正交型车铣复合机床的构建及NC刀具路径的仿真模拟

正交型车铣复合机床的构建及NC刀具路径的仿真模拟
作者：暂无
来源：《智能制造》 2014年第1期
台州技工学校王茜菊
一、引言
面对曲面加工的复杂性，多轴加工已经成为目前精密切削的趋势，为了实现复杂形状工件的加工，使工件在一部机床上就能完成多工序的加工，这样的机床称之为复合加工机床。

复合加工机床的特性为结合多部传统机床的加工工序于一部机床上，由素材到成品，所有的加工流程只需一部机床来进行切削加工，如此将有利于少量多样的加工方式，更可进而搭配双主轴双刀塔，使工件双边都可进行加工，减少工件的装卸及移动次数，达到缩短加工周期、提升产品优良率以及降低生产成本等优点。

二、基于VERICUT车铣复合机床仿真环境的构建
1.在VERICUT定义车铣复合机床的结构
若欲在VERICUT系统中建立如图1所示的结构，则先于VERICUT系统下建立一个新的模型树，而此模型树的初始结构如图2所示，图中的CNC Machine包含了控制器（Control）及机床（Machine）2个部分，其中机床底下包含了基座（Base）这个子结构，而后续所有增加的结构皆是建立在基座（Base）底下。

车铣复合机床的结构说明如图3所示，其中Z及C在Base上运动，所以在Base底下建立
Z及C两个子结构，并且将结构分成Z及C两个部分来看。

◎Z部分：当Z运动时会带着X一起运动且X为工作平台，其中刀塔皆固定于工作平台上，所以在X底下建立Y，并将包含刀塔。

◎C部分：当C运动时会带着主轴一起运动，夹具是建立在C轴上，所以在C底下建立Spindle并在Spindle底下建立Tool。

当有了车铣复合机床的结构后，即可开始进行车铣复合机床与其他资料的整合。

2.导入机构模型的swp和ply资料
将机构模型的资料导入车铣复合机床结构中，并在窗口中显示车铣复合机床的各个机构模型。

将外部资料与车铣复合机床的结构进行整合，所以使用的方式为将外部资料导入车铣复合
机床的结构中（图4），运用加入模型档案（Model File）的方式来将机构模型资料导入至结
构中。

当所有的机构模型与车铣复合机床结构整合完毕后，即可得到如图5所示：每一个子结构
中皆包含了各自所代表的机构模型。

并如图6所示，整合完成的机构模型皆会显示于窗口中。

3.建立或导入工件模型
工件模型主要是提供使用者观察整个NC加工模拟完的结果，所以整合资料中包含了工件模型资料，而在VERICUT系统中要取得工件模型的资料有2种方式：第一种方式为由VERICUT系
统本身建立工件模型，而另一种方式由外部系统产生工件模型，然后将工件模型资料与车铣复合机床的结构整合。

4.导入NC程序
NC程序的功能为驱动车铣复合机床的切削运动，所以在执行车铣复合机床的NC加工模拟前也需将此资料整合（图7），当NC程序导入完成后，车铣复合机床才能按照NC程序中的内容来执行NC加工模拟。

5.刀具资料
刀具资料是由使用者于VERICUT系统中建立的，使用者也可以先行在VERICUT系统中建立一个刀具资料库档案，当需要使用时，可以直接呼叫刀具资料库档案进来，并且需定义刀具夹持的位置点，如图8所示，进入刀具资料库来建立刀具资料。

而当刀具资料建立完成后，需要去设定机床夹持刀具的位置，以图9所示来定义刀具的装夹点位置，刀具装夹点的初始位置为刀具的刀刃底端的端点，此资料是参照于Creo系统中所设计的刀具信息来定义装夹点至刀刃端点的距离，此点即是刀具被机床夹持的位置。

6.工件坐标系的定义
因为NC程序皆参照工作坐标系为基准，所以由图10中的G-Code Offsets来定义VERICUT 系统的工作坐标系。

并如图11所示，定义工作坐标系的参照位置为Turret至MCS，系统会根据参照位置自动为机床做刀具补偿的动作。

三、完整NC加工模拟
运用VERICUT内部的双窗口模式并可搭配手动控制模拟速度的调整，一个窗口可让使用者清楚地观察车铣复合机床各个机构实际运动的情形，而另一个窗口可以让使用者观察刀具切削工件模拟的情形。

图12所示为本研究中NC加工模拟完成后的车铣复合机床，图13所示本研究测试NC加工模拟完成后的结果，切削时每一点位置的刀具向量皆为曲面的法线向量。

四、结语
本文以Top-down design的方式来设计车铣复合机床的机构模型，并由VERICUT系统整合Creo系统的资料，成为一个整合性的资料，依使用者的需求来更改其中资料后，即可得到车铣复合机床NC加工的仿真模拟，接下来可以让使用者直接使用此整合的资料执行其他不同类型工件的NC加工模拟。