多轴数控机床加工系统仿真研究

多轴数控机床加工系统仿真研究

发表时间：2018-05-10T15:07:12.963Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第3期作者：马翠龙

[导读] 并对一液压壳体零件进行仿真加工，验证了NC程序的正确性，为同类机床的虚拟模型构建提供一定参考。

山东省城市服务技师学院山东烟台 264670

摘要：现阶段，在五轴数控机床的应用过程中，仿真技术越来越重要。本文分析了五轴数控机床的结构特点，利用VERICUT软件建立了机床的虚拟仿真系统。实际加工验证表明，通过VERICUT的仿真能对NC程序进行检验，防止程序错误造成的机床干涉碰撞、零件的过切欠切等问题，提高加工的效率及安全性。

关键词：数控机床；五轴机床；仿真加工

引言

随着国内加工制造技术的不断发展与升级，多轴机床得到越来越多的应用。然而，复杂零件NC程序的正确性制约了该类机床的高效应用。如何有效地对NC程序的正确性进行快速、准确的检验对提高机床的实用效率具有重要意义。应用虚拟仿真技术能够快速、准确的对工件进行仿真加工，验证NC程序的正确性，同时能够预先知道加工中可能出现的干涉、碰撞等危险情况，对NC程序的识错、改进具有重要作用。本文以DMC70ev数控机床为原型，研究了该机床的结构及运动特点，在VERICUT中构建其虚拟仿真加工系统，并对一液压壳体零件进行仿真加工，验证了NC程序的正确性，为同类机床的虚拟模型构建提供一定参考。

1、虚拟仿真技术的定义和内涵

虚拟仿真技术应用在数控加工中就是根据实际的加工环节和加工情况，通过计算机系统，利用先进的科技，建立一个虚拟的仿真加工系统和加工情况，从而提前检查出数控加工的操作是否正确合规。虚拟仿真技术是建立在计算机系统不断发达和多媒体技术不断发展的前提之下，对现实的技术进行模仿，构建出一个完整的虚拟场景。虚拟仿真技术主要具备沉浸性、交互性、虚幻性和逼真性四大基本特征，因此，被广泛地应用在各个领域当中。

2、仿真技术在数控机床加工中的应用现状

随着科学技术的迅速发展，数控技术也在不断地进步和发展，而对于数控程序，其正确性直接决定着产品最终的加工质量。一般情况下，我们通过试切的方法保证数控程序的准确性，将作业中的器具替换为容易切削的材料，通过这样的方法，对加工的指令可以实现较为全面的检测，同时在数控加工中，轨迹显示法亦是常用的方法，对于这些方法，均存在一些明显的缺点，例如费时、费力等，这势必会导致企业的生产成本增加，使整个产品的研发周期加长。当今，仿真技术在数控加工中的应用得到了广泛关注，具体是指模拟实际工作中的机床加工状况，借助于计算机模拟技术予以实现。部分学校已经开设了有关的课程，该课程的设立，培养了一批优秀的专业人才，同时为学生以后进入企业工作打下良好的基础。企业在加工生产过程中，通过引入仿真技术，可以很好地保证数控加工产品的精度，大幅度地缩短产品的研制周期，提高产品质量，综合提高企业的竞争力。

3、VERICUT的仿真加工过程

3.1打开VERICUT，建立新的项目文件。

3.2构建DMU50机床组件树，配置机床的加工原点，检查并设置坐标轴运动极限和碰撞干涉。

3.3选择机床数控系统，为模拟Ｇ代码运动配置控制系统，设置控制系统必需参数。

3.4构建加工所需的刀具库。

3.5调入加工工件、工装等。

3.6调整数控加工程序基准、刀具半径补偿、刀具长度补偿，以及机床初始化位置、换刀位置等。

3.7选择加工仿真数控程序。

3.8在系统中进行仿真加工。

3.9分析仿真结果，利用VERICUT的自动比较功能分析过切和残留部分，以及碰撞和干涉现象等，生成项目文档。

3.10修改数控加工程序并进行机床加工，查看是否得到满足加工要求的工件。

4构建机床虚拟仿真系统

4.1虚拟仿真系统的建立流程

虚拟仿真，就是用一个虚拟的系统模仿另一个真实系统的技术。虚拟仿真系统是机床在计算机中的完整映射。该系统不消耗实际物料资源，能够快速实现工件的加工，加工效率高、结果准确，能够为实际加工提供依据。建立机床的虚拟仿真系统，不仅需要建立机床的三维模型，赋予机床各运动部件的运动关系，同时还要配置与实际一致的控制系统、刀具系统、机床运行行程等内容。

4.2机床模型建立

DMC70ev机床为典型的五轴机床，其运动轴包括X、Y和Z三个线性轴。此外，还包含b、c两个旋转轴。通过测量工具对机床各个运动部件的尺寸进行测量，同时测量机床初始状态下各部件的位置及其相对尺寸，为三维模型的创建提供原始数据。构建机床模型，不仅包含了各结构部件的三维形体，同时还要对其赋予相应的运动关系，使其按照要求的逻辑关系来运动。VERICUT中运动关系是通过机床运动树来实现的，根据实际机床的运动逻辑，在运动树中添加：机架—Y—A—夹具—工件；机架—X—Z—主轴—刀具运动链，如图2所示。将各部件的三维模型导入机床运动树中的相应位置，完成机床三维模型的建立。

4.3机床组件树构建

组件树建立是根据实际机床的运动关系来确定的。机床的运动关系由2条运动链来表达，即“基座—刀具”“基座—工件”。根据机床的运动链关系，依次添加机床运动轴组件，完成机床组件树的创建。完成组件树后，将各运动部件模型添加到相应组件下，完成机床实体模型的创建。添加几何模型时，要考虑运动部件间的尺寸关系，根据实际机床的参数测量，要对组件坐标或模型坐标进行调整，使其结构与实际机床保持一致。将机床部件完全添加进组件树后，机床的虚拟模型便基本建立完成了。

4.4建立刀具库

刀具的建立必须与实际加工中使用到的刀具保持一致，否则可能造成仿真中不出现问题，而实际应用中出现碰撞等危险情况。VERICUT中建立刀具可通过两种方式。直接建立，VERICUT中提供了丰富的刀具设计样本，根据刀具的具体特征及参数，选择所需结构

及尺寸即可生成刀柄、刀片。通过UG、CATIA等三维软件建立，在三维软件中，根据刀具、刀柄尺寸，建立相应的三维模型，将其保存为STL格式文件，导入VERICUT刀具管理库中。

4.5控制系统及机床参数设置

VERICUT中提供了多种控制系统，根据实际机床选取相应的控制系统，对虚拟仿真加工系统进行配置。由于VERICUT中提供的控制系统仅对通用控制代码进行了功能设置，而机床厂家对一些特殊功能做了专门的代码定义，因此，要保持与实际机床的加工功能一致，就需对控制系统进行专门配置。完成机床虚拟模型及控制系统的配置后，还需对机床行程、碰撞检测等进行设置。其目的在于告知机床，当加工中出现超程、碰撞等情况时，及时报警，用户可根据错误提示查找问题所在，进而改善加工中的不合理之处。

5仿真加工

完成对所有参数的设定之后，进行仿真加工．主要仿真机床、刀具和工件模型的相对运动，模拟工件被切除的过程，检验数控编程所生成的刀具轨迹是否符合实际加工要求，有无过切或欠切，同时检查是否有干涉和碰撞，以避免耗时费力的试切过程．对于出现的机床组件干涉、撞刀、超程、过切等现象，可以在加工时用红色来突出地显示各个有问题部分，并且在信息栏里显示出错误信息，显示出现的错误情况及出现问题的数控编程行．在仿真完成以后，程序自动生成日志文件．其中包括仿真中的错误、警告等，如刀轨显示名称、仿真起始和结尾的错误、警告等．反复调试数控编程，直到不再出现错误或者警告为止，使仿真模型达到设计精度要求．

结语

综上，通过建立虚拟机床模型、控制系统配置、设置刀具库构建了五轴机床数控机床虚拟制造系统，保障了加工程序的准确性，有效防止了加工过程中的碰撞和干涉现象，提高了加工的效率与加工质量。本文就涉及的关键技术进行了介绍和总结，可为实际机床的高效应用提供技术支持。

参考文献

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