五軸加工中心虛擬機(jī)床及后置處理應(yīng)用研究

摘要：在我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速的發(fā)展下，機(jī)械制造慢慢的變成了我國(guó)比較重要的產(chǎn)業(yè)，機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展也隨著數(shù)字信號(hào)的發(fā)展飛速更新。通過(guò)使用數(shù)控機(jī)床對(duì)現(xiàn)在的高精度部件進(jìn)行精密加工，成為了當(dāng)今機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。機(jī)械加工過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一些意外危險(xiǎn)，對(duì)操作人員的安全帶來(lái)一定的隱患。所以對(duì)機(jī)械加工過(guò)程中需要進(jìn)行有效的模擬，這樣才能夠避免危險(xiǎn)的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：五軸加工;后置處理;虛擬加工

數(shù)控加工仿真是在虛擬加工環(huán)境中對(duì)真實(shí)數(shù)控加工過(guò)程建立的數(shù)學(xué)模型，它是虛擬制造的重要組成部分。數(shù)控技術(shù)是指用數(shù)字信號(hào)對(duì)一臺(tái)或幾臺(tái)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行及其加工過(guò)程進(jìn)行控制的一門(mén)自動(dòng)化技術(shù)。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)上普遍應(yīng)用，是現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)和核心。五軸加工中心可以將復(fù)雜的零件加工的工藝水平進(jìn)行提高，主要應(yīng)用在儀器儀表、汽車(chē)制造以及航天航空等行業(yè)。通過(guò)對(duì)五軸加工中心應(yīng)用的研究，推動(dòng)了我國(guó)高精密零件加工的發(fā)展，并使我國(guó)的工業(yè)水平也得到提高。

一、五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床是通過(guò)XYZ三軸和ABC其中兩個(gè)軸相互配合完成的，一般情況下，規(guī)定Z軸需要和主軸平行，其中離工作臺(tái)距離遠(yuǎn)的作為正，X軸需要和主切削方向一致，需要確定其主方向，Y軸的方向由右手法則確定，ABC軸的正方向，可依據(jù)右手螺旋法則確定。一般五軸機(jī)床分三種：

（一）雙轉(zhuǎn)臺(tái)型五軸數(shù)控機(jī)床

此類(lèi)機(jī)床有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸參與工作，一般在立式升降的三軸銑床的基礎(chǔ)上增加一個(gè)可以旋轉(zhuǎn)、斜切的工作臺(tái)即可。此類(lèi)機(jī)床在工作的時(shí)候，主軸不動(dòng)，工件夾在工作臺(tái)上就能夠完成加工工作。優(yōu)點(diǎn)就在于此類(lèi)機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，廉價(jià)的生產(chǎn)成本。不足的地方就是，此類(lèi)機(jī)床的工作臺(tái)不易過(guò)大，能夠承受的載荷較小。因此，雙轉(zhuǎn)臺(tái)型五軸數(shù)控機(jī)床只適合用于質(zhì)量輕、體積小的工件加工。

（二）雙擺頭型五軸數(shù)控機(jī)床

此類(lèi)機(jī)床的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸工作在主軸一側(cè)，使用主軸能夠進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)，在工作的時(shí)候主軸能夠旋轉(zhuǎn)一定的角度，能夠讓球頭銑刀工作時(shí)避免定點(diǎn)的洗消，可以使刀具保持線性速度進(jìn)行工作，這樣可以使部件的表面質(zhì)量變得更好。雙擺頭型五軸數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)在于主軸的靈動(dòng)性好，工作臺(tái)的尺寸也大，適合大型發(fā)動(dòng)機(jī)外殼的加工生產(chǎn)。劣勢(shì)就是主軸結(jié)構(gòu)復(fù)雜，剛性差。

（三）擺頭轉(zhuǎn)臺(tái)型五軸數(shù)控機(jī)床

此類(lèi)機(jī)床的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸分別在工作臺(tái)和主軸上，此類(lèi)性能在以上兩者之間。

五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床和傳統(tǒng)機(jī)床比較，多出了兩個(gè)能夠旋轉(zhuǎn)的軸，因此能夠在工件不運(yùn)動(dòng)的情況下，在刀具允許工作的范圍內(nèi)進(jìn)行對(duì)工件的加工工作。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床適合加工一些復(fù)雜的空間曲面工件，高精度的復(fù)雜零件。

二、虛擬機(jī)床的模型建立

使用仿真軟件進(jìn)行模擬機(jī)床的創(chuàng)建，首先根據(jù)機(jī)床本身以及各個(gè)部件進(jìn)行模型數(shù)據(jù)的創(chuàng)建，之后使用裝配功能將各個(gè)部件裝配成完整的機(jī)床模擬型數(shù)據(jù)，并創(chuàng)建約束關(guān)系，限制其自有程度。之后將各軸部件數(shù)據(jù)設(shè)置成實(shí)際機(jī)床的初始位置，完成模擬機(jī)床的創(chuàng)建。

之后需要完成虛擬機(jī)床運(yùn)動(dòng)模型的創(chuàng)建。在創(chuàng)建完虛擬機(jī)床之后，需要定義其運(yùn)動(dòng)模型，確立裝配零部件之間的關(guān)系，以及各軸的名稱(chēng)、行程等數(shù)據(jù)信息。

三、后置處理的開(kāi)發(fā)

首先需要通過(guò)CNC控制器內(nèi)部程序進(jìn)行機(jī)床驅(qū)動(dòng)器的建立，CNC控制器具有可編程界面的功能，能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際機(jī)床模型進(jìn)行合理的設(shè)定，同時(shí)還能夠顯示其運(yùn)動(dòng)顯示進(jìn)行設(shè)定。在機(jī)床進(jìn)行仿真工作的時(shí)候，可以將機(jī)床的運(yùn)動(dòng)反饋交由MTD來(lái)實(shí)現(xiàn)。在功能方面來(lái)講，MTD和機(jī)床仿真器相差不大，而且CNC控制器也和控制機(jī)床類(lèi)似。對(duì)于機(jī)床庫(kù)中的那些機(jī)床模型來(lái)講，每個(gè)機(jī)床都有自己對(duì)應(yīng)的MTD驅(qū)動(dòng)器，如果要?jiǎng)?chuàng)建新的模擬機(jī)床，只需要對(duì)MTD進(jìn)行修改就能夠滿(mǎn)足新模擬機(jī)床的要求。

四、仿真機(jī)床設(shè)計(jì)的運(yùn)行測(cè)試

五軸加工中心在創(chuàng)建虛擬機(jī)模型和運(yùn)用模型之后，還需要安裝合適的CNC控制器對(duì)每一個(gè)運(yùn)用進(jìn)行控制。在虛擬仿真軟件中MTD功能就能夠?qū)NC控制器進(jìn)行模擬程序的編寫(xiě)。MTD主要通過(guò)TCL語(yǔ)言進(jìn)行程序的編寫(xiě)，而且還可以通過(guò)高級(jí)編程語(yǔ)言進(jìn)行其開(kāi)發(fā)工作，MTD可以對(duì)特定循環(huán)、宏和其他與CNC控制器存在關(guān)聯(lián)的事件但加工環(huán)境無(wú)法有效支持的功能。

機(jī)床設(shè)計(jì)工作完成之后，需要測(cè)試虛擬機(jī)床的仿真加工，首先選的銑刀盤(pán)零件，進(jìn)行其仿真加工測(cè)試，該零件具有五軸定向加工面、五軸聯(lián)動(dòng)加工面、等。使用這個(gè)零件進(jìn)行測(cè)試，能夠全面的測(cè)試機(jī)床的各項(xiàng)功能（坐標(biāo)軸行程超程、機(jī)床幾何體碰撞、五軸聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)換角度干涉、五軸定向加工退刀）以及實(shí)際加工中遇到的危險(xiǎn)，這樣既能保障生產(chǎn)加工的安全系數(shù)也能夠提高生產(chǎn)的速度。

五、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)使用虛擬機(jī)床的加工，能夠直觀形象的看到完成的模擬加工過(guò)程，還可以對(duì)數(shù)控程序進(jìn)行檢驗(yàn)，更加快捷的分析出工件的可加工性和工序的合理性，大大的縮短了產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)的時(shí)間，減低了生產(chǎn)的成本并且提高了生產(chǎn)的質(zhì)量，目前越來(lái)越多的制造業(yè)需要復(fù)雜曲面的加工，零件表面的復(fù)雜程度也越來(lái)越高，從而在多軸數(shù)控加工技術(shù)上針對(duì)如何提高加工質(zhì)量以及效率方面的研究對(duì)于制造業(yè)的發(fā)展有重要意義。

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作者簡(jiǎn)介：李巖（1988），男，漢族，遼寧錦州人，本科，教師，主要從事數(shù)控機(jī)床應(yīng)用方向研究。