在當(dāng)前制造環(huán)境中，高速切削技術(shù)越來越廣泛地得到應(yīng)用。切削速度大幅提高，如果刀具軌跡和工藝規(guī)劃不當(dāng)，造成的刀具、零件甚至機(jī)床的損壞程度，將比傳統(tǒng)切削加工更為嚴(yán)重。因而，加工仿真技術(shù)就顯得尤為重要和迫切。

　　本文首先利用PRO/E軟件，對Mikron UCP810 DURO高速加工中心進(jìn)行建模，并將建好的機(jī)床模型導(dǎo)入數(shù)控加工仿真軟件VEPJCUT，對螺旋型薄壁零件和復(fù)雜葉輪零件，編制數(shù)控程序，預(yù)先在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行加工仿真。規(guī)劃刀具軌跡和走刀路徑，并在高速加工中心上成功加工出這兩個零件實(shí)物。

　　1 MIKRON UCPS00 DURO高速加工中心的PRO/E建模

　　淮陰工學(xué)院數(shù)字化制造技術(shù)省級重點(diǎn)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室的MIKRON UCP 800 Duro高速加工中心，是瑞士MIKRON公司生產(chǎn)的高速、高效、超精密的五軸聯(lián)動機(jī)床，機(jī)床采用混凝土聚合物制成的龍門框架結(jié)構(gòu)，各軸均采用大尺寸的滾動導(dǎo)軌支承，以確保機(jī)床快速運(yùn)動時保持必要的剛性和穩(wěn)定性，具有動態(tài)特性(包括所有5個軸)和工件加工精度高、人機(jī)界面友好、自動化和過程可靠性好以及操作性能優(yōu)越的優(yōu)點(diǎn)，而且機(jī)床既可進(jìn)行加冷卻液的濕加工，也可不要冷卻液進(jìn)行干切削。

　　機(jī)床的主要性能指標(biāo)如下：

　　數(shù)控系統(tǒng)：iTNC 530數(shù)控系統(tǒng);

　　機(jī)床額定功率：P=15kW;

　　主軸轉(zhuǎn)速：最高達(dá)20000r/min;

　　最大進(jìn)給速度：三個方向的Vfmax=15000mm/min。

　　機(jī)床各軸行程如表1所示。

　　表1 機(jī)床各坐標(biāo)軸行程表

　　PRO/E軟件作為一個集成化的軟件，功能非常強(qiáng)大，利用它可以進(jìn)行零件設(shè)計(jì)、產(chǎn)品裝配、數(shù)控加工等多種工作，在我國的工廠和研究所得到廣泛應(yīng)用。國內(nèi)的許多高校也選擇它作為研究開發(fā)的基礎(chǔ)軟件。本文通過測量Mikron UCP810 DURO高速加工中心各主要部件的實(shí)體尺寸，在PRO/E Wildfire 4.0中進(jìn)行設(shè)計(jì)，建立各主要部件模型，并進(jìn)行裝配，得到機(jī)床模型。圖1是幾個主要部件和機(jī)床的裝配模型。這就為下面在VERICUT中進(jìn)行加工仿真奠定了基礎(chǔ)。

　　圖1 PRO/E建模的機(jī)床模型

　　2 加工過程的VERICUT仿真

　　虛擬制造依靠建模與仿真技術(shù)模擬制造、生產(chǎn)和裝配過程，虛擬加工環(huán)境建模是進(jìn)行制造過程仿真、預(yù)測加工問題的前提和基礎(chǔ)。目前，在數(shù)控加工時，廣泛采用VERICUT軟件來仿真加工過程。

　　VERICUT是美國CGTECH公司開發(fā)的一種運(yùn)行于Windows或UNIX平臺的計(jì)算機(jī)上的先進(jìn)的專用數(shù)控加工仿真軟件，它能夠真實(shí)地模擬在加工過程中刀具的切削、加工零件、夾具、工作臺及機(jī)床各軸的運(yùn)動情況。VERICUT能夠仿真直至5軸的多軸機(jī)床和大型、復(fù)雜的NC刀路軌跡。具有較強(qiáng)的通用性。該軟件不僅能夠?qū)C程序進(jìn)行仿真、驗(yàn)證、分析及優(yōu)化，而且能夠?qū)C(jī)床進(jìn)行仿真。通過該軟件模擬機(jī)床加工的過程，能真實(shí)反映加工過程中遇到的各種問題，包括加工編程的刀具運(yùn)動軌跡、工件過切情況和刀、夾具運(yùn)動干涉等錯誤，甚至可以直接代替實(shí)際加工過程中試切的工作，并且提供了對刀位軌跡和加工工藝優(yōu)化處理的功能，可以大大提高零件的加工效率和機(jī)床的利用率。

　　通過對機(jī)床進(jìn)行描述和結(jié)構(gòu)分析，通過在VERICUT中建立機(jī)床組件樹并向其中添加機(jī)床幾何模型和部件模型，可以完成機(jī)床的裝配，并進(jìn)行必要的調(diào)整，得到機(jī)床在VERICUT中的模型。

　　通過對機(jī)床進(jìn)行碰撞檢測設(shè)置、機(jī)床初始位置和換刀點(diǎn)設(shè)置、機(jī)床極限位置沒置等設(shè)置工作;對刀具進(jìn)行刀刃、刀柄和刀具組裝設(shè)置;進(jìn)行運(yùn)動設(shè)置、G代碼設(shè)置等一系列設(shè)置工作，最后導(dǎo)人工件模型和數(shù)控程序，就可以對加工過程進(jìn)行仿真。對加工編程的刀具運(yùn)動軌跡進(jìn)行驗(yàn)證，檢查工件的過切情況和刀、夾具運(yùn)動干涉等錯誤并進(jìn)行修正，就可以有效地避免零件在實(shí)際加工時出現(xiàn)不必要的破壞情況，保護(hù)刀具、工件和機(jī)床。下面是對某螺旋形薄壁零件和復(fù)雜的葉輪零件進(jìn)行仿真的效果圖。

　　圖2 仿真效果圖

　　通過驗(yàn)證程序、刀具軌跡以及沒有干涉等各種加工必備條件以后，利用本臺Mikron UCP810 DURO高速加工中心進(jìn)行加工，圖3是加工葉輪的現(xiàn)場。加工過程非常順利，得到了圖4所示的厚度為1 mm的螺旋形薄壁工件和多個復(fù)雜的葉輪零件。

　　圖3 加工葉輪的現(xiàn)場

　　圖4 加工出的零件實(shí)物

　　3 結(jié)論

　　本文利用3D軟件PRO/E對M1KRON UCP800 DURO高速加工中心進(jìn)行建模，將其模型導(dǎo)入VERICUT中構(gòu)建數(shù)控仿真系統(tǒng)，再將工件毛坯模型和NC程序?qū)耄瑢?shí)現(xiàn)了對螺旋式薄壁件和復(fù)雜葉輪零件的加工虛擬仿真。通過仿真，保證了數(shù)控程序和走刀路徑、刀具軌跡的正確性，將過切與干涉等不安全因素，消除在加工之前，優(yōu)化了加工工藝，提高了生產(chǎn)效率，并利用高速加工中心進(jìn)行加工，得到了這兩種零件的實(shí)物。