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雙主軸車削加工中心高效應用（yòng）及（jí）研究

2017-2-13 來源：陝西（xī）國防工（gōng）業職業（yè）技術學院數控工程學院作者：曹旭妍李斌（bīn）

摘　要:雙主軸車削加工中心結構複雜、運動形式（shì）多樣,能夠一次（cì）裝（zhuāng）夾下完成零件的所有加工（gōng）工序,但由於機床結構較複（fù）雜,在試件（jiàn）加工時往往會發（fā）生（shēng）碰撞、幹涉等危險（xiǎn）情況,給機床使用帶來風險,同時影響機床的高效（xiào）應用。基於虛擬仿真（zhēn）技術,以EMCO maxxturn65 雙主軸車削中心（xīn）為研究對象,在VERICUT 中構建機床虛擬仿真加工係統,並進行仿真加工。通過（guò）仿真（zhēn）加工,檢（jiǎn）驗NC 程序的正確性,檢測加工中可能出現的幹涉、碰（pèng）撞等情況,預知加（jiā）工結（jié）果;根據仿真加工,對錯誤的NC 進行糾正,保證機床使用中的安全性,進而提高該類機床（chuáng）的應用效率。

關鍵詞:雙主軸車削加工中心;虛擬仿（fǎng）真;VERICUT

0.引言

隨著（zhe）機械製造技術的不（bú）斷發展,零件結構形式越（yuè）來越（yuè）複雜,對加（jiā）工精度的要（yào）求也越來越高。加工過程中的多次換裝不僅使得零件的加工質量無法得到保障,同時還因多次的工件安裝、對刀等過程大大降低了（le）加工效率。雙主（zhǔ）軸車削加工中心能夠使得需要多個加工工（gōng）序的工件一次（cì）裝夾下完成所有加工,不僅減少了因多次（cì）裝夾而導致的加工誤（wù）差,還提高了加工效率,能很好地滿足（zú）現代企業生產要（yào）求,尤其在航空、航天等領域,雙主（zhǔ）軸車削加工中心的高效應用具有舉足輕重的作用。然（rán）而,由於該類機床（chuáng）的結構及運動形式複雜多樣,在實際應用（yòng）中存（cún）在數控程序編寫及（jí）正確（què）性檢測困難的問題,這些問題製約著車削中心的高效（xiào）應用,給企業快速生產帶（dài）來困難[1] 。利用虛（xū）擬仿真技術,以（yǐ）實際（jì）機床為原型,在虛擬仿真平（píng）台（tái）中構建機床的仿真（zhēn）加工係統,使其具有與實際機床完全（quán）一致的加工功能,對工件進行虛擬仿真加工。該方式能夠在不消耗生產資源的（de）條件下,快速完（wán）成工件（jiàn）的虛擬加工,檢驗數控程序的（de）正確性,同時（shí）能夠對（duì）加工過程中存在（zài）的（de）質量問題進行預判,為實際加（jiā）工過程中機床的安全性及高效性提供可靠保（bǎo）障。

1.虛擬仿真係統（tǒng）構建過程

虛擬仿真（zhēn）係統是將實際機床在（zài）計算機中的完全映射,具有與實際機床一致的加工功能。該係（xì）統在使用過程中不（bú）消耗實際的生（shēng）產資源,加工過程快,且能夠不斷反複（fù）的進行加工,能很好的解決複雜零件試切過程耗（hào）時、耗力等問題,對企業新（xīn）產品研發生產非常重要。根據機床的結構（gòu）及尺寸,在VERICUT 中（zhōng）建立虛擬機床模型。其主要過程如圖1 所示。

2.構建虛擬仿（fǎng）真係統

2. 1　機床（chuáng）結構分析

EMCO maxxturn65 雙主軸車（chē）削（xuē）中心配備（bèi）一個帶有（yǒu）X、Y、Z1 運動軸的刀塔,主軸（zhóu）帶有C1 旋轉軸功能,副主軸帶有Z2、C2 兩個運動軸。如（rú）圖（tú）2 所（suǒ）示,床身的工作麵為高剛（gāng）度45°易排屑傾斜結構,其上裝有（yǒu）主軸（zhóu）、副主軸和沿（yán）床身滑動的床鞍,其中主軸固定於床身,沿（yán）床身滑動的（de）副主軸與主軸（zhóu）軸向對置,伺服（fú）動（dòng）力刀架固定於沿床鞍X 軸方向滑（huá）動的滑板（bǎn）上。

圖1　虛（xū）擬仿真係統構（gòu）建過程

圖2　雙主軸車削中心結構

1. 主軸　2. 副主軸　3. 床身　4. 床鞍5. 滑板　6. 刀架

2. 2　機（jī）床參數測量

雙主軸車削中心加工過程中工件換裝時機床不停（tíng）機,因此機床各部件的空間位置精度要求較高[2] 。建立機床的（de）虛擬仿真加工係統時,準（zhǔn）確獲取機床各運動部件（jiàn）參數是研究的關鍵之一。EMCO maxxturn65雙主軸車削中（zhōng）心的（de）參數獲（huò）取主（zhǔ）要通過測量以及查詢手冊來（lái）實現,通過激光尺、卷尺、板尺等測量工具完成機床主要外（wài）形部件及空間尺寸的測量,關鍵零部件尺寸及機床極限位置等對建（jiàn）模精度有（yǒu）重要影響的（de）尺寸參數通過（guò）查詢（xún）機床手冊或者運行機床後在（zài）機床控製麵板中讀取。要完整的建立機床模（mó）型,所需要（yào）的機床參數主要有:主軸、副（fù）主軸、刀塔、刀具等（děng）重要部件尺寸（cùn）;機床（chuáng）初始位（wèi）置、極（jí）限位置（zhì）;運動軸及部件間的空間位置;外形輪（lún）廓（kuò）等。

2. 3　機床建模

建立機（jī）床的虛（xū）擬（nǐ）模型,不僅需要完（wán）成各（gè）運動部（bù）件的（de）三維幾（jǐ）何模型,還要賦予其與（yǔ）實際機床相一（yī）致的運（yùn）動（dòng）關係（xì）。VERICUT 軟件中提供了許（xǔ）多運動軸組件,根（gēn）據實際機床（chuáng）的運動結構,建立其運動樹,將各運動部件的三維（wéi）模型加（jiā）載到相應的運動組件下即可完成機床模型的建立[3] 。要正確（què）建立機床的運動樹,首先要明確機床的運動（dòng）連。EMCO maxxturn65 雙主軸車削中（zhōng）心包含兩條運動鏈:基座-工件;基座-刀具。根據確定好的（de）運動鏈（liàn）,在（zài）VERICUT 中依次添加相應的運動組（zǔ）件（jiàn）,完成機床運動組件樹的（de）創建,如（rú）圖3 所示。創建組（zǔ）件樹僅是完成了機床各運動部件間運動（dòng）關（guān）係的建立,還需添加相（xiàng）應的幾何（hé）模型。由於機床機構較複（fù）雜,各運動部（bù）件幾何模型在VERICUT 中創建（jiàn）較困難,因此,在三維模型在（zài）UG 中建（jiàn）立各部件幾何模型,然後（hòu）將模型（xíng）保存為STL 格式文件導入到相應的（de）運動組件下即可。

圖3　機床運動（dòng）樹

2. 4　建（jiàn）立刀具庫

VERICUT 中提供了（le）豐富的刀具設計樣本,根據刀具（jù）的具（jù）體特征及參（cān）數,選擇所需結構及（jí）尺寸即可生成刀柄、刀片。刀具生成後,為保證加（jiā）工的順利進行,還需根據實際使用中將要用到的刀具特點及參數,設置刀具（jù）的（de）驅（qū）動點(對刀點（diǎn）)、安裝點等參數,如圖4。

圖（tú）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 係統庫中提供（gòng）了多種不（bú）同類型的（de）控製係統,根據實（shí）際機床,選擇SIEMEND840D係統。VERICUT 係統（tǒng）庫中所提供的為通用控製係統,而為滿足雙主軸車削中心的（de）加（jiā）工功能,生產廠家對其定製了一些特殊的加工代碼,因此需要對所選控製係統進（jìn）行二次開發,以保證虛（xū）擬加工係統與實際機床具有相同的加工功能。

2. 6　機床參數設置

構建完機床的幾何模型及相（xiàng）關部件（jiàn）後還需（xū）對（duì）機床參（cān）數進行設置。機床參數設置的主（zhǔ）要目的就是告知（zhī）機床當加工中出現錯誤、碰撞等問（wèn）題時能夠及時的進行報警,便於技術人員查找問題所在,並進（jìn）行修正。虛擬係統中機床（chuáng）參數主要（yào）包括了:機床行程設置、機（jī）床各運動軸的初始位置設置、刀具換刀點的設置、碰撞（zhuàng）檢測距離設置等,正確設置機床參數,對保（bǎo）證仿真加工過程與實際加工的一致性至關重要。

3.仿真加工

3. 1　NC 程序生成

雙主軸（zhóu）車削中心加工功能強大,工件結構通常比較複雜,采用手工編程的（de）方式很難實現複雜工件的NC 編寫。在UG 等三維軟件中建立（lì）零件的幾何模型,並利用UG 中先進的數控加工功能對工件進行藝處理（lǐ）,生成正確的刀位軌跡文件,但該文件不能直接被（bèi）數控機（jī）床（chuáng）所識別,因此需對其進行後置處理。UG 中自（zì）帶的後（hòu）置處理模塊能夠對三軸及以下（xià）刀位軌跡文件進行後置處理,生成機床能夠直接識別的NC 程序,而對於三軸以上的複雜文件則無能為力[4] 。針對雙主軸車削中心的結構特點,利用UG 後（hòu）置處理（lǐ）模塊開發專門的後置處（chù）理器MAXX-POST,該後置處理器能夠專門（mén）對適（shì）合雙主軸（zhóu）車削中（zhōng）心的（de）工（gōng）件前置刀位軌跡文件進（jìn）行處理,生產機床能直接識別的（de）NC 程序,滿（mǎn）足加工需要（yào）。

3. 2　虛擬仿真加工及驗證

將UG 中生成的NC 程序添加到虛擬（nǐ）仿真係統（tǒng）中,添加毛坯、工件的模型到係統中,進行G 代（dài）碼偏置設置(即（jí）加工對刀)後,進行仿真加工,如圖5所示。仿真加工（gōng）中不僅要觀察刀具及（jí）工件的狀態（tài）是否合理,還要根據警（jǐng）告內容分析存在的（de）問題並進行處理,確保前置工藝過程、NC 程序（xù）的正確性。

4.實際驗證

經過（guò）虛擬仿真加工,驗證NC 程序的（de）正確性後,對加工工件進行實例驗證。將經過虛擬仿真驗證過的NC 程序載（zǎi）入（rù）實（shí）際加工機床中,對工件進行實際加工。加工中刀具的走（zǒu）刀（dāo）路徑（jìng）與仿真加工一致,沒有幹涉（shè）、碰撞等問題出現,其加工結果如圖6 所示。

5.總　結

介紹（shào）了（le）在VERICUT 中建立機（jī）床虛擬仿（fǎng）真加工係統的一般（bān）方法,並以EMCO maxxturn65 雙（shuāng）主軸車削中心（xīn）為（wéi）對象,建立其虛擬（nǐ）仿真加工（gōng）係統。以一（yī）回（huí）轉體零件為加工（gōng）樣件,對其（qí）進（jìn）行虛擬仿真加工,檢驗了NC程序（xù）的正確性,並對該樣件進行實際（jì）加工。結果表（biǎo）明,該虛擬仿真加工係統能夠準確驗證NC 程序的正確性,並正確預知加工中可能出現的幹涉、碰撞等危險情況,能有效保證機床使用中的安全性及高效（xiào）性。

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