【设计】基于VERICUT的虚拟机床建模技术研究

98www.idnovo.com.cn现代制造ModernManufacturingCAM一、虚拟机床的建模技术欲进行程序的仿真，首要问题是构建仿真平台，方便而准确地建立实际机床的仿真模型是实现加工仿真的保证。对于虚拟机床建模，常用的有两种方法：一种是通过高级语言编程借助OpenGL三维图形引擎功能实现机床几何建模和运动仿真。另一种是通过CAD软件建立虚拟机床几何建模或直接利用虚拟制造软件来实现，例如VERICUT等。在虚拟制造软件中，一般均由厂家配置了常见机床的控制系统，可直接调用，这样不仅可以免去编程建立机床几何模型的麻烦，而且还免去用编程来设置各数控指令的含义及运动方式，所以更为方便快捷。运用VERICUT进行虚拟机床建模要将几何建模和运动学建模结合起来，其流程如下。(1)准备工作。明确机床CNC系统型号、机床结构形式和尺寸、机床各轴运动方式与行程、机床坐标系统以及所用到的毛坯、刀具和夹具等。(2)机床构建。软件中提供了常见的几种机床模型可供调用，但一般来说不能满足需求。此时用户需自己构建机床。1）运动学建模：确定各运动轴的分配关系；2）几何建模：机床运动结构模型抽取和各部件坐标系关系确定、CAD模型的创建及输出。(3)机床控制系统配置。软件本身提供了几十种控制系统，用户可以根据实际使用的机床系统进行选择，非常方便灵活。如果控制系统不存在，也可自行定制控制系统。本论文所采用的虚拟铣床原型机是ZXK-32D型数控铣床，该机床的外形如图1所示。其主要结构参数如表所示。二、建立机床组建树及几何模型建立根据ZXD-32D型铣床的结构，先用Pro/ENGINEER将数控铣床模型绘制出来。其结构包括床身基体、左右运动部件X轴、前后运动部件Y轴、上下运动部件Z轴和主轴部件等几个部分，并且将所有完成的模块零件转存为STL形式的文件。机床在VERICUT的定义具体步骤如下。（1）启动VERICUT。开启“文件”→“新项目”→“毫米”，进入到“stock”制件界面。单击“组件树”，弹出如图2所示的“组件树”对话框。（2）铣床床身造型的建立。在“组件树”对话框中，选中Base组件作为机床床身，单击鼠标右键，选择“组件属性”，在“造型”对话框中选择“模型文件”类型，并且导入在Pro/ENGINEER中已完成的床身建模文件，点击“添加”按钮，如图3所示。完成床身Base组件建立，如图4所示。（3）铣床Z轴造型的建立。首先构建Z轴。由于Z轴和Base之间是直接关联，所以要在“Base”中右键，然后选择“添附”→“Z线性”，如图5所示生本文介绍了基于VERICUT软件的虚拟机床建模流程，按照此流程对ZXK-32D型数控铣床进行建模，并将建好的机床模型导入VERICUT软件中，为虚拟机床仿真打下基础。基于VERICUT的虚拟机床建模技术研究□台州职业技术学院电子电气工程系吴陈燕□台州技工学校黄振沛参数名称值单位工作台面积320×900mm行程X.Y.Z550*320*300主轴转速范围265～1815(6级)r/min主电机功率1.5/2.2kw进给速度1～1500mm/min控制轴3轴X.Y.Z表ZXK-32D型铣床的结构参数图1ZXK-32D外观图图2组件树对话框99CAD/CAM与制造业信息化·2009年第12期栏目主持：丁海骜　投稿信箱：[e-mail]成ZLinear。并依照前面Base的构建方法，同样导入相应的建模文件，并且在“造型”对话框中将“位置”里的“移动”数值设定成（00200），如图6所示，完成Z轴组件模型建立。（4）构建铣床主轴。主轴和Z轴为直接关联。在“组建树”中右键选择“Z（0，0，0）”→“添附”→“Spindle”。由于在Pro/ENGINEER的建模中是将主轴直接画在Z轴上，所以这里不需要在主轴上添加任何组件。如图7所示。（5）铣床Y轴造型的建立。同样先构建Y轴。Y轴也是和Base直接关联。同理，在“Base（0，0，0）”中右键然后选择“添附”→“Y线性”。如图8所示。右键“Y（0，0，0）”，通过“组件属性”，在“造型”中的“模型文件”中导入前后运动部件Y轴模块的建模文件。模块之间的空间相对位置已在Pro/ENGINEER建模过程中计算并设定完成，定位相对于起点的坐标不需要再次改动。点击“模型”选项中的“添加”，完成Y轴模型的构建。如图9所示。（6）铣床X轴模型的建立。这里需要注意的是和X轴直接关联的是Y轴。在“组件树”中的“Y（0，0，0）”下“添附”内选择“X线性”。在“组件树”内生成XLinear，如图10所示。再按前面介绍的步图3组件树的“造型”对话框图4Base床身模型的添加图5组件树中ZLinear的建立图6Z轴模型的添加和定位图7组件树中主轴组件的建立图8组件树中YLinear的建立图9Y轴模型的添加和定位图11X轴模型的构建图10组件树中XLinear的建立100www.idnovo.com.cn现代制造ModernManufacturingCAM（8）刀具组件的构建。刀具和主轴之间关联，在主轴下“添附”一个“Tool”。（9）机床外壳的构建。在“Base（0，0，0）”中的“组件属性”中调入机床外壳建模文件，完成铣床在VERICUT系统中的实体结构模型建立。如图13所示。三、结论本文以三轴的数控铣床建模为例，提出了利用VERICUT软件进行虚拟数控机床建模的基本方法和关键技术，为数控机床的虚拟制造奠定了重要基础。该方法对于在VERICUT环境下，建立其他类型的机床模型具有指导性意义。图12铣床夹具和毛坯的构建图13ZXK-32D型铣床的实体结构模型骤将左右运动部件X轴模块的建模文件导入，完成X轴模型的构建。如图11所示。（7）夹具（Fixture）的建构。可以直接用鼠标拖动Fixture组件到X轴组件下，通过同样方法把Stock、Design组件拖动到Fixture组件下，这样就完成了从机床床身到毛坯之间的组件建立。再将已建成的夹具，毛坯建模文件一一对应导入。如图12所示。本文描述了CV-MTDP系统车身板块的应用内容，分析了随着计算机技术逐步应用后原传统管理模式的不足，以及以系统环境为工作平台的优点，重点论述了生产准备项目过程管理及设计基准工时DST的开发应用，为汽车车身当量折算、CPU、生产性向上、现场改善和DSTR等提供基础性数据，系统实施后，应用效果良好。制造技术数据平台-车身板块的开发应用□东风商用车有限公司车身厂技术科张萍陈立林彭镜对于制造业企业来讲，内部的数据流是非常重要的。数据流中有三个重要的环节：设计数据、制造技术数据和制造数据。数据流既是数据的流程、流向和流动，也是数据在企业内部“增值”的过程，随着数据属性的逐步丰富，最终体现出经济价值。在当前瞬息万变的市场环境中，产品的多样化、个性化不可避免，从而引发数据量的巨大增长，随着时间的推移，数据管理所面对的情况愈加复杂，如果没有信息技术的支持，相关的业务工作会非常困难，管理不善所导致的后果，甚至是灾难性的。本文所描述的“制造技术数据平台-车身板块”，从数据上实现了承上——集成设计数据、启下——集成制造执行系统，并在本系统内部，对承接的数据进行了各类技术处理和丰富。而数据不是凭空而来，是由业务工作产生的，因此，只有把控好相关业务环节，数据才能准确。企业内，围绕数据展开的业务工作有很多，本文主要就对技术管理水平提升较大的业务工作——生产准备项目管理及DST/PST管理作重点介绍。一、项目背景项目启动之前，我们对企业存在的问题进行了总结，这些困绕我们工作的问题主要如表所示。从这些问题可以看出，传统的工作模式给技术管理带来的压力非常巨大，数据的准确性、知识的沉淀、资料的安全以及标准化的控制都受到了影响。而技术管理工作是否有序，对产品质量、制造成本、交货周期以及企业的人才培养、业务学习、节约降耗会产生完全不同的效果。“工欲善其事，必先利其器”。构建一个能够为技术管理提供支持手段的信息化系统，势在必行。CV-MTDP系统车身板块的目标非常明确：承上启下，打通我厂的数据价值链，实现技术数据向制造数据的转化及传递。同时数据转化过程可视、可控，并保证数据的唯一性、完整性、准确性，提高工作效率、贯彻新工艺标准，从而对成本控制、质量控制、工时统计和制造执行等业务产生积极影响。文索引号：134