五轴数控机床仿真关键技术研究
时间：2020-11-07 15:52:50 来源：达达文档网 本文已影响 人 
刘天禄 石磊
摘要：随着CAD/CAM技术的发展，需要使用五轴联动等多轴数控机床进行加工。五轴联动数控加工技术的发展水平不仅是机械制造企业发展水平的重要标志，也是衡量一国家机械制造业、国防制造业能力的指标之一。本文从职业学院使用五轴机床的角度出发，用于保证数控专业教学的设备安全，研究了Vericut软件在五轴仿真机床的构建和仿真的关键问题。
Abstract：
With the development of CAD/CAM technology， it is necessary to use multi-axis CNC machine tools such as five-axis linkage for processing. The development level of five-axis linkage CNC machining technology is not only an important indicator of the development level of machinery manufacturing enterprises， but also one of the indicators to measure a country"s machinery manufacturing and national defense manufacturing capabilities. From the perspective of the use of five-axis machine tools in vocational colleges， this article studied the key issues in the construction and simulation of five-axis simulation machine tools with Vericut software to ensure the safety of equipment for CNC professional teaching.
关键词：五轴数控加工;VERICUT;数控仿真
Key words：
five-axis CNC machining;VERICUT;CNC simulation
中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2020）29-0175-02
0 引言
随着CAD/CAM技术的发展，数控机床加工零件的几何形状的设计也越来越复杂，零件加工制造的精度要求也不断提高，尤其是在舰艇、汽车、航天等各个领域，数控加工零件中大量使用曲面设计，有些叶片类零件甚至已经无法使用普通的三轴机床加工，这就需要使用五轴联动等多轴数控机床进行加工。五轴联动数控加工技术的发展水平不仅是机械制造企业发展水平的重要标志，也是衡量一国家机械制造业、国防制造业能力的指标之一。为了适应企业对于多轴机床加工技术的需求，我院引进了德玛吉DMG 65五轴数控机床用于数控专业学生的教学，以及区域内的数控培训和技术服务。
由于五軸数控机床加工涉及到数控编程、后置处理、CAD/CAM等多种技术，机床的自动化程度较高机床的运动动作复杂，加工程序复杂，极容易造成各种碰撞事故，导致机床精度严重下降，而该类型机床的维修费用昂贵，很难将其修复到最佳状态，因此需要将执行加工程序前的仿真、校验上下足功夫，防止该机床在使用过程发生碰撞等事故。
在数控仿真领域，美国CGTECH公司开发的vericut数控加工仿真软件独占鳌头，不仅可以仿真数控车床、加工中心等主流机床，还可以对线切割机床、电火花和多轴机床等进行仿真呢，还可以对数控加工程序进行一定程度的优化，在实际加工之前就检查出机床碰撞、过切欠切、超行程等错误，非常可靠的对机床进行保护。
为了能够对该机床进行有效保护并提高其使用效率，在vericut数控仿真软件上进行了虚拟机床的构建，文章对其中较为关键的技术要点进行了分析。
1 机床建模
数控仿真需要调用机床的关键零部件以及夹具和刀具模型，这些零件的建模不需要追求细节，否则不仅不利于加工仿真，反而会占用较大的计算资源。
对照该机床的主要参数，并测绘机床的实际尺寸进行机床建模，机床的主要参数如表1。
在CAD软件设计机床模型，如图1所示，机床模型除了基本的工作台和主轴零件，仅建立机床简化外壳;Vericut软件中使用设计好的模型搭建运动关系与机床一直的仿真机床。
2 机床运动关系
仿真机床中的运动关系为A轴和C轴连接，Y/X/Z轴逐级连接，主轴需要定义在Z轴之上，用来驱动机床运动的为A轴和Y轴，机床运动关系如图2所示。
构建仿真机床的重点是仿真机床与实际机床运动的一致性，先确保两者手动状态下运动一致，再比较运行NC程序的运动正确性，流程图如图3所示。
3 程序结构和指令匹配
该DMU65五轴数控机床采用比较国内用户比较陌生海德汉数控系统，该系统虽然能够兼容其他数控系统的指令，但使用自身系统的指令系统效率更高、匹配性更好。
要做到仿真机床与数控程序能够良好匹配，需要解决数控程序中程序开始段、程序结束段、换刀功能段等程序与仿真机床匹配的问题程序开始段的定义尤为重要，机床从启动到正常切削到工件所发生的事故多于正常切削过程中发生的事故，程序开始段中包括对机床进行初始化定义、换刀程序段、接近工件的运动等内容，为保障机床安全，确定的程序开始段如图4所示。
程序结束段为数控程序的结尾部分，负责对数控机床归位及程序的复位，标准的程序尾内容及格式如图5所示。
4 刀具中心点管理
五轴数控机床与普通三轴数控机床相比，在刀具中心点管理TCPM（Tool Center Point Management）功能上有所差异，该功能刀具支持倾斜点定位，在各种可选操作模式下均可保持刀尖位置。CAM后处理中需要正确设置TCPM功能并在Vericut软件中对其进行验证。手动验证可以通过输入刀轴的旋转中心（刀轴摆动型）和转盘的两个轴（摆动型）之间的位置观察执行结果。NC验证可以选择典型的工件进行加工，观察刀轴旋转轴的角度，观察加工结果确定程序中的线性轴的坐标值旋转坐标系的实际值，后处理程序设置正确是NC程序正确的前提。
通过仿真机床的构建，可以进行五轴零件的仿真加工，及时发现过切和碰撞现象，保证实际机床上加工正常、顺畅，加工过程和结果相同。
参考文献：
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