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　　五轴加工中交互式机床的创建

　　2017/8/11 10:44:39

　　1、结语随着科学技术的迅速发展，国民经济各部门所市场需求的多品种、多功能、高精度、高品质、高度智能化的技术装备的开发和制造，促进了先进制造技术的发展。现阶段代表机床制造业最高境界的是五轴协同数控机床掌控技术，它是化解扇叶、叶片、船用螺旋桨、重型发电机涡轮、DD91机涡轮、大型柴油机轮轴等加工的唯一手段，对航空航天、军事、科研、精密器械等行业都起着举足轻重的作用。

但是五轴协同数控机床掌控技术价格十分昂贵，加之在数控程序编制上存在着很大困难，因而如何使得五轴加工得以“平民”化应用领域，已经成为机床制造业的一个焦点问题。本文从交互式机床技术开发，探讨其在五轴加工的应用领域，同时实现演示加工，强化数控程序，从而提升加工产品质量、提高加工效率、减少加工成本。

　　2、交互式机床应用领域的优势

　　数控加工最终的好坏取决于下列5个特征值中的软肋：数控机床、掌控器、、数控程式设计和CAM软件。交互式机床的应用领域正好能化解以上软肋问题，选用交互式机床存在下列优点：

　　2.1 真实世界性

　　现代CAM软件驱动力的标准演示演示是一种不完整的近似运动演示，不能避免实际加工操作过程中的过切与撞刀。交互式机床技术选用内置CNC掌控器驱动力的加工演示演示是真实世界可靠的，能把加工中的各种风险（撞刀、过切等）降为零。

　　2.2 纯洁性

交互式机床不但能演示现代的滚珠轴承、铣床、加工中心，所以能演示车铣复合和多轴协同机床。现阶段，西门子公司的交互式机床对相同CNC掌控掌控技术的特殊加工指令及FMS柔性制造掌控技术能展开演示。

　　2.3 整合性

　　交互式机床不但提供更多三维数字机床，所以包含交互式掌控面板，提供更多和炼铁厂自然环境一样的交互式教学实验自然环境。应用领域交互式机床，能同时实现学生的大量演示与真实世界机床没有区别。这对现阶段企业紧缺的中高端数控人才，是一个很好的专业培训化解方案，使繁杂机床的程式设计及加工操作专业培训费用减少50%，从且能大大地减少专业培训成本。

　　2.4 开放性

　　交互式机床能有效地连接CAM程式设计和炼铁厂加工，接受相同CAM软件编制的NC程序或手工程式设计，方便快捷与相同的软件自然环境交会。交互式机床也能按照相同的CNC掌控掌控技术和机床型号展开定制，以方便快捷与机床硬件自然环境交会。

2.5 异地共享资源

　　现阶段对五轴协同数控机床这样的高端机床，由于数量少和技术要求高，导致普遍使用量偏低。交互式机床技术能打破真实世界机床共享资源使用的地域限制，平衡投资，所以未来升级方便快捷。

　　3、繁杂零件五轴加工操作过程与化解方案

　　五轴加工环节包括：模具预备、编制、演示校正、前置输入、机床加工。五轴加工的操作过程是纯排序机演示的。

　　3.1 加工模型预备

NX把CAD、CAE和CAM全部集合在一个掌控技术中。透过新一代的CAD技术，数控程式设计人员能够快速地完成模型预备。即使排序结果来源于第三方CAD掌控技术也是一样的。（1）模型创建和：运用强大的可视化和技术（CAD）创建用作CAM程式设计的零部件模型。（2）模型产品质量与校正：分析和校正欧几里得条件——检验表层缺陷、壁厚、半径等。（3）零件制造重要信息：检查可能影响加工方法的更多模型重要信息（公差、表层温度梯度），这些重要信息可驱动力CAM。（4）文件格式与绘图：基于3D模型快速创建用作加工的任何文件格式。

　　在此操作过程中的关键技术包括四点，第一是混合可视化、同步可视化技术，展开Jaunpur设计，第二是选用高性能表示和NX WAVE技术将零件、产品的制作繁杂度减少，第三是在设计操作过程中使用行业专门智能化技术加快设计进度，第四是设计开放，能够处置其他CAD数据。

　　3.2 五轴加工程式设计

五轴加工选用广泛的加工策略，提供更多灵巧的轴掌控选项，轻易处置繁杂的工作市场需求，同时实现高度灵巧的程式设计。利用新一代的加工设备和制造工艺，以更快的速度加工产品质量更好的零件。

　　在五轴加工程式设计操作过程中，点、线、面、边界等驱动力，若恩县、插补、相对等刀轴同时实现了丰富的驱动力方式和刀轴掌控；可变轴轮廓加工能透过简单选择底部欧几里得体来手动加工繁杂外壁，识别扇叶欧几里得，手动创建刀轨，便于便捷式的交互处置；不断改变和吕普县表层的相对角度，使的接触面积最大化，同时实现了曲率匹配这一新技术。

　　3.3 CAM/CNC一体化

　　CAM/CNC的有机集成，透过刀轨排序精度掌控、强化前置处置、真实世界的演示演示，让CAM的输入充分考虑机床掌控掌控技术的高级功能，同时实现产能的最大化，并消除了风险。

　　4、五轴加工中交互式机床的创建

真实世界的数控机床包括了机械结构和掌控掌控技术两部分。在VER ICUT 平台上构建交互式数控机床也需要有两部分内容： 机床结构模型的创建和机床掌控掌控技术的创建。

　　4.1 交互式机床结构模型的创建

　　4.1.1 五轴运动结构分析

根据ISO的规定，在描述数控机床的运动时，选用右手直角坐标系。其中平行于主轴的坐标轴定义为z轴，绕x、y、z轴的旋转坐标分别为A、B、C。各坐标轴的运动可由工作台，也能由的运动来同时实现，但方向均以相对工件的运动方向来定义。通常五轴协同是指x、y、z、A、B、C中任意5个坐标的线性插补运动，如图1所示。五轴实际是指x、y、z三个移动轴加任意两个旋转轴。相对常见的三轴（x、y、z三个自由度）加工而言，五轴加工是指加工欧几里得形状比较繁杂的零件时，需要加工能够在五个自由度上展开定位和连接。

　　4.1.2 交互式机床结构模型的创建

　　构建交互式机床有多种方法 其中利用专业的数控加工演示平台， 透过二次开发构建交互式数控机床的方法是现实而有效的。VER ICUT是先进而成熟的数控演示加工平台软件，不但含有丰富的数控机床库，并支持定制功能，能构建出用户所需要的数控机床。

交互式机床的结构部分包括床身、主轴掌控技术、进给掌控技术、夹具、工件等。创建交互式机床结构的方法主要有2个：一是基于VERICUT自身的通用可视化功能，在VERICUT库中找一个相似程度很高的交互式机床结构，以此为基础透过修改、添加的方法构建出所需要的机床结构模型。二是对繁杂机床结构，利用VERICUT与其它CAD/ CAM软件接口，将创建好的特种机床实体模型导入VERICUT自然环境中并装配。

　　笔者在设计交互式机床结构模型时，首先选用第一种方法，虽然创建较为简单，但是由于局部特征表达得不够清晰，使得演示加工操作过程中碰撞干涉检验的能力减少。在吸取经验教训的基础上，透过SIEMENS NX 重新对绘制模型，将机床整体模型描述清晰，使得局部特征明显。但此种方法存储空间较大，在演示加工操作过程中有可能会出现坐标漂移的问题。透过不断强化模型，减少了坐标漂移的可能性。

　　4.2 交互式机床模型运动关系设置

以机床工作台主参考体测量，按图2所示结构树顺序选用相对运动约束关系，创建机床原点静止装配数据模型，完善后转化为*.STL文件，数据分别联接入演示掌控掌控技术结构树，形成五轴协同机构。

　　编制数控掌控指令掌控技术文件（fidia20.ctl文件）与数控机床构造文件（FOREST-LINE.mch文件），演示FIDIA C20数控指令掌控技术，翻译识别检查FIDIA C20掌控技术（GM）指令，驱动力结构树内X轴部件、Y轴部件、Z轴部件（线性运动）、C轴部件（旋转运动）和A轴部件（摆动）同步联合运动。

　　设置机床演示掌控技术工作行程软边界：X轴、Y轴、Z轴、C轴和A轴工作行程的上下边界。

　　4.3 创建机床库和砂轮库

启动管理器能创建所需要的加工。在管理器中主要提供更多了很多参数，如类型、直径、长度、刀柄等。在VERICUT软件中按所需创建的铣刀类型（包含直齿铣刀、球头铣刀、锥度铣刀及用户自定义等），设置欧几里得参数，然后能单独保存，并能提供更多给相同的交互式机床调用。然后再用自画图方式，添加机床实际用的刀套Holder。依照此方法，，创建一系列常用的库。

　　此外，由于VERICUT软件没有提供更多设置砂轮的模块。我们能根据砂轮的切削原理选用铣刀类模块创建砂轮，来满足演示要求。结合特种回转面的欧几里得成型操作过程中的相同工序要求， 在VERICUT 中能创建多个砂轮以供相同加工工序调用。

　　4.4 机床相关设置

（1）数控掌控技术设置；根据机床的掌控掌控技术功能和指令格式，对预备功能G 代码、辅助功能M 代码、寄存器地址和状态指令等展开设置，并保存该文件。（2）设置干涉检查；（3）设置机床行程；（4）设置机床初始位置；（5）其他设置，如机床参考点、换刀位置等。

　　4.5 模型定位演示加工

　　在演示掌控掌控技术结构树内填加夹具和吕普县联接树结构接口，分别定义空间位置并展开位置装配约束，展开调用拼装组合夹具定位或模锻件定位加工。

　　其中夹具接结构树接口能直接读取，其中专用工装夹具能与公司产品相应工艺装备文件连接。标准组合夹具能直接调用拼装夹具标准件库，然后在演示掌控技术内组合装配应用领域。

　　5、交互式机床在五轴加工中的应用领域测试

图3所示涡轮增压器中繁杂曲面扇叶的加工投产前，在五轴协同加工的数控演示掌控技术内演示应用领域。该零件的工艺装备最大外形500mm×335mm×245mm，其中成型面为繁杂双曲面，选用长度方向两侧局部拼接加工。扇叶在五轴协同加工时，边界为：X 50.779，Y-123.586，Z-58.258。位置主轴角度为：B-5.894°，C158.287°，工装定位未超出机床工作行程。透过演示掌控技术分析两次定位演示加工，显示零件加工操作过程的直观状态，C轴部件和A轴部件大角度协同空间状态能在相同视角观测，以校正工艺操作过程合理性，避免工件装夹位置错误导致主轴与工件碰撞。

　　6、结语

透过上述研究实验的证明，利用交互式机床技术，能提高加工效率，保证数控程式设计产品质量，减少数控技术人员与操作人员的工作量和劳动强度，提高五轴协同加工的数控程式设计制造加工一次成功率，缩短产品设计和加工周期，提高生产效率。

　　审核(王静)

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