李慶婷++王寬

摘 要：為改變加工模式，提高零件加工精度，完成復(fù)雜型面加工，加工中心由傳統(tǒng)的三軸加工向五軸加工轉(zhuǎn)變。使用五軸機(jī)床加工，要了解五軸機(jī)床各部件的三維建模過程和特點(diǎn)。為完成零件的形狀加工，運(yùn)動(dòng)的仿真尤為重要。

關(guān)鍵詞：五軸機(jī)床；三維建模；運(yùn)動(dòng)仿真

0 引言

五軸加工的建模和運(yùn)動(dòng)仿真一般應(yīng)用在較復(fù)雜的曲面加工技術(shù)上，如大型船用螺旋槳。五軸機(jī)床加工中心采用了直流電動(dòng)機(jī)、高速旋轉(zhuǎn)電主軸，結(jié)合了機(jī)電、通信的優(yōu)勢。一臺(tái)機(jī)器就可以對付各類加工模式，這是未來“加工中心”全能設(shè)備的體現(xiàn)，將能成為真正實(shí)用意義上的加工中心。

1 五軸機(jī)床的概述和優(yōu)勢

1.1 五軸機(jī)床

五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床是在傳統(tǒng)三個(gè)線性坐標(biāo)（X，Y，Z）軸的基礎(chǔ)上增加兩個(gè)可旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸，工件一次夾裝即可以對五個(gè)面的同時(shí)加工，也可以完成復(fù)雜空間曲面的高精度加工[1]。五軸機(jī)床通常有三種結(jié)構(gòu)：（1）單轉(zhuǎn)臺(tái)單擺頭五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床；（2）雙轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床；（3）雙擺頭五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床。

1.2 五軸機(jī)床的優(yōu)勢

（1）適應(yīng)范圍廣 程序是可編寫式的，因此當(dāng)加工不同零件時(shí)，只需改變程序，不改動(dòng)其他設(shè)備。（2）加工效率高 數(shù)控設(shè)備加工時(shí)可采用較大的切削量，能縮短零件加工所需要的時(shí)間。（3）產(chǎn)品有穩(wěn)定的加工精度，提高了加工質(zhì)量。（4）勞動(dòng)強(qiáng)度較低 數(shù)控設(shè)備的自動(dòng)化程度高，無需工人進(jìn)行繁重的作業(yè)操作。

2 五軸機(jī)床的三維建模

對于vericut軟件，由于軟件本身帶有三維建模的功能，能創(chuàng)建方塊、圓柱、旋轉(zhuǎn)面輪廓等模型，但是這些只能創(chuàng)建一些簡單的機(jī)床，對于五軸機(jī)床，由于結(jié)構(gòu)形式的復(fù)雜性，采用vericut創(chuàng)建不能實(shí)現(xiàn)，需要在Proe中創(chuàng)建機(jī)床模型，然后在導(dǎo)入到vericut中。在vericut中機(jī)床部件一般都是相對于機(jī)床坐標(biāo)系創(chuàng)建的。在Proe的機(jī)床模型上創(chuàng)建合適的坐標(biāo)系，將會(huì)降低導(dǎo)入過程可能出現(xiàn)的仿真模型的錯(cuò)誤。還應(yīng)該注意在Proe中創(chuàng)建完模型之后，保存文件的格式，應(yīng)該是vericut能夠識(shí)別的格式。

2.1 新建一個(gè)項(xiàng)目文件

選擇“文件”-“新項(xiàng)目”-“毫米”，寫入你要建立的文件的名字。根據(jù)加工的仿真要求，在項(xiàng)目樹文件中對項(xiàng)目樹寫的各項(xiàng)，如數(shù)控系統(tǒng)、坐標(biāo)系統(tǒng)、加工刀具等進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。

2.2 定義機(jī)床運(yùn)動(dòng)構(gòu)件

（1）定義Base部件。由于底座已經(jīng)在Proe中畫好了，只需要導(dǎo)入到VERICUT軟件就可以了。首先在菜單欄中點(diǎn)擊顯示機(jī)床組件按鈕，則所有的節(jié)點(diǎn)就顯示在項(xiàng)目樹中了。然后在Base（0，0，0）節(jié)點(diǎn)，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“添加模型”，選擇“模型文件”，然后導(dǎo)出已畫底座模型。（2）右擊Base，點(diǎn)擊添加X線性軸-在“位置”文本中定義X軸零點(diǎn)。在X軸上，右擊添加Y線性軸-在“位置”文本中定義Y軸零點(diǎn)。（3）跟 X線性軸并行的位置，定義線性Z軸-在“位置”文本中定義Z軸零點(diǎn)。（4）定義B旋轉(zhuǎn)軸。在Y軸下，右擊添加B旋轉(zhuǎn)軸（Spindle），在“快速速度”中定義B速度。然后添加模型。右擊B旋轉(zhuǎn)軸，點(diǎn)擊主軸，定義模型，完成操作。定義C旋轉(zhuǎn)軸。在Z軸節(jié)點(diǎn)下添加C軸，（5）定義Tool軸。在Spindle軸節(jié)點(diǎn)下添加Tool軸。（6）移動(dòng)“附屬”組件。在“附屬”右擊選擇剪切，粘貼在C軸下。按照上述步驟定義完成主要機(jī)床部件。調(diào)入各軸組件之前，為使裝配位置不變，在添加軸組件模型時(shí)讓其向方向移動(dòng)相同的距離。

2.3 機(jī)床配置

在機(jī)床運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)定義完成后，需要進(jìn)行機(jī)床初始化設(shè)置。打開“配置”-“機(jī)床設(shè)定”命令，彈出機(jī)床設(shè)定對話框。

（1）加載機(jī)床文件：選擇配置--機(jī)床--打開機(jī)床文件命令，選擇在Proe中畫好的模型的存儲(chǔ)位置，就可以把畫好的機(jī)床模型導(dǎo)入vericut里面了。（2）控制系統(tǒng)的導(dǎo)入：配置-控制--打開控制文件，也可以在項(xiàng)目樹中“控制”節(jié)點(diǎn)下打開“機(jī)床庫”，在文件列表框中選擇“hei530.ctl”便將此系統(tǒng)加載到機(jī)床文件中（3）安裝圓形毛坯：在組件樹中選stock（0，0，0），在添加模型中，選擇圓柱。然后在“配置模型”對話框中，選擇“模型”，進(jìn)而輸入圓柱的高、半徑。（4）新建刀具：在項(xiàng)目樹中雙擊“加工刀具”選項(xiàng)，彈出“刀具管理器”對話框，然后選取“添加”--“銑刀向?qū)А睂υ捒?。由于一把完整的銑刀是由刀夾、引伸、切刀三部分組成，設(shè)置完刀具之后，要進(jìn)行刀夾的設(shè)置，根據(jù)提示，完成一系列的刀具設(shè)置。（5）加工程序?qū)耄涸陧?xiàng)目樹中，雙擊”數(shù)控程序”，在“配置NC程序”添加“NC程序文件”按鈕，然后根據(jù)提示選擇，根據(jù)編寫的加工工藝過程添加的相應(yīng)加工程序。（6）G代碼偏置：在項(xiàng)目樹中雙擊“G代碼偏置”，將偏置名由“機(jī)床零點(diǎn)”改為“工作偏置”，將寄存器中的值由“1”改為“54”，單擊“添加”按鈕，完成 G代碼的添加。

2.4 碰撞干涉檢查的設(shè)定

（1）確定已選中的“開機(jī)床仿真”復(fù)選框。在碰撞檢測標(biāo)簽中，選中“碰撞檢測”復(fù)選框。在“忽略在切刀和毛料間的碰撞”下拉列表框中選擇否。在“碰撞間隙文本框”中輸入2.0。（2）在機(jī)床設(shè)定對話框中，單擊“表”標(biāo)簽，單擊“添加”按鈕。在“位置名”下拉列表框中選擇初始機(jī)床位置。在“子系統(tǒng)”名下拉列表框中選擇1。在“值”文本框（3）在機(jī)床設(shè)定對話框中，單擊行程極限標(biāo)簽，選中超程錯(cuò)誤復(fù)選框。

2.5 加工仿真

利用Vericut對葉輪零件進(jìn)行加工仿真。在仿真之前，通過面板設(shè)定碰撞檢查和行程檢查值，結(jié)合信息欄對仿真進(jìn)行分析和檢測[2]。

3 結(jié)束語

本文對五軸機(jī)床的發(fā)展做了簡單闡述，提出了五軸機(jī)床的概念，對比出了五軸機(jī)床的獨(dú)特地位和優(yōu)勢。另外，還整理出五軸機(jī)床建模和仿真的開發(fā)思路和研發(fā)成果。該五軸機(jī)床以其方便快捷和強(qiáng)大的功能獲得了一致好評(píng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]何志偉.數(shù)控加工過程建模和仿真的研究與應(yīng)用[J].組合機(jī)床與自動(dòng)加工技術(shù)，2004（03）：5-7.

[2]張健，唐清春，馬仲亮等.某離心式壓氣機(jī)葉輪加工工藝的分析[J].汽輪機(jī)技術(shù).2013，55（03）：238-240.

作者簡介：李慶婷（1989-），女，山東滕州人，研究生在讀，研究方向：五軸后置處理。endprint