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雙主軸車削（xuē）加工中心高效應用及研究

2018-3-5 來源（yuán）：陝西國防工業職業數控工程學（xué）院陝西建設作者：曹（cáo）旭妍李（lǐ）斌

摘要:雙主軸車削加工中心結構複雜、運動形式多（duō）樣,能夠一次裝夾下完成零件的所有加工工序,但由於機（jī）床結構較複（fù）雜,在試件加工時往往會發生碰（pèng）撞、幹涉等危險情況,給機床使用帶來風險（xiǎn）,同時影響（xiǎng）機床的高效（xiào）應用。基於虛（xū）擬仿真技術,以EMCO maxxturn65 雙主軸車削中心為研究對象,在VERICUT 中構建機床虛擬仿真加（jiā）工係統,並進行仿真加工。通過仿真加工,檢驗NC 程序的正確性,檢（jiǎn）測加工中可能（néng）出現的幹涉、碰撞等情況,預知加工結果;根據仿真加工,對錯誤的NC 進行糾正,保證機（jī）床使用中的安全性,進而提高該類機床的應用效率（lǜ）。

關鍵詞:雙主軸車削加工中心;虛（xū）擬仿（fǎng）真;VERICUT 　　

0、引言

隨著機械製造技術的不斷發（fā）展,零（líng）件結構形式（shì）越來越複雜（zá）,對加工精度的要求也越來越高。加工過程中的多次換裝不（bú）僅使得零件（jiàn）的加工質量（liàng）無法得到保障,同時（shí）還因多次的工件安裝、對刀等過程（chéng）大大降低（dī）了加工效率。

雙主（zhǔ）軸車削加工中心能夠使得需要多個加工（gōng）工序的工件一次裝夾下完成所有加工,不僅減少了（le）因（yīn）多次裝夾而導致的加工誤差,還提高了加工效（xiào）率（lǜ）,能很好地滿足現代企業生產要（yào）求,尤其在航空（kōng）、航天等領域,雙主軸車削加工中心的高（gāo）效應用具有舉足輕重的作用。然而,由於該類機床的（de）結構及運動形式（shì）複雜（zá）多樣,在實（shí）際應用中存在數控程序編寫及正確性檢（jiǎn）測（cè）困難的問題,這些問題製約著車削中心（xīn）的高效應用,給企業快（kuài）速生產帶來困難[1]。

利用虛擬仿真技術,以實際機床為原型,在虛擬仿真平台中構（gòu）建機床的仿真加工係統,使其具有與（yǔ）實際機床完全一致的加工功能,對（duì）工件進行虛擬仿真加工。該（gāi）方式能夠在不消（xiāo）耗生產資源的條件下,快速完成工件的虛擬加工,檢驗數控程（chéng）序的正確性,同時能夠對加工過程中（zhōng）存在的質量問題（tí）進行預（yù）判,為實際（jì）加工（gōng）過程中機床的（de）安全性及高效性提供可靠保障。

1　、虛擬仿真係統構建過程

虛擬仿真係統是將實際機床（chuáng）在計（jì）算機中的（de）完全映射,具有與實（shí）際機床一致的加（jiā）工功能。該係統（tǒng）在使用過程中（zhōng）不消耗實際的生產資源,加工過程快,且能（néng）夠不斷反複的進行加工,能很（hěn）好的解（jiě）決複（fù）雜零件試切過程耗時、耗力等問題,對企業新產品研發生產非常重要。

根據機床的結構（gòu）及（jí）尺寸,在 VERICUT 中建立虛擬機床模型。其主要過程如圖 1 所示。

2、構建（jiàn）虛擬仿真係統

2.1　機床（chuáng）結（jié）構分析

EMCO maxxturn65 雙主軸車削中心配備一個帶有 X、Y、Z1 運動軸的刀塔,主（zhǔ）軸帶有C1 旋轉軸（zhóu）功能,副主軸帶（dài）有 Z2、C2 兩（liǎng）個（gè）運動軸。如圖（tú） 2 所示,床身的（de）工作麵為高剛度（dù） 45°易排（pái）屑傾斜結構,其上裝有主軸、副主軸（zhóu）和沿床身滑動（dòng）的床（chuáng）鞍,其中（zhōng）主軸固定於床身,沿床身滑動的副主軸與（yǔ）主軸軸向對置,伺服動力刀架固定於沿床（chuáng）鞍 X 軸方向滑動的滑板上。

圖 1　虛擬仿真係統構建過程

1. 主軸（zhóu）　 2. 副主軸 3. 床身4. 床鞍（ān）5. 滑板6. 刀架（jià）

圖 2　雙主（zhǔ）軸車削中心結構

2.2　機床參數測量（liàng）

雙主軸（zhóu）車削中心加工過程中工件換裝時機床不（bú）停機,因（yīn）此機床（chuáng）各部件的空間位置精度（dù）要（yào）求較高[2]。建立機床（chuáng）的虛擬仿真加工係統時,準確（què）獲取機床各運動部件參數是研究的關鍵之一。 EMCO maxxturn65雙主軸車削中心的參數（shù）獲取（qǔ）主要通過測量以及查詢手冊來實（shí）現,過激光尺、卷尺、板尺等測量工具（jù）完成機床主要外形（xíng）部件（jiàn）及空間尺寸的測量,關鍵零部件（jiàn）尺寸及機床極（jí）限位置等對建模精度有重要影響的尺（chǐ）寸參數通過查詢（xún）機床手冊或者運行機床（chuáng）後在（zài）機床控製麵（miàn）板中讀取。

要完整的建（jiàn）立機床模（mó）型,所需要的機（jī）床參數主要有（yǒu）:主軸、副主軸、刀塔、刀具（jù）等重要部件（jiàn）尺寸;機床初始位置、極（jí）限位置;運動軸及部件間的（de）空間位置;外形輪廓等。

2.3　機床建（jiàn）模

建（jiàn）立機床的虛擬模型,不僅需要完成各運（yùn）動部件的三維幾何模型（xíng）,還（hái）要賦予其與實際機床相一（yī）致的運動關係。 VERICUT 軟件中提供了許多運動軸組件,根據實際機床的運動結構,建（jiàn）立其運動樹,將各運動部件的三維模型加載到相應的運（yùn）動組件下即可完成機床模（mó）型的建立[3]。要正確建立機（jī）床的運動樹,首先要明（míng）確機床的運動連。 EMCO maxxturn65 雙主軸車（chē）削中心包含兩條運（yùn）動鏈:基座-工件;基座-刀具。

根（gēn）據確定好的運動（dòng）鏈,在 VERICUT 中依次添加相應的運動組件,完（wán）成（chéng）機（jī）床運動組件（jiàn）樹的創建,如圖（tú） 3 所示。創建組件樹（shù）僅是完成了機床各運動部件間運（yùn）動關係的建立,

還需添加相應（yīng）的幾（jǐ）何（hé）模（mó）型。

由於機床機構較複雜,各運動部件幾何模型在 VERICUT 中創建較困難,因此（cǐ）,在三維模型在（zài） UG 中建立各（gè）部件幾何模型（xíng）,然後將模型保存為 STL 格式文件導入到相應的運動組件下即可。

圖 3　機床運動樹（shù）

2.4　建立刀具庫

VERICUT 中提供了豐富的刀具（jù）設計樣本,根據刀具的具體特征及參數,選擇所需結構及尺寸即可生成刀柄、刀片。

刀具生成後（hòu）,為保證加工的順利進行,還需根據（jù）實際使用中（zhōng）將要用到的刀具特點及參數,設置刀（dāo）具的驅動點(對刀點)、安裝點等參數,如（rú）圖 4。

圖 4　雙刃刀具建立（lì）

2.5　控製係統配置

為了滿足用戶需求,VERICUT 係統（tǒng）庫中提供了（le）多種不同類型的（de）控製係統,根據（jù）實際機床,選擇（zé） SI-EMEND840D 係統。 VERICUT 係統（tǒng）庫中所提供的為通用控製係統,而（ér）為滿足雙主（zhǔ）軸車削中心的加工功能,生產廠家對其定製了一些特（tè）殊的加工代碼,因此需要對所選控製係統進行二次開（kāi）發,以保證（zhèng）虛擬加工係統與（yǔ）實（shí）際（jì）機床具有（yǒu）相同的加工功能。

2.6　機床參（cān）數設置

構（gòu）建完機床的幾何模型及相（xiàng）關部件後還需對機床參數進行設置。機床參（cān）數設置的主要目的（de）就是告知機床當加工中出（chū）現錯誤、碰撞等問題時能（néng）夠及時（shí）的（de）進行報警,便於技術人員查找問題所在,並進行修正。

虛擬係統中機床參（cān）數主要包括了:機床行程設置（zhì）、機床各運動軸的初始位置設置、刀（dāo）具換刀點的設置（zhì）、碰撞檢測距離設置等,正確設置機床參數,對保證仿真加工過程與實際加工的一致性至關重要。

3、仿（fǎng）真加工

3. 1　 NC 程序（xù）生成

雙主軸車削中心加工功能強（qiáng）大,工件（jiàn）結（jié）構通常比（bǐ）較複雜,采用手（shǒu）工編程（chéng）的方式很難實現複雜工件的NC 編寫。在 UG 等三維軟件中建立零（líng）件的幾何模型,並（bìng）利用 UG 中先進的（de）數（shù）控加工功能對工件進行工藝（yì）處理,生成正確的刀位軌跡文件,但（dàn）該文件不能直接被數控機床所識別,因此（cǐ）需對其進行後置處理。

UG 中自帶的後置處理模塊能夠對三軸及以下刀位軌跡文件（jiàn）進行後置處理,生成機床能（néng）夠直接識別的NC 程序, 而對於三（sān）軸以（yǐ）上的複雜文（wén）件則無能（néng）為力[4]。針對雙主軸車削中心的結構特點,利用（yòng） UG 後置處理模塊開發（fā）專門的後置處理器 MAXX-POST,該後置處理器能夠專門對適合雙主軸車（chē）削中心（xīn）的工件前置刀位軌跡（jì）文件進行處理,

生產機床能直接識別的（de）NC 程序,滿足加工需要。

3.2　虛擬仿真加工及（jí）驗證

將 UG 中生（shēng）成的 NC 程序添加到虛擬仿真係統中,添加毛坯、工件的（de）模型到係統中,進行（háng） G 代碼偏置設置( 即（jí）加（jiā）工對刀) 後,進行仿真加（jiā）工,如圖5所示。仿真加工中（zhōng）不僅要觀察刀具及工件的狀態是否合理（lǐ）,還要根據警告（gào）內容分析存在的問題並進行處理,確保前置工藝過程、NC 程序的正確性。

4、實際驗（yàn）證

經過虛擬仿真加工,驗證 NC 程（chéng）序的正確性後,對加工工件進行實例（lì）驗證。將經過虛（xū）擬仿真驗證（zhèng）過的 NC 程序（xù）載入實際加工機床中,對工件進行實際加工。加工中刀具的走刀路徑與仿真加工一致,沒有幹涉、碰撞等（děng）問（wèn）題出現,其加工結果如圖 6 所示。

圖 5　虛（xū）擬仿真加工

圖 6　實際（jì）加工驗（yàn）證

5　、總結

介紹了在 VERICUT 中建立（lì）機床（chuáng）虛擬仿真加工係統的一般方法,並以 EMCO maxxturn65 雙主軸車削中心為對象,建立其虛擬仿真加工係統。以一回轉體（tǐ）零件為加工樣件（jiàn）,對其進行虛擬仿真加工,檢驗了 NC程序的正確性,並對該樣件（jiàn）進行實際加工。結果表明,該虛擬（nǐ）仿真加（jiā）工係統能夠準確驗證（zhèng） NC 程序的正確性（xìng）,並正確預知加工中可能出現的幹（gàn）涉、碰撞等（děng）危（wēi）險情況,能有效保證機床使用（yòng）中的（de）安全性及高效性。

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