vericut龙门五轴机床模型（虚拟制造在复杂曲面五轴联动加工中的应用）

如何在vericut中建立叶片五轴加工物理环境
　　我写的《复杂曲面的五坐标数控加工关键技术研究》，阐述数控加工仿真的目的和意义，分析PowerMill和VERICUT数控加工仿真的基本流程，并在PowerMill和VERICUT环境下，实现了整体叶轮五轴加工仿真的全过程。

　　开始也觉得不好写，还是学长给的莫’文网，专业的就是不一般，很快就帮忙搞的了
感觉这样的提问是没有意义的
还是自己找下资料吧
虚拟制造在复杂曲面五轴联动加工中的应用
本文介绍了虚拟制造技术的一些基本概念，着重阐述了在采用复杂曲面五轴联动数控技术过程中，如何应用VERICUT软件对复杂曲面五轴联动数控加工进行机床仿真的方法，以实现对程序的校验和优化，从而提高实际制造过程中程序编制的效率，降低制造成本，缩短制造周期。该技术在现代制造业中具有广阔的应用前景。
　　引言
　　复杂曲面的五轴联动数控加工技术是当今制造业中的高新技术，它是一个涉及到计算机三维造型、CAM自动编程技术、测量技术、制造工艺学、切削仿真技术等多学科交叉的综合技术，因此具有较高的技术难度。但由于五轴联动加工技术所具有的高精度、高效率、加工适应性强等特点，也使它能够更好地适应复杂曲面的数控加工。如今，五轴联动加工技术已经在发电设备制造业、飞机制造业、轮船制造业中得到了广泛的应用。 对于复杂曲面的五轴联动数控编程来说，由于曲面复杂，且大多为不可展开的雕塑曲面，在编程时容易产生不易察觉的过切等干涉现象。并且，在五轴联动数控机床的加工中，NC铣头的旋转或工件旋转很容易发生干涉和碰撞现象，造成工件、刀具甚至机床的损坏。因此，在实际加工中，即使很有经验的工程师也需要进行试切，对程序进行反复的调试，造成了人力、时间、能源和材料的浪费，且效率低下。 虚拟制造系统VMS(VirtualManufacturing System)是实际制造系统在不消耗能源和资源的信息世界里的完全映射。虚拟制造是在上世纪80年代由美国率先提出的，是对真实产品制造的动态模拟，是一种在计算机上进行而不消耗物理资源的模拟制造软件技术。 虚拟制造机床系统是现实制造机床系统在虚拟空间的映射，它是由虚拟的机床→刀具→夹具→工件所组成的虚拟系统，具备现实机床加工系统的全部功能、特征和行为，能够完成现实机床加工系统同样的虚拟生产任务。通过虚拟制造机床对复杂曲面的五轴联动数控加工进行仿真，能够真实地反映制造加工过程中的过切、碰撞等干涉现象，为程序的修改提供了数据;能够对加工程序进行反复调试，在不消耗材料、能源，不占用机床时间的情况下得到正确的数控加工程序。虚拟制造机床系统能够提供加工过程中的关键数据，如优化后的切削参数、总的加工时间等，通过它们可以评价加工策略的优劣并改进加工方案;能够进一步对加工程序进行优化，缩短切削加工过程中的空行程走刀时间和调整复杂曲面不同位置的加工进给率。
　　虚拟制造机床系统
　　针对复杂曲面五轴联动系统加工存在的问题，运用商业软件建立虚拟制造机床系统，需要进行以下的技术研究。
　　1.虚拟制造机床的构成
　　2.机床仿真及校验
　　3.程序优化
　　虚拟制造机床要能够完全真实地反应现实机床，无论是在机床拓扑结构、外型尺寸，还是运动功能方面都同现实机床一致或相似。虚拟制造机床的建立主要包括机床几何结构、控制系统和刀具库的建立。虚拟机床要能够真实地反应现实机床，首先要求有同样的机床拓扑结构，其次机床各运动轴的几何尺寸要求同现实机床一致，特别是五轴联动机床有两个旋转轴的NC铣头和Z轴滑枕的尺寸更需要同现实机床完全一致，另外，机床各运动轴的运动极限及相对关系也要同现实机床一致。控制系统的建立目的是使虚拟控制系统具备同现实系统相同的功能，并且能够对机床功能，如G代码、M代码等功能代码进行定义，并实现对虚拟机床的控制功能。建立机床刀具库主要是建立用于实际制造系统中相同尺寸规格的各种刀具，以真实模拟切削的过程。在虚拟制造机床上添加工件毛坯、刀具和夹具，设置编程坐标系和机床坐标系的相对位置关系，加载加工程序后，就可以实现对现实机床加工的仿真了。仿真能够真实地模拟出过切、碰撞等各种现象，并发出警报，标明发生该现象的位置。程序优化首先需要针对不同的产品材料和刀具材料建立个性化的程序优化库，这个优化库需要通过做大量的切削试验来建立。在程序优化时根据不同的加工材料和刀具，选择优化库中的实例对程序进行优化。通过优化后，在复杂曲面不同的加工区域自动设置不同的切削进给率，来保持每齿切削量和金属去除率的恒定，从而提高加工效率。
　　虚拟制造在复杂曲面加工中的应用实例
　　水轮机叶片的加工属于大型复杂雕塑曲面的加工，其毛坯体积大，材料价格昂贵，采用虚拟制造技术对加工过程进行加工仿真，能够很好的规避各种制造中的风险，提高零件加工质量和加工效率。用虚拟制造技术对水轮机叶片进行机床仿真的流程如图1所示。 我们应用VERICUT机床仿真软件，通过它在计算机上建立虚拟制造机床，就能够实现对水轮机叶片加工过程的机床仿真、程序校验以及程序优化。下面以某混流式水轮机叶片的机床仿真为例介绍运用VERICUT软件实现复杂曲面虚拟机床制造的方法。
1.FKSA1800机床模型系统的建立
　　2.复杂曲面五轴联动加工机床仿真、校验以及程序优化
　　FKSA1800是某水轮机制造厂的一台单臂五轴联动铣床，具有X、Y、Z三个直线轴和B、C两个旋转轴。Y轴依附于Z轴，旋转轴C轴依附于Z轴，旋转轴B轴依附于C轴，属于Head-Head型的五轴联动机床。工作台大小为1.6m
矢量编程简化五轴联动加工中心加工工艺
由于这一车间最大的五轴加工中心上的CNC系统采用矢量坐标作为程序输入，而不是采用传统的G代码，因此复杂工件可以轻易地从一台机床转移到另一台机床上进行加工。
Desemco公司(位于乔治亚州Marietta市)作为航空航天工业中非常优秀的一个五轴加工车间，它可承担从设计到最终生产的全部加工项目。这家由15人组成的公司以其具有竞争力的价格、一流的生产质量和优异的按时交货纪录，赢得了附近一家航空航天制造商和其他航空航天及国防承包商的加工业务。
Desemco公司的专长是从事航空航天工业复杂工件的高精度加工，这些工件由镍铁合金一类的航空级铝合金、钛合金和高强度合金材料制成。其加工的典型工件包括纵梁、舱壁、叶轮和窗户垫圈的模具。
对于加工这么多类型的零件而言，采用具有五轴加工能力的机床是必不可少的。某些几何形状，例如像复杂的轮廓和底部切槽，简直是无法加工生产的，除非刀具或工件可以与其他3根直线运动轴同时协调地联动旋转运行。在其他情况下，如无法接近零件的5个加工面，那么工件必将需要进行多次的调试设置，因而会影响机床的生产时间，甚至危及加工精度。
出于这个原因，Desemco公司已投入巨资购置五轴加工中心。其中体积最大和加工能力最强的是两台来自OKK公司的机床：KCV1000和VP600。KCV1000型机床通常配有一个很长的工作台和行程可以延伸到的137in(1in=25.4mm)的X轴。这台机床具有加工专门为飞机设计的较长和较大工件的能力。购置这台机床是一个重要的市场战略性决定，因为极少的加工车间需要这样大尺寸的机床，其超长的X轴，也使得Desemco公司能够在工作台的不同区段上设置几个较小的工作区。机床的这种灵活性为作业调度和生产计划提供了极大的战术价值。该机床属于“刀具旋转”类机型。旋转轴位于主轴加工头内。

图1 配有一特长工作台的五轴加工机床具有很大的灵活性，既可以通过一次性装卡调试加工一个大型零件，
也可在工作台的不同区段上设置加工几个更小的零件
相比之下，VP600型机床属于“工作台旋转”类机型。其旋转轴由一个装有耳轴的旋转工作台组成。除了处理在长工作台机床上开始堆积的较小五轴加工件之外，VP600型机床业还可以锁住其旋转轴，作为一台功能强大的三轴铣床使用。
遗憾的是，购置两台不同配置的五轴机床给预期的灵活性造成了一个障碍。原先适用于在刀具旋转型机床上后处理加工的传统G代码CNC程序，无法在工作台旋转的机床上使用。为了将工件从一台机床上转移到另一台机床上加工，Desemco公司的编程人员将不得不为第二台机床购置适当的后处理器，并将其应用于原先由Mastercam公司提供的五轴编程软件所生成的刀具路径数据。
当Desemco公司找到这家为第一台OKK机床开发后处理器的本地经销商Mastercam公司时，他们提出了一个不同的方法。Mastercam公司认为，该机床的FANUC CNC系统有一款软件，可以使他们直接处理五轴矢量坐标，作为CNC程序的输入。
在概念上，这种“矢量编程”可以避开两个困难。因为由CAM系统生成的矢量坐标(X、Y、Z、I、J及K)将只确定与零件几何形状有关系的刀具运动方向，因此它们属于“中性类机床”。也就是说，需要将这些坐标转变成机床特定运动指令的转换值和计算值还没有得到应用。这使得矢量编程易于携带：一台机床上的输入可以携带或传送到另一台机床上，只需做少量的修改或无需修改。
除了能够解决不兼容的G代码程序问题之外，矢量编程对某些后处理器问题的解决也是非常有效的。有了矢量输入，执行一个零件的程序时，通常由后处理器执行的复杂数学问题，现在可以在CNC系统中进行处理。这意味着后处理器只具有一个应用基本数据格式约定的简单翻译器功能。此外，同样的后处理器，现在可用于任意OKK机床上的程序。任何特定机床的旋转轴指令，例如像基准复位指令，都可由储存在单个控制系统内的宏指令进行处理。
这听起来像一个不错的想法，但要将这个想法实现，需要一个团体的共同努力，这里将涉及到CAM软件经销商、CNC系统供应商、当地的机床经销商和Desemco公司的技术人员。只有通过共同合作，才能够使矢量编程成为一个成功的现实。
Desemco公司的销售主任Grant Salmon先生认为，他的车间是到目前为止的最大的受益者：“当我们将便携式CNC技术向我们最大的航空航天客户演示时，给他们留下了深刻的印象。他们看到了我们的五轴加工具有更大的灵活性和安全性。这给了他们更大的信心，清楚我们有能力处理复杂的工件，并能够按时完成任务。”Salmon先生根据这一增强的五轴加工能力，也看到了其车间业务的发展潜力。Salmon先生表示：“我们还打算购置一台更大的五轴龙门式机床。对于这样的机床来说，具有矢量编程的功能是绝对需要的，只有这样，机床才能适应车间灵活的加工策略。”

图2 OKK KCV1000型机床的旋转轴主轴加工头
追根溯源
Jimmy Wakeford先生是Barefoot CNC公司的总裁，是Mastercam公司的经销商。通过与Watson先生的合作，他确信其编程部门的Mastercam五轴加工软件可设置用于生成相应的矢量坐标，并使后处器具有发送为机床准备程序的能力。他还与Eric Dechant先生和Todd Horton先生密切合作，前者是FANUC FA美国公司地区办事处负责机床生产率程序的地区经理;后者是Phillips公司Jeffreys Manufacturing Solutions分公司的亚特兰大地区销售工程师，该公司是该地区负责OKK系列产品的机床经销商。他们一起解决有关某些机床参数可变设定值的各种细节问题和每台机床上FANUC CNC系统所固有的运动极限问题。
2012年1月，Desemco公司将矢量编程完全融入到其操作之中。五轴加工机床操作员将已完成的CNC程序，从该车间网络的文件服务器上下载到矢量格式之中，现在这种做法已成他们的常规工作。一个程序需要在车间编辑的情况非常罕见，他可以改变代码，重新运行一个零件，然后将改变的程序返回给服务器。由于同样的程序可以在任何一台OKK机床上使用，将工件从一台机床转移到另一台机床，无需编程部门的帮助。
CNC系统中的应用技术
Dechant先生说，矢量编程的主要应用技术在于CNC系统。早在2000年的时候，FANUC公司就开始提供了支持某种格式的矢量编程。他解释说，随着越来越多的厂商采用五轴加工技术，制造商开始引进新的机床设计与不同的主轴配置，人们对矢量编程的兴趣也越来越大。最初，当FANUC公司推广这一系列控制系统(FANUC系列30i/31i/32i-Model A CNC系统)时，将重点放在由该公司开发的先进功能上，以提高五轴加工的生产效率。矢量编程选项补充了其他的CNC功能，例如像自动工具中心点(TCP)的控制、刀具位置的控制(TPC)以及TCP的极微量调节和高速稳定性。所有这些功能都应用复杂的软件程序来调节刀具的位置和方向，以达到更加顺畅和更快的加工效果。
在准备零件的五轴加工程序时，通过将通常为后处理器保留的转换值和计算值合并在一起，矢量编程就可以更进一步。通常情况下，五轴CAM软件可生成两组相应的几何坐标。X、Y和Z代表了3D空间中一系列的密集点，它几乎接近刀尖与工件表面之间的整个行程。而I、J和K坐标则代表在给定长度上的刀具另一端行程。X、Y、Z和I、J、K坐标一起构成了确定刀具位置和方向的矢量值。
在过去，后处理器的工作是从CAM系统(通常是CL数据或类似的格式)中获取数据，然后将其转换成可以在某一特定机床上使用的代码。除了特定机床上的刀具长度、直径、枢轴长度、零件位置和任何机械误差之外，该后处理器还将处理线性轴和旋转轴位置所需的所有计算值。程序是为“特定机床”设计的，这些变量中的任何变化需要返回到编程部门重新做起。
有了今天的CNC系统的先进功能，这种情况将不会再次发生。矢量编程将后处理器的某些关键功能转移到了CNC系统。这使得来自CAM系统的X、Y、Z坐标和I、J、K坐标能够作为一个CNC的数控程序输入方式进行输入。因为该输入基于零件几何形状的基础之上，而不是机床的几何形状，因而仍然保留着其便携性特点。
还必须了解的是，矢量编程在FANUC 300iS-A控制系统上以及在OKK机床的310iS-A5控制系统上是非常有效的，因为它集中了有关刀具的控制功能。Dechant先生说：“它们作为一个工具包一起工作，以提高五轴加工的生产成果。”

众多的优点
Salmon先生说，矢量编程对Desemco公司产生了众多的战术和战略价值。反过来说，该车间的成功，对参与该项目的供应商也产生了一个积极的涟漪效应。
提供一个相对比较简单的后处理器，针对OKK五轴机床中的其中一台机床，用FANUC控制系统准备CNC程序。还希望相同的后处理器能够用于配有该车间可能购置类似控制系统的其他五轴加工机床上。这个后处理器的更新，将确保所有目前的五轴编程与最新技术保持与时俱进。采用流水线作业排除故障，后处理时间大大缩短。这有利于编程部门节约更多的时间，以便在CNC发放给车间使用前，进行彻底的验证和优化。Salmon先生说，这一点是非常重要的，因为Desemco公司已成为 CGTech公司Vericut模拟和优化软件的一个广泛用户。
因为比较简单的后处理器可以进行彻底的测试和调试，并可获得一致性更好和更有预见性的加工效果，质量问题大大减少。同样，在CNC中执行的后处理器功能是不会变化的。一旦将最优值和最佳设置值输入到机床以后，其后处理的结果将始终是相同的。Salmon先生报告说，这对改善加工时间的作用虽然微不足道，但却具有实质性意义，由于程序的优化，这将有利于超越和加速加工周期时间。
Salmon先生确信，由于采用矢量编程，五轴的运动越流畅就越能提高表面质量，但他也承认，这一点还未能予以验证。矢量编程是采用一个市场的微分器进行区别的，Desemco公司已成为该项技术的领头羊。客户的信心在不断增加，因为该车间承担的工作任务并不是依赖任何一个主轴的实用性。该车间对安装一台更大型化五轴龙门铣床的计划具有更大的信心，因为后处理器发生延误或困难的情况似乎是不可能的。作为一种生产资源，这台机床的灵活性将得到保证。