基于UGNX／IS&V的数控加工仿真

    数控加工仿真是CAD／CAM领域的关键技术之一，通过数控加工仿真，可用几何图形、图像或动画的方式显示加工过程，从而检验零件的最终几何形状是否符合要求，加工过程中是否存在漏切、过切现象，刀具运动过程中是否会与夹具或机床产生碰撞，从而确保能加工出符合设计的零件，并避免刀具、夹具和机床的不必要损坏。基于三维实体的数控加工仿真，可以精确全面地描述空间几何体的相对位置。能够有效地克服传统的NC程序检验方法(试切法和二维轨迹显示法等)的局限性，提高NC程序检验的效率。

    UGNX是当今世界上最先进和紧密集成的、面向制造行业的CAID／CAD／CAE／CAM高端软件。作为一个全面集成的产品工程解决方案，其中的IS&V(Integerated Simulation&verfication，即综合仿真与检查)是系统提供的一个全客户化的应用模块，主要对整个机床的切削过程进行仿真，给用户提供一个动态的、立体的视觉效果；此外，仿真能检查在机床、夹具、刀具和零件问的干涉检测。通过建立精确的机床运动模型来模拟整个加工过程，以使模拟仿真结果完全符合实际情况。

    作者通过运用CAD／CAM软件UGNX 5.0及其IS&V模块，针对VSl575型三轴立式数控铣床进行了虚拟机床技术的研究。并基于该技术进行了对某一铣削加工过程实时仿真的验证。

1 IS&V的系统实现

    综合仿真与检查系统的结构图如图1所示。

图1 综合仿真与检查系统的结构图

    综合仿真与检查功能通过下面的步骤实现：

    (1)定义机床装配模型。进行综合仿真与检查之前，必须建立机床的几何体装配模型，机床的各组件要在装配模块中进行装配组合。机床零部件必须是单独的部件模型，因为机床组件在运动学模型中必须是运动件。

    (2)定义运动学模型。运动学模型是用来描述并确定机床运动的，装配模型成为机床模型，每一个装配模型的文件对应一个运动模型，可以在机床构建器(Machine Tool Builder)中编辑。需要注意的是：进入机床构建起模块的前提是两件模型不能进入NX5.0的加工环境，即如果零件模型进入了加工环境，则无法打开机床构建器。

    (3)将模型存储在数据库中。定义了机床的运动学模型后，还需要把机床的全部模型存入系统的外部数据库中，即把机床的全部模型保存在NX5.0的安装目录“UGS＼MACH＼resource＼library＼machine＼graphics”下。

    (4)定义加工刀具。和定义机床运动学模型的方法一样，在机床构建器环境中需要定义刀具的装配模型，该模型必须包含安装信息。如果不定义刀具装配模型，系统会找不到刀具装配，此时系统可以根据加工模型中的刀具参数产生一个刀具。

    (5)定义起床驱动器。机床驱动器(MachineTool Drive，简称MTD)，是NX5.0后处理器的扩展，用来生成数控代码命令文件。为了模拟真实的机床NC控制器行为，需要用户定义虚拟NC控制起来控制虚拟机床。

    (6)准备机床仿真的工具模型。在加工模型中建立工件运动组件，通过自动装配功能在机床上安装工作，然后才能够进行综合仿真与检查。

2 机床模型的建立

    2.1 建立机床仿真模型

    如果要进行机床仿真操作，必须把机床模型建立成一个装配体，机床的各个组件分别在独立的部件中给出，然后装配起来，这是因为所有的部件要赋予运动幅。应用装配模块组装成机床装配模型，在机床模型中不要有几何元素，特别重要的是，哪些要变成运动组件的机床组件一定要在单独的文件中画出，然后组装成装配体。

    以山东理工大学校办工厂的由威海华东数控股份有限公司生产的VSl575大型立式加工中心为模型进行模拟机床的建模。为了使建立好的机床仿真模型数据不甚复杂并保证其最后的仿真逼真度，一般仿真模型中只要包含其主要部件就能满足要求。到现场实际量取机床主要组件的数据以备建模。利用UGNX5.0建模，机床组件模型尺寸与实际机床组件误差控制在0.5cm以内。确定机床各个部件的结构层次关系后再利用NX5．0的装配功能得到机床的几何装配模型，如图2所示。

图2 VSl575机床仿真模型