摘要：本文针对发那科系统四轴车铣复合加工中心的仿真加工进行了深入的研究，构建了车铣复合仿真机床模型，配置了控制系统，该模型通过仿真加工、零件实体切削验证了其可靠性，本项目研究成果可应用于实际生产，对于四轴车铣加工中心的仿真技术应用具有重要的参考价值。

关键词：VERICUT；四轴车铣复合 ； 仿真

车铣复合加工技术是近几年发展很快的数控多轴加工技术，由于机床结构复杂、编程难度大，容易产生碰撞，成为企业的技术难题。车铣复合的关键技术环节在于CAM多轴刀路编程、后置处理、仿真加工技术，本项目研究针对车铣复合仿真技术进行了深入的探讨。

一、车铣复合加工中心的基本参数

本项目研究所用设备浙江凯达机床有限公司生产的车铣复合加工中心，其结构为具有X、Y、Z、C轴的四轴车铣复合，其中Y轴是由X轴与Y1轴插补构成的虚拟轴，由于该机床具有Y轴功能，其刀架采用圆盘刀架，具有轴向和径向动力头，除了进行车削加工，还可以完成零件圆周面、端面的定轴加工与四轴联动加工，具体情况如下：

1、铣削动力头数量

该机床共有4个铣削动力头，其中2个径向动力头可以完成圆周面上的铣削、钻削加工，另外2个轴向动力头可以完成端面的铣削、钻削加工。

2、数控系统与辅助功能指令代码

数控系统采用FANUC 0I-TF，G代码基本和其它发那科系统相似，比较特殊的M代码如下：

M03 S***P1；第1主轴正转（车削主轴）

M03 S***P2；第2主轴正转（铣削动力头主轴）

M10/M11 卡盘夹紧/卡盘放松

M26/M27 主轴锁注/松开

M40/M47 轴功能开/C轴功能关

二、机床三维模型的构建

1、机床主要结构尺寸测量

为了达到与真实机床相同的仿真效果，为此测量了机床以下部件外形尺寸：

（1）机床的主轴头、卡盘结构尺寸

（2）机床刀架、动力头的结构尺寸

（3）X、Y、Z、C轴的行程

（4）刀架运动机构的结构尺寸

（5）机床尾座的结构尺寸

2、机床三维实体模型的构建导入

根据所测量的数据，运用UG软件对主轴、卡盘、刀架、导轨等部件进行1：1建模 ，将UG三维实体模型，通过STL格式转换，然后导入到VERICUT软件中，构建仿真机床模型。

三、车铣复合仿真机床的搭建与系统配置

VERICUT多轴数控仿真软件是一款工业级的数控仿真平台，用户可根据实际机床的结构、数控系统、运动轴的逻辑关系，构建复杂的机床仿真模型，以达到与真实机床相一致的效果。

1、车铣复合仿真机床的构建

首先确定各运动轴的逻辑关系，在VERICUT软件中建立机床结构树，创建的组件有X轴、Y轴、Z轴C轴等，再将导入的实体模型分配给相应的组件，为仿真机床选择了软件自带的fanuc15t数控系统，完成了仿真机床的初始构建。

2、运动轴之间逻辑关系测试

各组件分配完成后，通过VERICUT软件的“手动数据输入”方式，逐一检验各运动轴的逻辑关系、坐标移动方向和移动距离是否正确。

3、关于虚拟Y轴的设置

由于本项目研究的车铣复合加工中心不是独立Y轴的机床，而是由Y1轴和X轴插补运动合成的Y轴，也称为虚拟Y轴，因软件系统自带的仿真机床都是独立Y轴的，必须进行配置才能达到仿真虚拟Y轴的效果。

为此调用了仿真系统虚拟Y轴宏变量VirtualYAxis，在“覆盖值”中输入编程Y轴与虚拟Y轴的夹角值，特别要注意夹角的方向逆时针为正、顺时针为负，在“覆盖文本”中输入“X”，设置完成后，要通过测量检查Y轴的运动的数据是否正确，创建完成的机床如图1所示。

4、控制系统的配置

VERIUT软件自带发那科系统，在仿真一些特定的程序时，常常会出现报警现象，这是因为每种机床都会有一些特定M代码，如果系统不识别就会产生报警并停止加工，因此必须根据真实情况对M代码进行配置。

（1）辅助功能指令M代码的配置

该机床需要特殊配置的M代码有：M03 S***P1、M03S***P2、M10、M11、M26、M27、M40、M47。配置的主要方法是在VERICUT软件中选择“控制系统”选项，在“字格式”工具菜单下，设置M代码名称和数据格式，然后在“字地址”工具菜单下，选择相应系统宏命令功能变量，配置好这些指令后，通过“手动数据输入”方式，对上述命令逐一测试，直到系统可以识别指令，并可以产生预期的动作为止。

（2）旋转台和运动轴方向的控制

转台的旋转方向和旋转控制方式很重要，运用“手动数据输入”状态检查转台的正方向是否符合实际机床转台的正方向，如不相符可以通选过择“顺时针”或“逆时针”选项进行修正。

检查各运动轴的正负方向是否与实际机床相符，如不相符可以勾选运动轴控制框中的“反向”选项，修改正负方向。

（3）机床行程的限定

根据实际机床测得的X、Y、Z轴的行程，在VERICUT软件中进行设置，仿真加工时系统可以检测到程序数据是否超程现象，可以避免实际加工过程中一些安全事故的发生。

四、仿真加工测试

1、运用UG软件编程模块建立刀具轨迹

2、车铣复合仿真机床模拟加工测试

（1）刀具的配置

根据加工编程所确定的刀具类型、刀具直径建立刀具库；将所编制的数控程序导入到数控仿真系统；设置好加工原点CSYS与编程原点重合；

（2）仿真加工

先重置仿真机床、再循环启动，在仿真加工过程中检验是否有刀具干涉与碰撞，测量加工模型的精度，检验是否有缺陷并分析原因，仿真加工后的结果如图3所示，实际机床加工如图4所示。

五、实际机床的切削验证与结论

在零件加工时，由于CAM编制的程序都是很长，人工很难进行检验，通过车铣复合仿真模拟仿真，可以很快找到程序存在的问题，可提前避免一些撞机事件的发生。本项目通过数控仿真与真实机床的加工验证，该车铣仿真系统可以应用与实际生产和教学。

结论：通过对车铣复合仿真系统的开发，解决了车铣复合仿真技术应用中的一些关键技术问题，本项目的研究内容对于企业相关技术的研究和开发有一定的参考价值。

参考文献：

1.浙江凯达机床有限公司发那科车铣复合机床操作说明书

2.基于VERICUT软件的滚刀车铣复合仿真加工技术研究 黄帅；王晓丽 工具技术2022（10）

3.基于VERICUT华中数控四轴机床的仿真与切削验证 曾赚宝 金属加工 2024（10）

4.基于VERICUT的5轴数控铣床虚拟仿真系统设计 王栿栋；李树立 模具制造2024（8）

作者简介：张俊良 男 汉族 1965-03 黑龙江鸡西人 研究方向：CAM数控加工与仿真技术

高级工程师 硕士 江门职业技术学院 教师

基金项目：2023江门市科技局科技计划项目 项目编号：2023030300170008332