Bosch 0 608 701 003

VNUC數(shù)控虛擬仿真技術(shù)在FANUC車削系統(tǒng)的典型應(yīng)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(shù)控虛擬仿真技術(shù)在FANUC車削系統(tǒng)的應(yīng)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(guān)健字：VNUC 虛擬仿真 數(shù)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(shù)控機床是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的基本設(shè)備；是制造業(yè)實現(xiàn)自動化、柔性化、集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)；VNUC數(shù)控虛擬仿真主要應(yīng)用于數(shù)控加工程序的驗證、數(shù)控機床模擬加工，廣泛應(yīng)用于檢驗實際生產(chǎn)過程，VNUC采用了先進的三維顯示和擬虛現(xiàn)實技術(shù)，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(shù)不合理等問題。本文作者結(jié)合實際教學經(jīng)驗，詳細說明了VNUC數(shù)控虛擬仿真在FANUC車削系統(tǒng)零件加工的具體應(yīng)用。
1 編程方法
數(shù)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(shù)值計算、編寫程序單、制作控制介質(zhì)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(yīng)于點位加工或幾何形狀不太復(fù)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(xiàn)的場合。對于幾何形狀復(fù)雜的零件(尤其是空間曲面組成的零件)，以及幾何元素不復(fù)雜但需編制程序量很大的零件，由于編程時計算數(shù)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(fù)雜，尤其是需要用三軸以上聯(lián)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(chǔ)，無論科技發(fā)展如何，自動編程中許多核心經(jīng)驗都來源于手工編程，兩者相輔相成。
2 編程步驟
數(shù)控編程是指從零件圖紙到獲得數(shù)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(shù)控加工、數(shù)控仿真加工技術(shù)、
表1
面對零件加工，首先應(yīng)對零件圖紙分析，確定加工工藝過程，在進行數(shù)控加工工藝設(shè)計時，一般應(yīng)進行以下幾方面的工作：數(shù)控加工工藝內(nèi)容的選擇； 數(shù)控加工工藝性分析； 數(shù)控加工工藝路線的設(shè)計。對于一個零件來說，并非全部加工工藝過程都適合在數(shù)控機床上完成,而往往只是其中的一部分工藝內(nèi)容適合數(shù)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(shù)控加工的內(nèi)容和工序。
其次，應(yīng)進行數(shù)值計算，絕大部分數(shù)控系統(tǒng)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(jù)計算出的刀具運動軌跡坐標值和已確定的加工參數(shù)及輔助動作，結(jié)合數(shù)控系統(tǒng)規(guī)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(nèi)孔棒料，小批量生產(chǎn)，使分析其數(shù)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(diào)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(gòu)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(tài)，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(yīng)該先加工右端，次裝夾，應(yīng)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(nèi)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(chǎn)，走刀路線設(shè)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(zhì)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(jù)毛坯的材料、轉(zhuǎn)速、進給速度、刀具的剛度等因素選擇。
第六，數(shù)控加工工藝卡的擬定。將前面分析的各項內(nèi)容綜合成數(shù)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(jù)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(yīng)的參數(shù)，主要參數(shù)的選擇是根據(jù)機床的工作行程，機床功率來進行參照。
圖2參數(shù)設(shè)置
4.2機床回零點
數(shù)控車床通電后，須進行回零（參考點）操作，其目的是建立數(shù)控車床進行位置測量、控制、顯示的統(tǒng)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(guān)，彈開急停按鈕，點擊jog，在jog狀態(tài)下面點擊置零按鈕，然后，就可以調(diào)節(jié)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(shè)置

按照對話框提示，填寫工件要求的數(shù)值，材料特性，并且設(shè)置相對應(yīng)的裝夾方式，同時用戶可以根據(jù)材料特性（屈服強度、塑性、硬度）調(diào)整毛坯的位置，避免加工中發(fā)生崩刃和工件折彎得現(xiàn)像。如圖3所示。
4.4 安裝刀具
根據(jù)工藝流程和車刀刀庫，選擇相對應(yīng)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(jù)切削三要素切削速度、背吃刀量和進給量再結(jié)合刀具手冊來選擇適合自己的刀具，同時根據(jù)工藝需要選擇相應(yīng)刀柄系統(tǒng)。
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(shù)據(jù)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(shè)置進數(shù)控系統(tǒng)，使系統(tǒng)據(jù)此調(diào)整刀尖的運動軌跡。
對刀，其實質(zhì)就是側(cè)量程序原點與機床原點之間的偏移距離并設(shè)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(shè)定在工件右端面的回轉(zhuǎn)心上，盡量使編程基準與設(shè)計、裝配基準重合。首先，打開主軸進入正轉(zhuǎn)，在控制面板里面選擇入jog狀態(tài)，調(diào)節(jié)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(shè)把工件坐標系定在工件右端面中心。
點擊OFSET SETTING選擇項，設(shè)置相對應(yīng)的偏置量。
圖7偏置設(shè)置
然后點擊“補正”下面的按鈕所出現(xiàn)的畫面如下圖所示：
將光標移動到“G 01”行段，在輸入?yún)^(qū)域內(nèi)輸入“X72.133”點擊軟件“測量”即可，切削端面后，在輸入?yún)^(qū)域內(nèi)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(shè)置的工件原點進行加工。輸入后如圖8所示
圖8參數(shù)設(shè)置
4.6上傳NC語言
首先，將控制面板調(diào)整到自動狀態(tài)，然后，選擇“文件/加載NC代碼文件”，會出現(xiàn)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(guī)定的），找到文件后，雙擊，代碼自動出現(xiàn)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(diào)用完成程序，完成置零和對刀，設(shè)置好相對應(yīng)的偏置量，此時檢查倍率和主軸轉(zhuǎn)速按鈕，后開啟循環(huán)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(fā)現(xiàn)是否有超程，過切，欠切等現(xiàn)像，根據(jù)加工反饋的信息，及時做出相應(yīng)調(diào)整。
5 結(jié)束語
要實現(xiàn)數(shù)控加工，虛擬仿真加工是關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)。將工藝專家或技工的經(jīng)驗、零件加工的一般與特殊規(guī)律，來優(yōu)化的數(shù)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(chǎn)準備時間的目的。熟練掌握VNUC的功能后，你會發(fā)現(xiàn)它不僅能對NC程序進行仿真、驗證、分析及優(yōu)化，而且能真實的模擬出各種數(shù)控系統(tǒng)、機床、刀具、毛坯等數(shù)控加工工藝系統(tǒng)。
參考文獻
【1】杜君文，鄧廣敏．2002．數(shù)控技術(shù)．天津：天津大學出版社
【2】范炳炎．1995．數(shù)控加工程序編制(第2版)．北京：航空工業(yè)出版社
【3】龔仲華．2004．數(shù)控技術(shù)．北京：機械工業(yè)出版社
【4】顧京．2004．數(shù)控機床加工程序編制(第2版)．北京：機械工業(yè)出版社
【5】關(guān)美華．2003．數(shù)控技術(shù)．成都：西南交通大學出版社
【6】黃家善．2004．計算機數(shù)控技術(shù)．北京：機械工業(yè)出版社
【7】賴洪波．2004．FANUC系統(tǒng)PMC的介紹．北京發(fā)那科機電有限公司
【8】李峻勤，贊仁元．2000．數(shù)控機床及其使用與維修．北京：國防工業(yè)出版社

Ametek/US Gauge Solfrunt Pressure Gauge Fig #1981 0-160# 4-1/2" 1/2" ANPT (NIB)
Ametek/US Gauge Solfrunt Pressure Gauge Fig #1980 0-160# 4-1/2" 1/2" ANPT (NIB)
AMETEK DREXELBROOK SENSOR
AIRCRAFT DC9/MD80 HYD FLUID QUANTITY IND P/N SRL-12J
AIRCRAFT DC9/MD80 LOADMETER IND P/N 8AW61LAS1
AMETEK PANALARM SC10-120A USED 8 PIN ALARM RELAY SC10120A
AMETEK PANALARM SC-10 USED 8 PIN ALARM RELAY SC10
*AMETEK 3959724
*AMETEK 33505
Ametek Power Controller - Model SCPF1 Series
# AMETEK. PRESSURE / TEMP GUAGE. C - PT 1X810. 2 - 1/2 " PT
AMETEK-PANALAR?M 90-AX1 24VDC WB-3 SIGNAL APPLIANCE SYSTEM UNIT NEW
Ametek Hunter Spring 2200 Grams Force Gauge
Ametek USG Gauge 0-30 IN. HG. Vacuum
Ametek USG Pressure Gauge 0-100PSI 4-1/4" Face
AMETEK SPTV4.8X140 1/8" PRESSURE TRANSDUCER 1.2 TO 4.8 PSIG RANGE
Push Pull Gage Ametek L-10M
AMETEK PANALARM NT2-24D 24V NOVATONE ELECTRONIC AUDIBLE ALARM SIREN HORN
AMETEK CONN & CABLE ASSY 1746/2500
GOOD USED AMETEK DREXELBROOK ZTRON OUTPUT MODULE 402-3200 4023200
PANALARM AMETEK SERIES 70-TFS5 SEQUENCE LOCK CIRCUIT CARD BOARD 24V 70BD 13375
NIB AMETEK/USG THERMOMETER 9" BT-31 150-750o F 1/2" NPT
Ametek Gemco Switch 1950-1-B-B-AO SPDT 1 Pole
Ametek Liquid Filled Gauge 30 in Hg X 0 PSI 4-1/2" Face Stainless Steel
SCIENTIFIC COLUMBUS/AMETE?K XLGI10S1-A TRANSDUCER ***NNB***
Ametek / USG Pressure Gauge 0-20 kPa 4-1/2"
SAZ-4201ER *NEW* OE Solenoid for Prestolite, Ametek 12V
Ametek US Gauge 1913 1000 psi 1/2 ANPT LBM size 4 1/2
Ametek Hunter Spring LN-22, "Newtons" Mechanical Force Gauge
Ametek Hunter Spring L-02, Mechanical Force Gauge
AMETEK USG SOLFRUNT GAUGE, 3/4", 1/4"
Ametek Pressure Gauge 1933 60 PSI *NEW*
NIB Ametek US Gauge DTT-8304 Digital Thermometer DT8300
NIB USG AMETEK SOLID FRONT 160PSI 4.5" GAUGE #150026
Ametek L-30 Depth Meter
Ametek 119419-00 Blower / Vacuum Motor
Lamb Motor Single Stage 5.7 Thru Flow Ball Bearing 120V
Ametek 1707 Tak-Ette Portable Mechanical Tachometer USA
Ametek Vacuum Motor #118154-54
NOS! AMETEK / ROTRON MUFFLER / SILENCER 523625 14.5"
AMETEK TYPE TK DIAPHRAGM SEAL 1500 PSIG WITH WIKA GAUGE
AMETEK INC. PANALARM ACS-8 8 PIN RELAY
NEW AMETEK AIR VOLUME CONTROL 148540A FOR DEEP WELL/JET PUMPS

Bosch 0 608 701 003

USG Ametek Gauge 4-1/2" Liquid Filled
AMETEK FIG # P1408 SPEC # 044585 PRESSURE GAUGE GUAGE GAGE SIZE 3" FACE 0-1000PS
Ametek Lamb Vacuum Cleaner Motor 116309-00
Ametek Universal Thru-Flow Vacuum Motor 120V 1Ph New
ENFM 160 PSI Liquid Filled Pressure Gauge, Ametek/TCI Division
Ametek Pressure Gauge 1/2"NPT SS V1929 / 1929
Ametek / USG Pressure Gauge Arc-Loc 0-160 psi 4-1/2"
Ametek 1726 Dual Function Digital Tachometer
Ametek / USG Pressure Gauge Arc-Loc 0-300 psi, 4-1/2"
Lamb Ametek Vacuum Cleaner Motor 119400-00
Ametek / USG Pressure Gauge 0-60 psi 4-1/2"
AMETEK MODEL 1535 STAINLESS PRESSURE GAUGE NIB
NEW AMETEK 300 PSI SOLFRUNT PRESSURE GAUGE 1982 300
Ametek Pressure Gauge Gage 2-1/2" 2000-PSI 1/4NPT NEW
New Lamb Ametek 116378 Vacuum Motor ; 2-stage, 4.3 inch, 120 volt MADE IN USA
AMETEK USG 0-60 PSI P1929 4 1/2" GAUGE 1/2 NPT NIB
Ametek P1408 100PSI
Ametek Brushless Motor Controller With Heatsink 48070-01
*Ametek 1903 200psi
Ametek 116565-00 Blower / Vacuum Motor
118173-73 220volt Power Nozzle Motor, Ametek Lamb
4 NEW NIB AMETEK/USGAUGE PRESSURE GAUGE 088703 30-0-150 1/8" ANPT 2-1/2" FACE
AMETEK TRANSMITTER PRESSUR SYNCHRO 26VOLTS 0-100PSI MS28131 ST-106AG
AMETEK LAMB 117135-00 VACUUM MOTOR / BLOWER MOTOR NEW
Ametek DCTG0100DPT012 New Surplus in the box
AMETEK ROTRON FAN 28VDC 2.10AMPS 5000RPM 85MAX AMB
Ametek USG Pressure Gauge P1555LX
Ametek USG 160 PSI 4''
Ametek USG 2-1/2" Dia Pressure Gauge P1555LX (Lot of 2)
Ametek Pressure Gauge P500K (2)
Ametek ANSI-B40 Pressure Gauge ! NEW !
AMETEK TRANSDUCER SPT0200X140 ~ New
NEW Graco vacuum motor VM-6C single stage Ametek 8.625-855.0
6600-199 *NEW* OE Solenoid for Prestolite, Ametek 12V
AMETEK / M & G DIVISION 316L NEW TYPE AB STAINLESS STEEL DIAPHRAGM 316L
Stroboscope, strobette, Model 964A, Ametek 200-6000 flash/minute
5 Used Ametek 300 psi gauges 4-1/2" 1/4 ANPT
AMETEK 120 Volt Air blower motor for spa / hot tub **
AMETEK Air Volume Control !!!ALL OFFERS WILL BE CONSIDERED!!! FS
Analog Ametek 300 psi Pressure Gauge
AMETEK/HUNTER SPRING ML2918 CABLE NEW
Ametek/Rochest?er Loop Isolator Mod #SC2302-1 42 VDC Max 1072-307 (NIB)
AMETEK DIAPHRAM SG 316L

Bosch 0 608 701 003

APC SU1400RMNET USPP SU1400RMNET
SUA1000RM1U 1000VA 640W UPS RM 1U American Power Conversion-APC
APC SU700X167 700VA Smart-UPS Auto Select
APC Remote Power Management Adapter SYMIM5
APC SMART-UPS SMC1500 1500VA 120V LCD UPS SYSTEM
APC SMART-UPS SC 1000VA 600W input and output 120V 2U 19.7 mins half-load
APC 2.4K VA Switched Rack PDU AP7930
APC SYBT5 SYMMETRA 120V 864mAH LX LEAD ACID BATTERY MODULE
APC SmartUPS SC 1500VA (international?) SC1500I NEW
APC SMX1000 Smart-UPS X 1000VA Rack/Tower
APC AP7952 SWITCHED RACK PDU ZERO U POWER DISTRIBUTION STRIP NEW!!
APC AICHI PUMP MC-25S4-L NSFP MC25S4L
APC Switched Rack 3.6kVA PDU (AP7902)
RBC43 APC 48VDC Battery Module Rep Batt Cart 43
APC 2.4K VA Switched Rack PDU 120V 20A 0U RM 24X5-20 (AP7930)
APC Rack Automatic Transfer Switch
APC Smart-UPS SC 1500VA Rack Mountable Tower 865W 8 Hour Battery Recharge new
APC SYBTU1-PLP USPP SYBTU1PLP
APC 3 year Exchange Warranty WBEXTWAR3YR-SY?-13
APC Smart-UPS 1000VA SUA1000US
APC Smart UPS (SMX 1000 X1) !!!
APC SmartUPS 1500VA 230V SMT1500I Damaged Face Plate see picture
APC Smart-UPS SmartPro 1000 1000VA Rack Mount 1U 120V SMART1000RM1U
APC SUA750RMI1U Smart-UPS 480Watts 750 VA Input 230V
APC AP7930 Rack PDU Switched Zero U 120V
SMC1500-2U Smart UPS C 1500VA 2U LCD American Power Conversion-APC
APC Smart-UPS 750VA Rackmountable SUA750R2X338
APC AP7902 Rack PDU Switched 2U 30A/120V
SYBTU1-PLP APC New Battery Module Assy.
APC NBWL0320E NetBotz 320E Wall Appliance
SMT1500 1500VA Smart-UPS LCD 120V American Power Conversion-APC
AP7723 RACK ATS American Power Conversion-APC
APC SYBT5 4KVA 12V DC LEAD ACID BATTERY MODULE
APC SUA1000RM1U 1000VA 640W UPS RM 1U
AP7721 RACK ATS 230V American Power Conversion-APC
SMT1000RM2U 1000VA Smart-UPS LCD RM 2U American Power Conversion-APC
APC High Voltage RM Switched PDU 16A 230v AP7951 New
APC Smart-UPS X 1000 VA Tower/Rack Mountable UPS
APC AP7723 RACK ATS
APC AP7721 RACK ATS 230V
SUA1000US 1000VA 670W UPS NAFTA American Power Conversion-APC
Used APC Smart-Ups 750 Model: SAU750RM2U Power Supply 750VA/480W

Bosch 0 608 701 003