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基於VERICUT 的(de)雙(shuāng)主軸(zhóu)車削(xuē)加工中心虛(xū)擬仿真應用研究(jiū)
2017-1-23  來源:陝西國防工業職業技術學院  作者:曹旭(xù)妍

      摘要:雙(shuāng)主軸車削加(jiā)工中心加工功能(néng)強大,能夠一次裝夾下完成零件的所(suǒ)有加工(gōng)特征,但由於其結(jié)構的複雜性,機床在進行新零(líng)件試切時容(róng)易發生幹涉、碰撞等危險(xiǎn)情況。采用虛擬(nǐ)仿真加工技術,基於VERICUT 軟件構建機(jī)床的(de)虛擬(nǐ)仿真加(jiā)工係統,對工件進行仿真加工,能夠方便、準確的檢測NC 程序的正(zhèng)確性,觀察加工過程,預知加工結果,進而完(wán)成NC 程(chéng)序糾錯(cuò),保證實際加工的可靠進行。

      關鍵詞:雙主軸車削加工中心虛擬仿真VERICUT

      0.引言

      雙主軸(zhóu)車削加工中心是在車削機床基礎上添加了動力(lì)銑、鑽、鏜以及副主軸等功能而形成的先進加工機床,該機(jī)床使得需要多個加工工序的工件在車削加工中心上一次完成,不僅減少了因多次裝夾而導致的加工誤差,還提高了加工效(xiào)率(lǜ),對機械產品的高質量、高(gāo)效率加工產生(shēng)巨大影響,促進了製造業的快(kuài)速發展。然而由於雙主軸車削加工中心不僅(jǐn)結構複(fù)雜,且存在(zài)銑、車等(děng)不同模式,在實際應用中存在數控程(chéng)序編寫困難、正確性檢測困難的問題,這些(xiē)問題製約著車削(xuē)中心的高效應用,給企業快(kuài)速生(shēng)產帶來障礙。通過應用虛擬仿真(zhēn)技術,能夠快速、準確的實現NC 程序的正確性檢測,同時完成工件的仿真加工,直觀的觀察工件加工過程,預知加工(gōng)中可能出現(xiàn)的幹涉、碰(pèng)撞的危險情況,降低機床使用中的(de)風險[1]。本(běn)文以TNR-200YS 雙主軸車削中心為(wéi)研究(jiū)對象,基於VERICUT仿真平台,構建該機床的虛擬(nǐ)仿真係統(tǒng),介紹了在VERICUT 中建立雙主軸車削(xuē)加工中心(xīn)虛擬仿(fǎng)真係統的一般方法及技(jì)術難點,並對一(yī)回轉體零件進行仿真(zhēn)加(jiā)工(gōng),證實該(gāi)虛擬仿真係統的正確性及可靠性。

      1.雙主軸車削中(zhōng)心(xīn)虛擬仿真加工原理

      虛擬仿真加工係統是實際機床在不消耗能源和資源情(qíng)況下在計算機(jī)中的完全映射。它由機床硬(yìng)件結構(gòu)和控製係(xì)統兩(liǎng)部(bù)分組成。根據機(jī)床(chuáng)的結構及尺寸,在(zài)VERICUT中建立虛擬(nǐ)機床模(mó)型(xíng),使其具(jù)有與實際機床相同的加(jiā)工功能,滿足虛擬情況下加工的需要。其仿真原(yuán)理及構建過程如(rú)圖1 所示。

      2.構建虛擬仿真係(xì)統

      2.1 機床參數(shù)測量

      虛擬機床模型(xíng)和(hé)實際機(jī)床模型的一致性(xìng)是虛擬加工仿真結果可靠性的重要保證[2]。雙主軸(zhóu)車削中心要在不停機狀態(tài)下完成換裝,對機床各部(bù)件的空間位置精確度提出了更(gèng)高的要求,獲取準確的機(jī)床參數便成為研究的關鍵(jiàn)之一。機床的(de)尺寸主要(yào)通過實際(jì)測量(liàng)以(yǐ)及查詢技(jì)術手(shǒu)冊來獲(huò)取(qǔ),在實際測量時,主要通過激光測量儀(yí)、卷尺、板


圖1 雙(shuāng)主軸車削中心虛擬仿真加工(gōng)原理

尺等工(gōng)具來對機床各(gè)運動部件(jiàn)進行測量(liàng)。建立(lì)虛(xū)擬模型所需主要(yào)尺寸有:①、機床主(zhǔ)軸、副主軸、工作台、刀塔等組件的外形(xíng)尺寸;②、機床在初始狀態下(即X0Y0Z0C0時),各移動、旋(xuán)轉組件的定位尺寸及相互間的內部空間尺寸;③、機床其它部件的裝配尺寸;④、機床外形輪(lún)廓尺寸。

      2.2 構建虛擬機床硬件結構

      要正確建立機(jī)床(chuáng)的虛擬模型首先需要明確機床的運(yùn)動關係即機(jī)床的運動鏈。TNR-200YS 具有兩條運動鏈:基座———工件;基座———刀具,如圖 2。對運動鏈(liàn)上(shàng)的各部件進行(háng)三維建模,並按照運動關係(xì)將其組合起來,即完成(chéng)機床的硬件結(jié)構。由於該機床結構較(jiào)複雜,在VERICUT 中對其建模存在一定的(de)困難(nán),因(yīn)此選擇在UG 中完(wán)成各部件模型的建立,然(rán)後將部件模型(xíng)保存為STL 文件導入VERICUT 中(zhōng)。


圖2 機床運動鏈

      完成(chéng)機床各個結構部件的幾何模型後還需對其賦予運動(dòng)關係,這樣機床(chuáng)才(cái)具有與實際機床一致的運動特性。在(zài)VERICUT 中構建機床的運動樹,選(xuǎn)擇相應的(de)運(yùn)動組件來實現運動關係的添加(jiā)。將UG 中建好的.STL 文件加載到相應的組件下,並對照實際機(jī)床將(jiāng)各(gè)部件放在準確位置[3]。如(rú)圖3 為基座—刀具模型機構圖。


      用類似(sì)的方法完成主軸、副主軸、卡爪等部件的加載,如有模型的位置與實際模型位置不符(fú)的,利用VERICUT中的“配置模型”功能調整模型位置。

      2.3 建立刀具庫

      VERICUT 中提供了豐富的刀具設計樣本,根據刀具(jù)的具體特征及參數,選擇所需結(jié)構及尺寸即可生成刀(dāo)柄、刀片。刀具生成後,為保證加工的順利進行,還需(xū)設置刀具的驅動點(對刀點)、安裝點等參數如(rú)圖4 所示為雙刃車刀的(de)設計。

      2.4 控製係統配置

      根據實際機床的控製係統,在VERICUT 所提供的控製係統庫中選擇FANUC21i 係統。由於雙主軸(zhóu)車削加工(gōng)中心與通用機床有所(suǒ)不同,因此,需要針對實際機床中用到的代碼進行數控係統的再開發,使得開發後的(de)控(kòng)製係統能夠滿足機床的加工功能。

      TNR-200YS 雙主軸車削(xuē)中心(xīn)在使用中能夠進行(háng)主軸車削、主軸銑削、副主軸車削、副主軸銑削等多個加(jiā)工模式,這些加工模式(shì)的(de)區分是通過代(dài)碼(mǎ)M75、M76、M175、M176 來實現的,因此要專門對這(zhè)些代碼進(jìn)行定製。在VERICUT“文字/ 地址”窗口中,添加需要的代碼名稱,並進行(háng)相應功能的描述(shù),在宏命令格式中定(dìng)義代碼的功能(néng),完成特殊功能(néng)代碼(mǎ)的定製。用類似的(de)方法實現其它(tā)特殊功(gōng)能的G、M 代碼的設定。

      2.5 機(jī)床參數設置

      為確保仿真加工的順利進行(háng),還需進(jìn)行機床(chuáng)參數的正確設置。VERICUT 中要進行的(de)機床參數設置主要包括(kuò):機床行程、碰撞檢測(cè)、換刀點等。隻有(yǒu)正確設置機床參數,才會在虛擬加工中當(dāng)出現超程、碰撞的問題時及時報警。因此機床參(cān)數設置(zhì)對虛擬係統的可靠運行尤為關鍵。根據(jù)實際參數完(wán)成設置後,仿(fǎng)真係(xì)統(tǒng)構建完成。

      3.仿真加工

      3.1 NC 程序生成

      在三維軟件UG 中建(jiàn)立工件的三維模(mó)型,並利用UG先進的數(shù)控加工功能(néng),進(jìn)行工(gōng)件的工藝處理,生成正確的前置刀具軌跡。UG 中自帶了強大的後置處理功能,能夠快速的對三軸及(jí)以下的刀具軌跡文件進行處理,生(shēng)成機床能直接識別的NC 程序[4]。本文主要研究機床的(de)多軸複雜加工功能,而UG 自帶的後置處理器不(bú)能滿足工件的使用(yòng)要求,因此需要(yào)基於UG 後處理模塊進行專用後置處理器的開發,以滿足NC 的正(zhèng)確生成。

      3.2 虛擬仿真加工

      將UG 中輸出的NC 程序添加到虛擬仿真係統中,添加毛坯、工件的模型到係統中,並對G 代碼偏置進行設置,設置完成後進行工件的仿真加(jiā)工,如圖5 所示(shì)。


圖(tú)5 虛擬(nǐ)仿(fǎng)真加工

      4.總結

      文中對VERICUT 中建立雙主軸(zhóu)車削加工中心虛擬仿真係統的一般方(fāng)法進行了總結,並以TNR-200YS 雙主軸車削中心為原型,對其建模中(zhōng)的一些關鍵點及難點進行概述,完成了該機床的虛擬仿(fǎng)真係統的建立,並對一回轉體工件進行了仿真(zhēn)加工。結果表明:該仿真係統能夠正確的實(shí)現雙主(zhǔ)軸車削加工(gōng)中心的所有加工(gōng)功能,正、副主軸上的加工與(yǔ)實際要求相符。通過仿真(zhēn)加工檢測(cè)了加工中可能出現的(de)幹涉(shè)、碰撞等危險情況,預知加工過程,提高了實際機床應用中的安全性及效率。為雙主軸車削加工中心的虛擬建模及仿真(zhēn)提供(gòng)了參考。

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