一、Vericut的工作流程

　　Vericut是美國CGTech公司開發的一款集數控加工仿真、干涉校驗、工時工況分析、代碼優化等多種功能于一體的軟件。該系統可以以虛擬現實的方式建立數控機床、刀具、夾具和毛坯模型，在刀位數據或NC代碼的驅動下模仿金屬切削加工中走刀軌跡和材料被切除的過程，使用戶以直觀的方式對工藝規劃的合理性進行評估，對是否存在干涉進行校驗，并優化走刀軌跡和NC代碼。Vericut的工作流程如圖1所示。

圖1 Vericut的加工仿真流程

　　二、少齒轉子的特點和編程方法

　　1.轉子的特點

　　在油量計、氣量計或塑料機械進給機構中，廣泛使用一種螺旋齒輪。該齒輪的特點是模數較大，且屬于非標準模數。若采用齒輪滾刀加工，為減小根切，必須采用特定的工藝方法才可生產出合格產品。另一方面，它的齒數較少(常為3齒或4齒)，故精加工時采用銑削方法生產，其效率和精度均是可以接受的。例如，圖2是一轉子齒輪，它是由4齒漸開線剖面繞z軸作螺旋運動而形成的。該剖面由齒頂圓、漸開線和擺線連接而成，其外形如圖2所示。齒輪參數列于表1，齒面粗糙度Ra為1.6。

表1 轉子齒輪參數

圖2 轉子齒輪

　　2.轉子的NC編程方法

　　由轉子的形成過程可知，該工件應采用四軸加工：工件沿z軸負方向作勻速進給，同時繞z軸作勻速旋轉運動，這樣刀具在空間切削出一條螺旋線;每完成一個切削行程，工件快速復位，然后刀具在xOy平面上作漸開線插補運動(x、y聯動)，再進行第二個行程。反復執行該過程，直到整個齒面銑削完畢。這實質上仍是展成法加工。

　　轉子NC編程時的已知條件為：(1)轉子端面輪廓線。設計者通常把該輪廓離散為上千個數據點給NC編程者。(2)轉子的齒數、模數、壓力角、螺旋角、導程等參數。編程的具體方法如下：

　　(1)將端面輪廓點擬合成為光滑曲線，如圖3a 所示。

圖3 轉子數據處理與建模

　　(2)建立轉子的三維模型，如圖3b所示。建模方法有很多，可在Pro/ENGINEER、AlphaCAM等平臺上建立。建模時，輪廓線上任一點P(xi, yi)處的螺旋導動線方程為(坐標系參見

　　圖2)：

　　式中，q為轉子長度，h為導程，為P點矢徑，

　　，t為參變量，0≤t≤1。

　　(3)將端面輪廓按弧長平均打斷為若干子段(圖3c、圖3d為局部放大圖)，子段數目按照表面粗糙度的要求確定。

　　(4)求出每個子段端點的坐標及該點處螺旋曲面的法矢量n。設球頭刀半徑為r，按公式P=P0+nr計算得到刀位數據，并據此編制NC程序(按刀心編程)。

　　三、用Vericut對銑削過程進行仿真

　　1.建立毛坯模型

　　對精加工進行切削仿真，理論上應該建立半成品模型作為精加工前的毛坯。但是，由于轉子的端面齒廓是一單值曲線，故可以把粗加工前的圓柱形毛坯作為精加工前的毛坯，如圖4所示。這樣，在仿真中系統可能會提示每刀切深過大，但并不影響軌跡模擬和干涉校驗。

圖4 毛坯定義

　　2.機床定義

　　機床定義的內容包括*.mch文件(定義機床、夾具)和*.usr(CNC定義)兩方面。由于機床的結構千變萬化，CNC類型繁多，所以通常采用基于Vericut內嵌的機床定義文件結合具體的機床結構與CNC編程規則來定義。主要內容包括：(1)確定機床坐標系;(2)確定編程坐標系;(3)定義運動軸運動關系;(4)G代碼和M代碼定義。轉子編程原點位于右端面中心，所以機床原點與編程原點不重合。以KAFO，某四軸立式加工中心為例，其CNC為FANUC 0M，機床原點位于z軸與工作臺面的交點。這些均可在“Component Tree”中進行設置.

　　3.刀具定義

　　轉子加工時采用球頭銑刀。應根據NC程序中的刀號和選定的球頭刀半徑定義刀具，如圖6所示。

a)

圖6 刀具定義

　　4.加工過程仿真

　　在定義好毛坯、機床和刀具的基礎上，設置好仿真動畫顯示參數，就可以進行切削過程仿真了。如果需要，還可以對夾具、材料、視窗等輔助內容進行定義。圖7a是左旋轉子銑削仿真中的一個場景。切削過程和切削結果均顯示在圖形窗口中，干涉與否可通過日志文件和提示行查看。圖7b則是由機床加工出的轉子成品，它與仿真加工的結果完全一致。

a)

b)

圖7 仿真加工的轉子與實際加工的轉子

　　四、結束語

　　Vericut是集多種功能于一體的切削仿真系統。本文闡述了基于Vericut少齒轉子的NC銑削仿真的實現方法。利用該平臺可以以形象直觀的方式實現對數控代碼的校驗，對于保證數控程序的正確性具有重要意義，可以將過切與干涉等不安全因素消除在機床加工之前。