选择节点。
●右击节点，从弹出菜单中选择Append > Z Linear。
●双击，进入Modeling窗口定义Z轴速度和颜色。
(后面如果没有特别说明，都是选择节点，双击进入Modeling窗口)●在Component Attribute标签中，在Rapid Rate文本框输入Z轴快速定位(G00)的进给率(units/min)：30000。
●在Accel/Decel下，Max Feed Velocity (units/min)文本框输入进给状态(G01、G02/3)的进给率：12000。
下面添加Z1轴的部件模型。
●选择Modeling窗口的Model标签，添加用户自定义目录E:\HARDINGE_VMC1000II里的Z.stl,颜色 7:White。
(后面如果没有特别说明，都是从该目录添加模型)●添加完成“Z”轴部件模型，如图4所示。
图 12每定义好一个运动轴，可以通过MDI功能检查设置运动轴的运动方向是否与机床实际运动方向相同。
工具条上，左键单击按钮，弹出MDI窗口，在Axis下拉列表框选择已定义好的运动轴，在Jog Distance文本框输入运动步距。
如图13所示。
图 13(4) 定义“Spindle”刀具轴●在Component Tree中，节点下添加。
添加Tool Spindle S3的部件模型。
●通过Modeling窗口，添加Spindle.stl, 颜色3:Light Steel Blue。
添加完成“Spindle”部件模型，如图14所示。
图 14(5) 定义刀具换刀点(Gage Point)●在Component Tree中，节点下添加。
添加完成Tool换刀点，如图15所示。
图 15现在我们完成所有Z轴运动部件的定义，如果我们仿真的时候不需要机床，那么只用定义机床运动结构的节点，不需要在节点下添加机床的实体模型。
(6) 定义“Y”线性轴●在Component Tree中，节点下添加。
●进入Modeling窗口，Component Attribute标签中，在Rapid Rate文本框输入Y轴快速定位(G00)的进给率(units/min)：30000。
●在Accel/Decel下，Max Feed Velocity (units/min)文本框输入进给状态(G01、G02/3)的进给率：12000。
添加Y1轴的部件模型。
●选择Modeling窗口的Model标签，添加Y.stl, 颜色12:Dart Turquoise。
因为在NX里的建模坐标系不在机床机械原点，在仿真过程中我们需要超程报警，所以我们导入的机床必需设置好机床机械原点，该机床的行程是X1020*Y510*Z410，下面将Y轴部件移动到机械原点。
●选择Modeling窗口的Positiion标签，注意在该窗口的上面在Selected复选框选择Components，这样我们在移动时，是移动整个部件，而不是移动一个模型。
在Translate标签下Position文本框输入: 0 -255 0 (数字之间用空格分开)，表示将Y轴部件移动X0，Y-255，Z0的距离，如图16所示。
图 16Vericut里面有许多坐标系，如部件坐标系、模型坐标系、机床坐标系、工件坐标系、用户自定义坐标系等，但对构建机床运动结构影响最大的是部件坐标系(Component)。
当新建一个Vericut项目文件的时候，Vericut所有的坐标系都是在一个位置。
注意看上图中每个节点后面括号里的参数值，里面的数值就是该组件坐标系原点相对于上一级父节点组件坐标系的距离，对于旋转轴，每个旋转轴都是绕自己的组件坐标系来旋转的。
在平移，旋转坐标系的时候，要注意选择对象，即在Modeling窗口上面的Selected 的复选框选项，如果是Model，移动的只是一个模型文件，如果是Components，移动的是组件，包括这个组件节点下的所有节点都会相应的移动，Selected选项如图17所示。
图 17(7) 定义“X”线性轴在Component Tree中，节点下添加。
●在Modeling窗口，Component Attribute标签中，在Rapid Rate文本框输入X轴快速定位(G00)的进给率(units/min)：30000。
●在Accel/Decel下，Max Feed Velocity (units/min)文本框输入进给状态(G01、G02/3)的进给率：12000。
●选择Model标签，添加X.stl, 颜色3:Light Steel Blue。
●选择Position标签，注意在该窗口的上面在Selected复选框选择Components，在Translate标签下Position文本框输入: -510 0 0，移动X组件到机械原点。
如图18所示。
图18(13) 移动“Attach”部件●在Component Tree中，选择节点。
●右击，从弹出菜单选择命令。
●在部件树中，选择，右击，从弹出菜单选择命令，将粘贴到节点下，如图19所示。
图 19要更改部件树中的节点位置，可以选择要更改的节点再拖动到想要更改的节点位置下。
(14) 移动“Stock”部件坐标系展开Attach节点，选中Stock节点，可以看到Stock组件坐标系与X组件坐标系是在同一位置，这就意味着我们建立的或输入的毛坯文件的原点会在这个坐标原点上，所以我们需要将Stock的部件坐标系移动到工作台面。
●在组件树中选择Stock节点。
●进入Modeling窗口，选择Position标签页，在Translate标签下Position文本框输入: 0 0 -510，坐标系移动后如图20所示。
