第14章_VMC1000II 三轴机床仿真应用

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学习目的：学会在VERICUT中将使用CAD建立STL模型来定义一个HARDINGE_VMC1000II的三轴机床。重点在于构建3轴机床、仿真宏程序。

案例素材：VERICUT TRAINING\14\VERICUT_Project\

实施演示：VERICUT TRAINING\14\avi\14-1.avi

案例结果：VERICUT TRAINING\14\VERICUT_Project_finish\

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14.1  机床简介

14.1.1  HARDINGE_VMC1000II机床结构特点

图14-1  HARDINGE_VMC1000II机床结构图

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n       每分钟32米的高速位移和2.8秒的换刀时间，完全胜任高效率工作。

n       主轴顶部10000rpm的旋转速度可以把各类原料加工出表面光洁度非常好的工件。

n       由于高负荷和较大的工作区域，配合高性能的动力数控系统，VMC1000也适用于模具加工，冲压和锻模同样非常有效。

14.1.2  机床主要技术参数

VMC1000机床主要技术参数如下：
  1）工作台
   工作台尺寸 1200 x540 mm
   T型槽：数量/宽度/间距 5pcs /18mm /100mm
   工作台最大承重 900 kg
/ m0 Q! B( A! d6 t: K! s  2）行程
    X轴 1000 mm
$ d/ i8 P9 p$ V    Y轴 540 mm
3 Y% r; }# R+ U* y9 X" }+ [    Z轴 620 mm
6 Y9 n6 o" X- H% P3 L    主轴距工作台面最小、最大距离 150 / 770 mm
   3）主轴
  H, N) w6 ~( h6 C/ v    主轴锥孔 ISO 40
5 X* u$ d) H; [, P4 `, L5 }    主轴最高转速 10 000rpm
( w" U2 s( m. _9 {6 i    主轴电机功率 S1/S6 配 iTNC530 10 / 17 kW
  M& E4 C' v4 ]# w! B    最大输出扭矩 S1/S6 配 iTNC530 57 / 96 kW
    主轴电机功率 S1/S6 配 0i-MC 9/13
    最大输出扭矩 S1/S6 配 0i-MC 57/83
   4）刀具交换
: e, h) q, C. Y( q/ Y    刀库形式 悬臂式 ATC
  j+ p$ J5 v0 S    刀库容量 24 把
3 x1 k& o6 F+ ?" T( K    换刀时间（刀-刀） 2.8 秒
    最大刀具直径 80 mm
    最大刀具重量 7 kg
! Q9 T8 r7 r1 ~+ q( G   5） 快速移动速度
    X/Y/Z 配 0i-MC 32/32/32m/min

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14.2  3轴机床构建

在VERICUT中有两种方法构建机床。一种是通过VERICUT自带的简单建模工具建立机床模型，另外一种是使用其他CAD软件先建立好机床模型，再将机床模型文件导出为VERICUT可以接受的文件格式，最后导入VERICUT。用VERICUT自带的建模工具建立机床模型比较麻烦，这里我们用第二种方法，利用NX将建好的机床模型文件导出为.stl格式文件，并导入VERICUT用以构建3轴机床。

14.2.1  NX输出机床模型

将随书光盘中的VERICUT TRAINING\14文件夹下的模型文件拷贝至D:\VERICUT TRAINING\14，用NX6打开机床模型文件，如图14-2所示。
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一般，如机床外壳、控制系统操作面板等实际仿真过程中不需要的部件可以不导出，但在VERICUT中导入不参与仿真的部件可以增加机床的真实感。这里不导出机床外壳、控制系统操作面板这两个部件，将这两个部件隐藏如图14-3所示。

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将不用的部件隐藏后，可以看到如图14-4所示的主轴端面的坐标系。在机床建模的时候，一般会按照机床的机械零点位置来建立各个机床运动部件的模型，而机床的Z轴的机械原点一般在主轴端面，如图14-5所示。但从这个机床模型可以看出X、Y轴的位置并不在机械原点，所以导出后还需要在VERICUT中进行调整。

下面先输入机床床身，即在仿真过程中不运动的部件。选择主菜单中“文件”（File）>“输出”（Export）>STL命令，弹出Rapid Prototyping对话框，这里可以设置输出模型的公差，公差的大小会影响STL文件的大小。不改变参数，单击“确定”（OK）按钮，在弹出的对话框中输入要保存的文件名，输入“Based_Y”，双击鼠标中键（单击两次“确定”（OK）按钮），选择绿色的底座和导轨（如图14-4所示的高亮显示部件），选择完成后，在所有弹出的窗口中都单击“确定”（OK）按钮。

用相同的方法输出Based_Z部件，如图14-6所示。

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14.2.2  在VERICUT中建立机床模型

（1）新建一个公制项目文件（HARDINGE_VMC1000II.vcproject）。

① 运行VERICUT 7.2应用程序。

② 选择“文件”（File）>“工作目录”（Working Directory）菜单命令，将D:\VERICUTTRAINING\14\设定为工作路径。

③ 选择“文件”（File）>“新项目”（New Project）>“毫米”（Millimeter）或单击工具条上的                              按钮，新建项目文件。

④ 选择“文件”（File）>“另存项目为”（Save as）菜单命令，在Shortcut下拉列表框中选择VERICUT Project文件夹，在File文本框中输入“HARDINGE_VMC1000II”，单击“保存”（Save）按钮，将新建项目文件保存在用户自定义目录下。

⑤ 显示项目树，如图14-11所示。

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（2）定义机床运动结构。

① 将导出的机床模型文件复制到用户目录D:\VERICUT_TRAINING\14\VERICUT_ Project下。

② 在图形区单击鼠标右键，在弹出的菜单中选择“视图类型”（View Type）>“机床”（Machine）命令，切换到机床视图。

③ 定义Base部件。

在项目树中，选中                              节点，按图14-12所示选择配置，在“添加模型”下拉列表框中选择“模型文件”（Model File）选项，在Shortcut下拉列表框中选择D:\3axis _machine_training\HARDINGE_VMC1000II，进入用户自定义路径。在“文件”下拉列表框中选择Base_y.stl文件。单击Open按钮。在“配置模型”窗口中，从Color下拉列表框中选择28odgerBlue；将该文件添加到Base节点下，按照上述步骤将Base_z.stl文件添加到Base部件节点下，对应Color选项“10:Violet”，如图14-13所示。一般，我们把机床中不运动、不参与仿真的部件模型放在Base根节点下。

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④ 定义Z线性轴。

右击                              节点，从弹出菜单中选择“添加”（Append）>“Z线性”（Z Linear）命令。在“快速速度”（Rapid Rate）文本框中输入Z轴快速定位（G00）的进给率（units/min）为30000。在“加速/减速”（Accel/Decel）下，“最大进给速度”（units/min）文本框中输入进给状态（G01、G02/3）的进给率为12000。在“添加模型”下拉列表框中选择“模型文件”（Model File）选项，在Shortcut下拉列表框中选择D:\VERICUT TRAINING\14\ VERICUT_Project，进入用户自定义路径。在“文件”下拉列表框中选择Z.stl文件。单击Open按钮，在“配置模型”窗口中，从Color下拉列表框中选择颜色“9:White”；将该文件添加到Z线性下，完成Z轴部件模型添加，如图14-14所示。

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每定义好一个运动轴，可以通过MDI功能检查设置运动轴的运动方向是否与机床实际运动方向相同。在工具条上单击                              按钮，弹出MDI窗口，在Axis下拉列表框中选择已定义好的运动轴，在“运动步距”（JogDistance）文本框中输入运动步距，如图14-15所示。

  

图14-15  MDI窗口

⑤ 定义Spindle刀具轴。

在 节点下添加 。在“添加模型”下拉列表框中选择“模型文件”（Model File）选项，在Shortcut下拉列表框中选择D:\VERICUT TRAINING\14\ VERICUT_Project，进入用户自定义路径。在“文件”下拉列表框中选择Spindle.stl文件。单击Open按钮，在“配置模型”窗口中，从Color下拉列表框中选择颜色“3:NavajoWhite”；将该文件添加到Spindle下，完成Spindle部件模型的添加，如图14-16所示。

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⑥ 定义刀具换刀点（Gage Point）。

在                              节点下添加 。添加完成Tool换刀点，如图14-17所示。