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VNUC數控虛擬仿真技術在FANUC車削系統的典型應用
鄧宇翔
（昆明理工大學 機電工程學院 云南 昆明650093）
摘要：本文介紹了VNUC數控虛擬仿真技術在FANUC車削系統的應用技巧及方法步驟，并運用典型的加工實例進行了仿真加工及其編程。
關健字：VNUC 虛擬仿真 數控 FANUC 編程
Typical Application to VNUC Virtual Simulation of Numerical Control Technology in FANUC Cutting Metal System
Deng Yuxiang
(Electrical and Mechanical Engineering Faculty , KMUST, Kunming, China 650093)
Abstract: Introduction to VNUC Virtual Simulation of numerical control techniques and process in FANUC cutting Metal System, and introduction to simulation method and programme by typical instances.
Keywords: VNUC, Virtual Simulation, CNC, FANUC, Programme
0 引言　　
數控機床是用數字信息對機械運動和工作過程進行控制的基本設備；是制造業實現自動化、柔性化、集成化生產的基礎；VNUC數控虛擬仿真主要應用于數控加工程序的驗證、數控機床模擬加工，廣泛應用于檢驗實際生產過程，VNUC采用了先進的三維顯示和擬虛現實技術，可以驗證和檢驗NC程序中存在的碰撞、干涉、過切、欠切、切削參數不合理等問題。本文作者結合實際教學經驗，詳細說明了VNUC數控虛擬仿真在FANUC車削系統零件加工的具體應用。
1 編程方法
數控編程方法有手工編程和自動編程兩種。從零件圖樣分析、工藝處理、數值計算、編寫程序單、制作控制介質直至程序校驗等各步驟均由人工完成的過程，稱為“手工編程”。手工編程適應于點位加工或幾何形狀不太復雜的零件、程序編制坐標計算較為簡單、程序段不多、程序編制易于實現的場合。對于幾何形狀復雜的零件(尤其是空間曲面組成的零件)，以及幾何元素不復雜但需編制程序量很大的零件，由于編程時計算數值的工作相當繁瑣，工作量大，容易出錯，程序校驗也較困難，用手工編程難以完成，因此要采用自動編程。
自動編程也稱為計算機(或編程機)輔助編程。即程序編制工作的大部分或全部由計算機完成。如完成坐標值計算、編寫零件加工程序單、自動輸出加工程序單，有時甚至能幫助進行工藝處理工作。對于幾何形狀復雜，尤其是需要用三軸以上聯動加工的空間曲面組成的零件，自動編程編出的程序還可通過計算機或自動繪圖儀進行刀具運動軌跡的圖形檢查。因此編程人員可以及時檢查程序是否正確，并及時修改。
但同時我們也要看到，手工編程是自動編程的基礎，無論科技發展如何，自動編程中許多核心經驗都來源于手工編程，兩者相輔相成。
2 編程步驟
數控編程是指從零件圖紙到獲得數控加工程序的全部工作過程。編程工作主要包括：
具體工作流程詳見表1
鄧宇宇翔（1978~）， 男，2006級碩士研究生，研究方向：數控加工、數控仿真加工技術、
表1
面對零件加工，首先應對零件圖紙分析，確定加工工藝過程，在進行數控加工工藝設計時，一般應進行以下幾方面的工作：數控加工工藝內容的選擇； 數控加工工藝性分析； 數控加工工藝路線的設計。對于一個零件來說，并非全部加工工藝過程都適合在數控機床上完成,而往往只是其中的一部分工藝內容適合數控加工。這就需要對零件圖樣進行仔細的工藝分析，選擇那些適合、需要進行數控加工的內容和工序。
其次，應進行數值計算，絕大部分數控系統都帶有刀補功能，只需計算輪廓相鄰幾何元素的交點(或切點)的坐標值，得出各幾何元素的起點、終點和圓弧的圓心坐標值即可。后，根據計算出的刀具運動軌跡坐標值和已確定的加工參數及輔助動作，結合數控系統規定使用的坐標指令代碼和程序段格式，逐段編寫零件加工程序單，并輸入存儲器中。具體步驟見表2
表2編程步驟
3典型實例分析
圖1零件圖樣
如圖所示零件，材料為45#鋼，有直徑25的內孔棒料，小批量生產，使分析其數控車削加工工藝過程。
3.1工藝分析過程
首先，零件圖的工藝分析，包括零件圖的標注正確性、輪廓描述的完整性及必要的工藝措施等。在這里，我們的仿真軟件，是理想化的把加工零件的尺寸調整為完全沒有誤差，所以零件圖我們通常都不標注公差。在正常情況下，是沒有這種可能的，所以在零件圖的工藝分析過程，請用戶注意這一點。
該零件比較簡單，由外圓柱面、順圓弧構成，其中直徑尺寸與軸向尺寸沒有尺寸精度和表面粗糙度的要求。零件材料為45#鋼，切削加工性能較好，沒有熱處理和硬度要求。
通過上述分析，采取以下幾點工藝措施：
1)零件圖上面沒有公差尺寸，完全看成是理想化的狀態，故變成的時候就直接按照零件圖上面的尺寸變成即可。
2)兩端都需要加工，左右端都需要車出來，所以需要掉頭裝夾。
3)左端有薄壁，所以應該先加工右端，次裝夾，應該先夾住左端，加工出來右端。
其次，確定裝夾方案。外輪廓加工的時候，由于左端有薄壁，所有需要先加工右面，這就需要用三抓自動定心卡盤夾緊左端。
第三，確定加工順序及走刀路線。加工順序的正確安排，按照由內到外、由粗到精、由近到遠的原則確定，在一次加工中盡可能的加工出來較多的表面。又去該零件為單件小批量生產，走刀路線設計不必考慮短進給路線或者短空行程路線，外輪廓表面車削走刀路線可沿著零件輪廓順序進行。
第四，刀具的選擇。兩次裝夾中，其中只有外輪廓、順圓，可以選擇45度硬質合金端面車道，由于有順圓，可以選擇72°30″右手偏刀。
第五，切削用量的選擇。切削用量的選擇一般根據毛坯的材料、轉速、進給速度、刀具的剛度等因素選擇。
第六，數控加工工藝卡的擬定。將前面分析的各項內容綜合成數控加工工藝卡片，在這里就不做詳細的介紹，用戶在做具體的實際加工過程中必須要有這個。
3.2 加工程序
根據零件圖編寫程序如下（程序以FANUC為例）：
1)次裝夾：
%
O0002
N10 T0101
N20 G01 X70 Z10 M03 F200;
N30 G71 P40 Q90 U1 W1 F300;
N40 G01 X60;
N50 Z-20 ;
N60 X65;
N70 Z-30;
N80 X70;
N90 G00 Z10;
N100 M03 ;
N110 M05 ;
%
2)第二次裝夾：
%
O0001
N10 G54
N20 G01 X70. Z10. F200 M03;
N30 G71 P40 Q110 U1 W1 F200;
N40 G01 X36 ;
N50 Z-30 ;
N60 X50 ;
N70 Z-40;
N80 X53.066;
N90 G03 U60 W-14 R30 ;
N100 G01 X70 ;
N110 G00 Z10 ;
N120 M30;
N130 M05;
%
4 VNUC虛擬仿真加工
4.1選擇機床
進入虛擬仿真后，選擇相對應的參數，主要參數的選擇是根據機床的工作行程，機床功率來進行參照。
圖2參數設置
4.2機床回零點
數控車床通電后，須進行回零（參考點）操作，其目的是建立數控車床進行位置測量、控制、顯示的統一基準，該點就是所謂的機床原點，它的位置由機床位置傳感器決定。由于機床回零后，刀具（刀尖）的位置距離機床原點是固定不變的，因此，為便于對刀和加工，可將機床回零后刀尖的位置看作機床原點。首先把加電開關，彈開急停按鈕，點擊jog，在jog狀態下面點擊置零按鈕，然后，就可以調節z軸正向、x軸正向的控制按鈕進行回零了。
4.3 安裝工件和工藝裝夾

圖3毛坯設置

按照對話框提示，填寫工件要求的數值，材料特性，并且設置相對應的裝夾方式，同時用戶可以根據材料特性（屈服強度、塑性、硬度）調整毛坯的位置，避免加工中發生崩刃和工件折彎得現像。如圖3所示。
4.4 安裝刀具
根據工藝流程和車刀刀庫，選擇相對應的刀具，選擇好的刀具，不僅可以提高加工效率，而且可以降低成本，我們可以根據切削三要素切削速度、背吃刀量和進給量再結合刀具手冊來選擇適合自己的刀具，同時根據工藝需要選擇相應刀柄系統。
圖4刀具選擇
4.5建立工件坐標系
編程員按程序坐標系中的坐標數據編制刀具（刀尖）的運行軌跡。由于刀尖的初始位置（機床原點）與程序原點存在X向偏移距離和Z向偏移距離，使得實際的刀尖位置與程序指令的位置有同樣的偏移距離，因此，須將該距離測量出來并設置進數控系統，使系統據此調整刀尖的運動軌跡。
對刀，其實質就是側量程序原點與機床原點之間的偏移距離并設置程序原點在以刀尖為參照的機床坐標系里的坐標。
為了計算和編程的方便，通常將程序原點設定在工件右端面的回轉心上，盡量使編程基準與設計、裝配基準重合。首先，打開主軸進入正轉，在控制面板里面選擇入jog狀態，調節z軸正向和x軸正向，先平一下端面，平完端面之后，我們用試切法對刀，先用一號刀在工件端面試切，如圖6
圖5對刀
測量出試切毛坯直徑72.133這個直徑值，如圖7
圖6測量毛坯
此時，假設把工件坐標系定在工件右端面中心。
點擊OFSET SETTING選擇項，設置相對應的偏置量。
圖7偏置設置
然后點擊“補正”下面的按鈕所出現的畫面如下圖所示：
將光標移動到“G 01”行段，在輸入區域內輸入“X72.133”點擊軟件“測量”即可，切削端面后，在輸入區域內輸入“Z0”即可。這樣就建立了工件坐系。程序加工時就會從目前設置的工件原點進行加工。輸入后如圖8所示
圖8參數設置
4.6上傳NC語言
首先，將控制面板調整到自動狀態，然后，選擇“文件/加載NC代碼文件”，會出現這樣的對話框，到存放代碼文件夾中找尋代碼文件（即用戶口編寫的程序，此代碼文件路徑是個人規定的），找到文件后，雙擊，代碼自動出現在電腦顯示窗口中。
圖9 NC代碼上傳
4.7自動加工
圖10 仿真加工
調用完成程序，完成置零和對刀，設置好相對應的偏置量，此時檢查倍率和主軸轉速按鈕，后開啟循環啟動按鈕。我們可以看到虛擬仿真的過程，并在加工過程中來發現是否有超程，過切，欠切等現像，根據加工反饋的信息，及時做出相應調整。
5 結束語
要實現數控加工，虛擬仿真加工是關鍵的一個環節。將工藝專家或技工的經驗、零件加工的一般與特殊規律，來優化的數控編程方案，從而達到提高編程效率和加工工藝水平，通過虛擬仿真縮短生產準備時間的目的。熟練掌握VNUC的功能后，你會發現它不僅能對NC程序進行仿真、驗證、分析及優化，而且能真實的模擬出各種數控系統、機床、刀具、毛坯等數控加工工藝系統。
參考文獻
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