5轴新型数控铣床仿真建模的实现
基于中望3D的五轴联动全机床加工仿真研究
基于中望3D的五轴联动全机床加工仿真研究发布时间：2021-12-16T01:49:55.445Z 来源：《科技新时代》2021年10期作者：甘文峰[导读] 以国产某型号五轴加工中心为原型，在中望3D软件中绘制机床各个部件并组合成装配体，导入至机床构造器中构建虚拟机床。
广州中望龙腾软件股份有限公司摘要：以国产某型号五轴加工中心为原型，在中望3D软件中绘制机床各个部件并组合成装配体，导入至机床构造器中构建虚拟机床。
以叶轮模型为加工案例，具体介绍在中望3D全机床仿真平台中的数控程序编制，机床运动链配置，运动轴、工件、毛坯以及仿真参数的设置。
运行机床运动仿真，观察材料切削模拟过程，并与目标零件进行形状对比。
经实践检验，基于中望3D的全机床仿真有效避免干涉碰撞，工件过切，能够为使用同类型机床的数控加工提供借鉴。
关键词：中望3D；全机床仿真；CAM；叶轮加工0 引言使用五轴加工中心时，由于旋转轴的存在，各部件运动轨迹难以预测，极容易产生安全事故。
因此，在实际上机切削之前，需要通过计算机仿真，模拟各部件运动过程，判断是否会出现碰撞或干涉。
同时，检查刀具对毛坯的切削过程，防止出现过切或工件报废。
机床仿真在国外发展较早，已经产生了一系列商用软件。
美国CGTech的Vericut软件可以构建机床，定义数控代码解析规则，进行NC仿真[1]。
海克斯康（HEXAGON）公司旗下的NCSIMUL软件提供了数控加工仿真、优化、后处理一体化解决方案[2]。
近年来，国内也开展了大量研究，南京斯沃软件开发了SWAN SOFT机床仿真平台，并可以模拟多款数控系统的操作面板[3]。
中望3D提供了CAD/CAM设计制造一体化平台，并提供基于NC代码的加工仿真。
本文以叶轮模型为例，在中望3D的Overdrive引擎的支持下，对机床各部件进行三维实体建模，并组合成装配体。
然后导入到全机床仿真平台中，通过机床构造器创建虚拟加工中心，优化工序参数，规划刀轨，输出数控代码并进行加工仿真。
新型五轴并串联机床的运动学仿真_伞红军
Kinematic Simulation of Novel Five Axes Serial-ParallelMachine ToolHongJun San1, ShiSheng Zhong2, ZhiXing Wang31) Faculty of Mechanical and Electrial Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming,Yunnan, China(sanhjun@)2) School of Mechatronics Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin, Heilongjiang, China (zss@)3) School of Mechatronics Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin, Heilongjiang, China (wangzx@)Abstract—In this paper, for the a novel five axes serial-parallel machine tool, The three-dimensional solid model of the machine tool is established in ADAMS. The kinematic simulation of machine tool is carried out in the ADAMS simulation module. On the basis of the kinematic simulation of the machine tool, The results of the previous theoretical analysis are verified , including the number of degrees of freedom, inverse kinematic solution and forward kinematic solution.Keywords—serial-parallel machine tool, kinematic simulation, ADAMS新型五轴并串联机床的运动学仿真伞红军1钟诗胜2王知行31)昆明理工大学机电工程学院，昆明，云南，中国2)哈尔滨工业大学机电工程学院，哈尔滨，黑龙江，中国3)哈尔滨工业大学机电工程学院，哈尔滨，黑龙江，中国摘要针对一种新型五轴并串联机床，在ADAMS软件环境下对该机床进行了简化的三维实体建模，应用ADAMS仿真模块对机床进行了运动学仿真，通过仿真验证了机床的自由度数和位置正反解算法的有效性。
五轴机床的三维建模和运动仿真
２ ５ ３
山 柬工案技术
五轴机 床 的三维建模 和运动仿真
李庆婷 ， 王 宽 （ 天津职业技术师范大学 ， 天津 ３ ０ ０ ２ ２ ２）
摘 要 ：为改变ｈ ￣ － Ｙ － － 模 式，提 高零件加 工精度 ，完成复杂型面加 工，加 工 中心 由传统 的三轴加 工向五轴加 工转 变。使用五 轴机床 加工，要 了解 五轴机床各部件的三维建模 过程 和特点。为完成零件 的形状加 工，运 动的仿真尤 为重要 。 关键词 ：五轴机床；三维建模；运 动仿 真
０ 引 言
பைடு நூலகம்
相 同的距离 。
２ ． ３ 机 床 配 置
五轴加 工的建模 和运 动仿真 一般 应用在 较复杂 的 曲面 加工 技术 在机床 运动结构定义 完成后 ， 需要进行机床初 始化设置 。 打开 配 上 ，如大型 船用 螺旋桨 。五轴机 床加 工中心 采用 了直流 电动机 、高 置 一“ 机床设定 命令 ，弹 出机床 设定对话框 。 速旋 转 电主轴 ，结合 了机 电、通 信 的优 势 。一台机 器就可 以对付 各 （ １ ）加 载 机床 文件 ： 选择 配 置 一机床 一打 开机 床 文件 命 令 ， 类加 工模 式 ，这 是未来 “ 加工 中心 全 能设 备 的体 现 ，将 能成 为真 选择 在 Ｐ ｒ ｏ ｅ 中画好 的模型 的存 储位 置 ，就 可 以把画 好 的机 床模 型 正实 用意 义上的加工 中心。 导入 ｖ ｅ ｒ ｉ ｃ ｕ ｔ 里面了。 （ ２ ）控 制 系统 的 导入 ： 配置 ． 控 制 一打开 控 制文 件 ，也 可 以在 项 目树中 “ 控制 节点下 打开 “ 机床库 ，在 文 １ 五轴机 床的概述和优 势 件 列表 框 中选 择 “ ｈ ｅ ｉ ５ ３ ０ － ｃ ｔ ｌ 便 将此 系统 加 载到 机床 文 件 中 （ ３ ） １ ． １ 五 轴 机 床 安装 圆形毛 坯 ： 在组 件树 中选 ｓ ｔ ｏ ｃ ｋ（ ０ ， ０ ， ０ ） ，在 添加模 型中 ，选择 五 轴联 动机床是 在传统 三个线 性坐标 （ ｘ，Ｙ，Ｚ ） 轴 的基础 上增 圆柱 。然后 在 “ 配置模 型”对 话框 中 ，选择 模 型 ，进 而输入 圆 加两 个可 旋转坐 标轴 ，工件 一次夹 装即可 以对五 个面 的同时加 工 ， 柱 的高 、 半径。 （ ４ ）新建 刀具 ： 在项 目树中双 击 “ 加工刀具 选 项 ， 也 可 以完 成复 杂空 间 曲面 的高精 度加 工 】 。五 轴机 床通常 有三 种结 弹出 “ 刀具 管理器 对 话框 ，然 后选取 “ 添 加 ”一 铣刀 向导 对 构： （ １ ） 单 转 台单 摆头五 轴联 动机 床；（ ２ ） 双 转台结 构五轴联 动机床； 话框 。由于一把 完整 的铣刀是 由刀 夹、 引伸、切 刀三部 分组成 ，设 （ ３ ）双摆 头五轴联 动机床 。 置 完刀具之 后 ，要进行 刀夹 的设置 ，根据 提示 ，完成一 系列 的刀具 １ ． ２ 五轴 机床的优势 设置。 （ ５ ） 加 工程 序 导入 ： 在项 目树 中 ，双 击 数 控 程 序 ，在 （ １ ）适应范 围广 程 序是可编写式 的 ，因此 当加工不 同零件时 ， “ 配 置 ＮＣ程序 添加 “ ＮＣ程序文 件 按钮 ，然后根 据提示选 择 ， 只 需改变程序 ，不 改动其他设备 。 （ ２ ）加工效率高 数控 设备加工时 根 据编 写的加工 工 艺过 程添 加 的相 应加 工程序 。 （ ６ ）Ｇ 代码 偏置 ： 可 采用较大 的切削量 ，能缩短零件 加工所需要 的时 间。 （ ３ ）产 品有 在 项 目树 中双击 “ Ｇ代码偏 置 ， 将偏 置名 由 “ 机床 零点 改为 “ 工 稳 定的加 工精度 ，提 高了加工 质量 。 （ ４ ） 劳动强度 较低 数控 设备的 作偏 置 ”， 将 寄存器 中的值 由 “ １ 改为 “ ５ ４ ， 单击 “ 添 加 按钮 ， 自动化程度高 ，无 需工人进行繁重 的作业操作 。 完 成 Ｇ 代码 的添加 。 ２ ． ４ 碰 撞千涉检查 的设 定 ２ 五 轴机床的 三维 建模 （ １ ）确定 已选 中的 “ 开 机床仿真 复选框 。在碰撞检 测标签中 ， 对于 ｖ ｅ ｒ ｉ ｃ ｕ ｔ 软件 ，由于 软件 本身 带有 三维建 模 的功能 ， 能 创建 选中 “ 碰 撞检测 复选 框 。在 “ 忽略 在切 刀和毛 料 间的碰撞 下拉 方块 、 圆柱 、 旋转面轮 廓等模型 ， 但是这 些只能创建一些 简单的机床 ， 列表框 中选 择否 。在 “ 碰 撞 间隙文 本框 中输 入 ２ ． ０ 。 （ ２ ）在 机床 对 于五轴机床 ，由于结构形式 的复 杂性 ，采用 ｖ ｅ ｒ ｉ ｃ ｕ ｔ 创 建不能实现 ， 设定 对话框 中，单击 “ 表 标签 ，单击 “ 添加 按钮 。在 “ 位置名 需要在 Ｐ ｒ ｏ ｅ 中创 建 机床 模 型 ，然 后在 导 入 到 ｖ ｅ ｒ ｉ ｃ ｕ ｔ 中 。在 ｖ ｅ ｒ ｉ ｃ ｕ ｔ 下拉列表框 中选择 初始机床位置 。 在“ 子 系统 名下拉 列表框中选择 １ 。 中机床部 件一般都 是相对于 机床坐标 系创建 的。在 Ｐ ｒ ｏ ｅ的机床模型 在 “ 值 ”文 本框 （ ３ ）在机 床设定对 话框中 ，单 击行程极 限标签 ，选 上 创建合 适 的坐标 系 ，将会 降低导 入过程 可能 出现 的仿 真模 型的错 中超程错误复选框 。 误 。还应该 注意在 Ｐ ｒ ｏ ｅ 中创建 完模型之 后 ，保存 文件 的格 式 ，应该 ２ ． ５ 加工仿真 是ｖ ｅ ｒ ｉ ｃ ｕ ｔ 能够识别 的格 式 。 利用 Ｖ ｅ ｒ ｉ ｃ ｕ ｔ 对 叶轮 零件 进行 加工 仿真 。在 仿真 之前 ，通过 面 ２ ． １ 新建一 个项 目文件 板设 定碰 撞 检 查和 行 程检 查 值 ，结合 信 息栏 对 仿真 进 行分 析 和 检 选择 “ 文件 ”一“ 新项 目” “ 毫米 ，写入你要 建立的文件 的名 测 。 字 。根据 加工 的仿真 要求 ，在项 目树文 件中对 项 目树写 的各项 ，如 数 控系统 、坐标 系统 、加工 刀具等进行相应 的设置。 ３ 结束语 ２． ２ 定 义 机 床 运 动 构 件 本文对 五轴机床的发 展做 了简单 阐述 ， 提 出了五轴机床 的概 念 ， （ １ ）定 义 Ｂ ａ ｓ ｅ 部 件。 由于底座 已经 在 Ｐ ｒ ｏ ｅ 中 画好 了，只需 要 对 比出了五 轴机床 的独 特地位 和优势 。另外 ，还整理 出五 轴机床 建 导入 到 Ｖ Ｅ Ｒ Ｉ Ｃ Ｕ Ｔ软 件就 可 以了 。首 先在 菜单 栏 中点击 显示 机床组 模和 仿真 的开发 思路和 研发成 果。该五 轴机床 以其 方便快 捷和 强大 件 按钮 ， 则 所有的节点就 显示在项 目树 中了。 然后在 Ｂ ａ ｓ ｅ （ ０ ， ０ ， ０ ） 节点 ， 的功能获得 了一致好评 。 点击 鼠标右 键 ， 选择 “ 添加模 型 ， 选择 “ 模型 文件 ， 然后导 出已画 底座模型 。 （ ２ ）右击 Ｂ ａ ｓ ｅ ，点击添加 ｘ线性轴 一 在 “ 位置 文 本中 参考文 献 ： 定 义 ｘ轴 零点 。在 ｘ轴上 ，右击 添加 Ｙ线 性轴 一 在 “ 位 置 文 本中 １ 何 志伟 ． 数控 加 工过程建模 和仿真 的研 究与应 用 ［ Ｊ 】 ． 组合 机床 定义 Ｙ轴零 点。 （ ３ ） 跟 ｘ线 性轴并行 的位 置 ， 定义线性 Ｚ 轴一 在“ 位 置” … 文本 中定 义 Ｚ轴零 点 。 （ ４ ）定义 Ｂ旋 转 轴 。在 Ｙ轴 下 ，右击添 加 与 自动 加 工 技 术 ， ２ ０ ０ ４ （ ０ ３ ） ： ５ － ７ ． Ｂ旋 转轴 （ Ｓ ｐ ｉ ｎ ｄ ｌ ｅ ） ，在 “ 快速 速度 ” 中定义 Ｂ速度 。然 后添加 模 【 ２ 】张健 ， 唐 清春 ， 马仲 亮等 ． 某 离心 式压 气机 叶轮 加工 工艺 的分 型 。右 击 Ｂ旋转 轴 ，点 击主轴 ，定义模 型 ，完 成操作 。定义 Ｃ旋转 析 ［ Ｊ ］ ．汽 轮 机 技 术 ． ２ ０ １ ３ ， ５ ５ （ ０ ３ ） ： ２ ３ ８ － ２ ４ ０ ． 轴 。在 Ｚ轴节点 下添加 Ｃ轴 ， （ ５ ）定义 Ｔ ｏ ｏ ｌ 轴 。在 Ｓ ｐ ｉ ｎ ｄ ｌ ｅ轴节点 下添加 Ｔ ｏ ｏ ｌ 轴。 （ ６ ）移 动 “ 附属 ”组件 。在 “ 附属 右击选择 剪切 ， 作者 简介 ：李庆 婷 （ １ ９ ８ ９ 一 ），女 ，山 东滕 州人 ，研 究生在 读 ，研 究 粘 贴在 Ｃ轴下 。按照 上述步 骤定义 完成主 要机床 部件 。调入各 轴组 件之前 ，为使 装配 位置不 变 ，在 添加 轴组件 模型 时让其 向方 向移动 方 向 ：五 轴 后 置 处 理 。
五轴联动数控加工中心仿真系统开发应用
五轴联动数控加工中心仿真系统开发应用摘要：本文所涉及的数控加工系统是基于CATIAV5的功能模块建立的，通过对动龙门五轴联动的实体测量、建模、组装和整机模拟，实现数控加工过程的仿真。
同时根据本行业实际生产技术需要，结合VER- ICUTR软件零件切削过程仿真验证优势，建立CATIA与VERICUT两软件平台之间的宏联结，实现将机床运行数控程序过程中的过切、干涉、碰撞和欠切等错误消除在设讣阶段的U的，提高数控加工过程的可靠性。
LI前大型数控五轴联动在科研生产过程中，主要用于进行大型复杂航空零部件与工艺装备制造加工，因空间结构复杂，外形体积大，常出现零件首件过切，未加工到位，机床与零件或工装干涉，模锻件装夹定位不准确和加工超行程等问题，仅凭借数控编程技术人员个人经验，工作量庞大且复杂，难以克服。
针对五坐标数控加丄机床控制系统不具有数控加丄过程的动态模拟仿真功能，笔者结合虚拟制造技术，在计算机辅助制造软件(VERICUT 5. 4)平台基础上，开发了数控加工机床仿真系统模块。
该仿真系统可以在\C代码的驱动下运行，用以观察数控机床部件运动和零件的加工成形过程中空间运动状况，验证加工程序G 代码的正确性，防止实际加工过程中干涉和碰撞等故障发生。
该系统旨在以五坐标数控机床为验证工作机，研究FIDIA C20控制系统的驱动工作原理，建立数控加工中心仿真工作平台，进行典型回转曲轮轴和蒙皮锻金工艺装备五轴联动铳切的加工过程模拟。
涉及到仿真工作环境下的大型工艺装备装夹定位，确定数控参数库，模拟数控加工程序的运行过程等。
一、开发研究过程1.五坐标数控加工中心加工仿真系统技术研究比较同类型仿真系统现状，LI前技术能力可以建立儿何仿真系统，模拟计算刀具切削速度、切削量和切削时间等。
(1)软件系统研究方案制定与基础工作调试准备。
①方案制定：首先将VERICUT与CATIA软件功能模块测试验证联接;然后建立五轴联动数控加工中心机床结构与运动关系分析;最后生成五轴联动数控加工中心模拟系统。
基于VERICUT的双转台五轴数控微型铣床建模和仿真
选取如图 4 所示的人脸模型在 UG 软件中进行 CAM 加工，毛坯选用 30mm × 40 mm × 37 mm 的亚克 力方料。粗加工采用型腔铣，刀具 4mm 立铣刀，刀刃 长大于 20mm，步 距 恒 定 为 1mm，全 局 每 刀 深 度 为 1mm，加工余量为 0. 5mm； 精加工采用可变轮廓铣， 刀具 3mm 球铣刀，刀刃长大于 10mm，采用表面积驱 动方法（ 驱动曲面为一平面截得球面的一部分） ，加 工余量为 0。
中图分类号： TG659
文献标识码： A
Modeling and Simulation of Five-axis NC Milling Machine with Dual Rotary Tables Based on VERICUT
LI Fang1 ，LIU Kai2 ，WANG Hao2 ，ZHAO Dong-biao2 （ 1． Jincheng College，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 211156，China； 2． College of Mechanical and Electrical Engineering，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016，China） Abstract： NC machining simulation can visually simulate the process of NC machining，verify the NC program，analysis the machinability of the parts and the rationality of the w orking procedure，and therefore shorten the product development cycle． In the UG softw are the three-dimensional model of the fiveaxis NC milling machine is established． Five-axis NC machining program of the face processing model is generated w ith the use of CAM module． Based on the VERICUT softw are the simulation environment of the five-axis NC milling machine w ith dual rotary tables is built and the processing simulation of the face model is carried out． The virtual simulation is verified by the actual processing． The research on five-axis NC machining technology can be further carried out w ith the virtual platform of the NC milling machine． Key words： VERICUT； simulation； five-axis linkage； NC machining
五轴联动数控加工中心仿真系统开发应用
靠 ，注 射 出 的 塑 件 尺 寸 精 度 高 ，表 面 平 整 、 光 洁 ，无 任 何 影 响外 观 的 缩 印 、 熔 接 痕 、 银 丝 、 飞 边 和 变 形 等 工 艺 缺 陷 ，达 到 了满 意 的效 果 。
（） 成 型 镶 块 和 浇 口 系 统 零 件 的 分 型 面 不 允 许 低 于 模 板 ３
比较 同类 型 仿 真 系统 现 状 ，真 系统 ，模 拟计 算刀具切削速度 、切削量和切削 时间等。
方 便 ，而 且 动 、 定 模 芯 装 配 也 很 到 位 ，避 免 错 位 的 发 生 。 动 套 板 、 定 模 芯 装 配 时 留 有 Ｏ５ ｍ 的 间 隙 ， 以 方 便 检 测 动 、 定 ．ｍ
模 芯是否完全 装配 到位 ，同 时有 利于排气 。其他零 部件 的配
模 工 艺按 常规 工 艺 进 行 即 可 。 这 样 ，整 个 模 具 的 实际 配 模 时 间 比 以 前 大 大 缩 短 ，只 需 要 几 天 的 时 间就 可 完 全配 好 一 副 模 具 。
（）推杆 在推杆 固定板 中应灵活转 动 ，允 许其轴 向窜动 ７
一
、
开 发 研 究 过 程
床仿真 系统 模块 。该 仿真系统 可 以在 Ｎ Ｃ代码 的驱动 下运 行 ， 用 以观察 数控机床部 件运动和 零件 的加工成形 过程 中空间运 动状况 ，验 证加工程 序 Ｇ代码 的正确性 ，防止 实际加 工过 程
Ｉ 坐标 数 控 加 工 中心 加 工 仿 真 系统技 术 研 究 ． 五
过程等。
作量庞大且复杂 ，难 以克服 。
针 对 五 坐标 数 控 加 工 机 床 控 制 系 统 不 具 有 数 控 加 工 过 程 的 动 态 模 拟 仿 真 功 能 ，笔 者 结 合 虚 拟 制 造 技 术 ，在 计 算 机 辅 助 制 造 软 件 （Ｅ ＩＵ ．） 平 台 基 础 上 ，开 发 了 数 控 加 工 机 Ｖ ＲＣ Ｔ ５ ４
基于VERICUT虚拟五轴机床建模及应用
图 １ 在 组 件 中建 立 组件
以此 方式 建 构 组 件 时 ，首 先 在组 件 模 块 下将 新 零 件 内定 基 准平 面 Ｆ Ｒ Ｏ Ｎ Ｔ、 Ｒ Ｉ Ｇ Ｈ Ｔ、 Ｔ Ｏ Ｐ定 位 到 现 变
更 的 组 件上 ，然 后 再逐 一 绘 制 实 体 或 曲 面 等 特 征 到
此零 件 上 。
来 的方 式 已无 法 满 足及 达 到 此 需求 ，因此 在 设 计 机 构模 型 时 ， 势 必要 使 各 零 件 间产 生 父 子关 系 ， 以达 到 机构 模 型 同步 变更 的效 果 。 Ｔ ｏ ｐ — ｄ ｏ ｗ ｎ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ在 Ｐ ｍ／ Ｅ系统 中常 用 于 组 件 及 配合 件 的设 计 中 ，其 有 两 种基 本 的设 计 方 式 ： （ １ ） 直
三个 系 统 的 资 料 ， 在 Ｐ ｍ／ Ｅ系 统 下 设 计 利 用 Ｔ ｏ ｐ — ｄ ｏ ｗ ｎ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ的 观 念来 设 计 机 构模 型 和工 件模 型 ， 再 由Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ＭＩ Ｌ Ｌ系统 来设计 Ｎ Ｃ程 序 ， 最 后利 用 Ｖ Ｅ Ｒ Ｉ — Ｃ Ｕ Ｔ系统 来 整合 前 述 两 者及 Ｖ Ｅ Ｒ Ｉ Ｃ Ｕ Ｔ的 资 料 ， 让 使 用 者 可 以得 到 五轴 机 床和 Ｎ Ｃ加 Ｔ模拟 结果 。
因为 传统 三 轴 机 床 的诸 多 限制 ，如 使用 上 刀 长
的 限制 、 静 点切 削 及 加 Ｔ斜 面 效 率 较差 ， 故无 法满 足 日益提 高 的精 度及 复 杂 的 空 间几 何 形状 的加 质量 需求 。随 着数控 机 床加 工 技 术的不 断 革新 ， 五 轴机 床 加 工 已逐 渐取 代 传 统 三轴 机 床 。 虽然 五轴 机 床 可 以
VERICUT7.2构建五轴机床模型及仿真加工过程分析
Ｉ ｃ Ａ Ｄ ／ ｃ Ａ Ｍ ， ， ｃ Ａ Ｐ Ｐ 应 用
Ｖ Ｅ Ｒ Ｉ Ｃ Ｕ Ｔ ７ ． ２构建五轴机床模型及 仿真加工过程分析
许 昌烟 草 机 械 有 限责 任 公 司机 Ｎ －分 厂 （ 河南 ４ ６ １ ０ ０ ０ ） 王 红 宾
随着 数 控 技 术 的 快 速 发展 及 广泛 应 用 ，机 械 加 ＿ Ｔ零 件 的复 杂 程 度 及精 度进 一 步提 高 ，各 种 合 金 材
Ｅ ＭＥ Ｎ Ｓ Ｎ Ｘ８ ． ５软件 中根 据机 床 的 实 际结 构 尺寸 去 建 立机 床模 型 了。要 注 意 的是 在 Ｎ Ｘ ８ ． ５软件 中建 立 的
知道 了机床 的各 项结 构 技 术 参 数 ，就 可 以在 Ｓ Ｉ —
参 磊 工 。 籼
： 麓 茹 ７ ３
机床 模 型组件 导入至 Ｖ Ｅ Ｒ Ｉ Ｃ Ｕ Ｔ ７ ． ２软件 中后 ，就
可 以 根据 Ｈ Ｐ Ｍ １ １ ５ ０机 床 的实 际 状 态 在 Ｖ Ｅ Ｒ Ｉ Ｃ Ｕ Ｔ ７ ． ２ 软 件 中去建 立 仿 真机 床 模 型 ，首 先 在 “ 控 制 ” 选 项 里 为 机床 选择 控 制 系统 ，Ｈ Ｐ Ｍ１ １ ５ ０五轴 联 动 加 Ｔ 中
Ｖ Ｅ Ｒ Ｉ Ｃ Ｕ Ｔ ７ ． ２仿 真软件 中后无 法 分解 ，从 而无 法建 立 各个 可 以移动 的线性 轴 。机 床 模 型 在 Ｎ Ｘ ８ ． ５软 件 中 建 立 好 之 后 ，保 存 为
“Ｓ Ｔ Ｅ Ｐ或 Ｓ Ｔ Ｌ” 格 式 ， 以便 于 向 Ｖ Ｅ Ｒ Ｉ Ｃ Ｕ Ｔ ７ ． ２
料 、复合 材料 等 一 些 难 加 工 材 料 也 越 来 越 普 遍 ，以
基于Cimatron的五轴数控铣削加工及仿真 毕业设计
毕业论文题目：基于Cimatron的五轴数控铣削加工及仿真诚信声明本人声明：1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。
作者签名：日期：年日毕业设计（论文）任务书题目：基于Cimatron的五轴数控铣削加工及仿真姓名学院专业班级学号指导老师职称教研室主任一、基本任务及要求：1. 叶轮零件的3D设计；2. 加工工艺分析及工艺规程的编制；3. CAM刀路设计及优化；4. 叶轮在VX850-5AX机床（华中HNC-22系统）上数控铣削加工的，NC编程、G代码后置处理及刀路仿真，并进行加工验证；5. 撰写文献综述（3000字、参考文献15篇以上）、开题报告；6. 撰写设计说明书一份(字数15000字以上)；7. 毕业调研及撰写毕业调研报告。
二、进度安排及完成时间：1. 查阅资料、撰写文献综述、撰写开题报告（2.5周）；2. 毕业调研及撰写毕业调研报告（1.5周）；3. 毕业设计（9周），其中：总体方案（1周），叶轮的三维造型（1周），加工工艺分析及工艺规程的编制（2.5周），CAM刀路设计及优化（1.5周），NC编程，G代码后置处理及刀路仿真，加工验证（3周）；4. 撰写毕业设计说明书并将初稿交导师评阅（1.5周）；5. 指导老师评阅、学生修改及打印说明书（0.5周）；6. 评阅老师评阅设计说明书、学生准备答辩（0.5周）；7. 毕业答辩（0.5周）。
目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第1章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2研发背景及意义 (2)1.3数控编程技术的关键技术及仿真技术在国内外的研究状况 (2)1.3.1数控编程技术的关键技术 (2)1.3.2数控仿真技术在国内外的研究状况 (3)1.4 论文的研究内容 (4)第2章叶轮零件的三维造型 (6)2.1概述 (6)2.2叶轮轮毂的创建 (7)2.3叶轮叶片的创建 (8)2.4叶轮的创建 (9)2.5 本章总结 (9)第3章叶轮加工工艺分析及工艺规程设计 (10)3.1 叶轮的加工工艺分析 (10)3.1.1叶轮的结构特点 (10)3.1.2叶轮的加工技术要求 (10)3.1.3叶轮的加工难点 (10)3.2 叶轮的加工工艺规程的设计 (11)3.2.1毛坯的选择 (11)3.2.2 定位基准的选择 (12)3.2.3刀具的选择 (12)3.2.4 机床夹具的选择 (13)3.2.5 切削参数 (14)3.2.6叶轮加工阶段的划分 (15)第4章基于Cimatron叶轮刀具轨迹设计及优化 (17)4.1概述 (17)4.2 叶轮的CAM编程 (18)4.2.1叶轮的五轴加工过程 (18)第5章后置处理&基于VERICUT的加工仿真验证 (28)5.1概述 (28)5.2后置处理 (28)5.3 VERICUT仿真步骤 (28)5.3.1项目初始化 (28)5.3.2建立机床模型和加载控制系统文件 (29)5.3.3安装夹具和毛坯 (31)5.3.4新建刀具和载入加工程序 (33)5.3.5建立坐标系 (36)5.3.6设置G代码偏置 (37)5.3.7仿真演示 (37)5.4刀具轨迹的优化 (38)结论 (40)参考文献 (41)致谢 (42)附录 (43)基于Cimatron的五轴数控铣削加工及仿真摘要：数控加工技术的发展是日新月异，而五轴联动数控加工技术以其特有的优越性在复杂、高精度零件加工方面发挥着越来越重要的作用。
五轴数控机床加工仿真系统的使用教程
五轴数控机床加工仿真系统的使用教程随着数控技术的发展，五轴数控机床在工业制造领域得到了广泛应用。
五轴数控机床可以实现对复杂形状零件的高精度加工，然而，对于使用者来说，如何正确使用五轴数控机床加工仿真系统仍然是一个挑战。
因此，本篇文章将向您介绍五轴数控机床加工仿真系统的使用教程，以便您能够更有效地使用该系统进行加工。
第一步：系统安装与初始化配置在开始使用五轴数控机床加工仿真系统之前，需要先将系统安装在计算机上。
确保计算机的配置满足系统要求，并且已经安装了所需的软件。
安装完成后，您需要进行系统的初始化配置。
点击系统图标打开系统，并按照系统的提示依次进行配置。
这些配置项包括语言选择、单位设置、加工参数等。
您可以根据您的个人需求进行适当的配置。
第二步：模型导入与编辑在使用五轴数控机床加工仿真系统之前，您需要将要加工的零件模型导入到系统中。
系统支持多种文件格式，您可以选择符合要求的模型文件进行导入。
导入零件模型后，您还可以对模型进行编辑。
例如，您可以调整模型的大小、位置和角度，以使其适应加工要求。
您还可以添加切削区域、支撑结构等，以增加加工的准确性和稳定性。
第三步：刀具路径规划与优化在完成模型导入和编辑后，接下来需要进行刀具路径规划与优化。
系统会自动生成一条切削路径，以确保零件能够被准确地加工出来。
您可以通过调整加工参数来优化刀具路径。
例如，您可以设置切削深度、进给速度和转速等参数，以实现最佳的加工效果。
系统会根据您的设置自动调整刀轴的移动轨迹和刀具的角度，以减少加工过程中的误差。
第四步：加工仿真与调试在刀具路径规划与优化完成后，您需要进行加工仿真与调试。
系统会模拟出五轴数控机床的工作状态，实时显示加工过程，并生成加工仿真报告。
您可以通过加工仿真报告来评估加工过程中的误差和稳定性。
如果发现问题，您可以对刀具路径和加工参数进行调整，并再次进行仿真。
通过不断地调试，您可以找到最佳的加工方案，并确保零件能够被准确地加工出来。
5轴新型数控铣床仿真建模的实现
U G 造型软件可以对工件进行实体造型 , 生成工件 加工时的排刀文件 ( . cls) 。该文件采用 X , Y , Z, , 和 的数据格式 , 存储刀具相对于工件坐标系的位 置姿态信息。而并联机床及数控铣床无法直接控制 这 6 个变量 , 因此需要做一接口处理模块 , 把. cls 文 件转化为下平台的 X 和 Y 两个方向上的移动量及 上平台的位置姿态信息 , 进而求出丝杠的杆长量 , 作 为建模参数。 为了减少多次矩阵变换的复杂性, 减少大量变 换矩阵的存储, 采用了矩阵堆栈的技术。存储当前 坐标系后, 利用 UG 处理后的 X , Y 数据量和数控铣 床结 构参 数 化 的数 据 , 由 g lT r anslat ef ( ) 和 aux SolidBox ( ) 等函数完成下平台的建模。同样, 利用 上平台的位置姿态信息、 杆长信息和结构参数, 通过 坐标系的平移旋转变换进行上平台及丝杠的建模。 建模过程中需要反复利用矩阵堆栈的进栈函数 ( g l PushM at rix ( ) ) 、 出栈函数 ( glP opMat rix ( ) ) 构建不 同的实体坐标系, 为实体的创建提供坐标基准。 为了增强虚拟样机的真实感 , 以便对样机进行 评价和修改 , 利用 OpenGL 的渲染功能对 3 维建模 进行色彩、 材质、 纹理、 光照和图形消隐等处理。 由于在加工过程中 , 上平台的位置姿态角处于 不断变化中 , 图像的处理量较大 , 屏幕更新时会出现 闪烁现象。为了解决该问题 , 采用了双缓冲区绘图 方式, 通过交换前后缓冲区的内容 , 消除闪烁现象。 同时利用 OpenGL 提供的显示列表方式 , 在列表中 各构建模型的绘制被预先计算好并放入计算机内存 中 , 需要时可直接调用 , 不必再进行计算。图 4 为实 现的仿真模型, 上平台带有姿态角, 下平台处于工作 台的左前位置。
VERICUT五轴联动数控机床模型建立及加工仿真
VERICUT五轴联动数控机床模型建立及加工仿真撰文/ 台州技工学校黄振沛通过对Mikron_Ucp800五轴数控机床坐标系和运动特征的分析，使用Creo 软件的CAD 模块建立机床中的部件和被加工工件的虚拟几何模型并输出STL 模型，接着让VERICUT 系统可以直接读入机床组件和被加工工件模型资料进入系统，完成机床在VERICUT 中的虚拟建模。
然后对机床组件模型、工件模型、NC 程序、刀具资料及工作坐标系等资料进行整合，对后处理程序产生五轴加工程序进行仿真验证，证明了后处理程序的正确性。
一、引言近年来，许多医疗设备，航空零部件，汽车零部件和模具都需要具有较高的精度和复杂的空间几何形状，使得五轴加工越来越重要，但是因为五轴机床具有自由度大，精度高且承受不了碰撞的特点，因此五轴机床在执行切削加工前，必须进行切削模拟测试。
鉴于此，我们设计了一个五轴机床机构的运动仿真模型，并使用这个机构模型进行数控刀具路径的仿真模拟。
首先，由Creo 设计该五轴机床的机构模型和工件模型，通过CAM 软件设计五轴加工NC 代码，然后再通过VERICUT 仿真模拟软件整合两者资料并构建刀具资料后，即可开始五轴加工仿真模拟，通过这样的方式将Creo、CAM 软件和VERICUT 软件三种软件中的五轴机床资料整合在一起，使用户可以看到五轴机床的运动仿真场景的结果，并切削模拟，还能让使用者在NC 加工程序之后，可以更容易且更快地获得切削加工仿真的结果。
二、建模仿真用的机床各部件1. 机床结构该机床型号UCP800，是双摆台五轴联动立式加工中心，本机床配备X、Y、Z、A 和C 轴，是一款A 轴绕X 轴旋转，C 轴绕Z 轴旋转的五轴加工中心。
各轴行程如下：X 轴行程800mm,Y 轴650mm，Z 轴500mm，A 轴-100°～120°，C 轴0 ～360°，各轴相对初始位置关系，由于机床模型的复杂性，我们首先利用Creo 三维软件构建三维机床，并且以组件形式逐个输出STL 格式模型文件，需要注意输出组件模型时的参考基准坐标系，此参考坐标系相当于导入VERICUT 中的坐标系原点，如图1 所示。
五轴数控加工仿真研究
五轴数控加工仿真研究五轴数控加工仿真研究是目前数控加工领域中的一项重要研究。
本文将对五轴数控加工仿真研究进行简单介绍。
五轴数控加工是一种实现零件复杂曲面加工的高级数控加工技术。
这种加工方式相对于传统的三轴加工而言，具有更强的适应性和灵活性。
它可以通过调整各个轴向的运动来实现复杂曲面的加工，旋转型曲面的加工，空间曲线的加工等多种加工方式。
因此，它在航空航天、船舶制造、模具制造等领域有着广泛的应用。
五轴数控加工仿真研究主要是通过建立数学模型和仿真实验，探究五轴数控加工的加工过程和加工精度。
五轴数控加工涉及多个轴向动作，操作难度大，在实际的生产过程中易出现加工误差或不合格品率升高等情况。
五轴数控加工仿真可以减少实验成本，提高生产效率，同时也可以探究加工过程中的问题，提高加工精度和质量。
目前，五轴数控加工仿真主要分为三种类型：虚拟加工仿真、数学仿真和实时仿真。
虚拟加工仿真通过建立数学模型，并对加工系统进行仿真，探究加工过程和系统性能。
数学仿真则依托数学建模，来研究加工过程和加工精度等问题。
实时仿真则通过实时监测成型过程的每一个细节，来控制和优化加工过程。
五轴数控加工仿真研究的主要挑战之一是尽可能减少仿真结果与实际生产之间的误差。
此外，仿真需要考虑多个因素，如加工材料、刀具、切削参数等，以产生最终的仿真结果。
同时，仿真需要考虑五轴链式反应的因素，以及如何在有限时间内优化加工路径，减少不必要的机床动作，提高加工效率。
五轴数控加工仿真研究将对提高五轴数控加工的生产效率和加工精度有着重要的作用，同时也可为后续的五轴数控加工研究提供有益的支持和指导。
在五轴数控加工仿真研究中，有许多数据需要进行收集和分析。
以下是相关数据及其分析：1. 加工材料数据：包括硬度、弹性模量、材料密度等。
这些数据可以用于确定适合于特定材料的工艺参数和切削参数，并可以优化加工路径和减少机床动作，并提高加工效率和精度。
2. 刀具数据：包括刀具材料、刀具尺寸、刀具形状、刀具磨损等。
基于vericut的五轴数控机床虚拟仿真实验平台设计
ｄｏｉ:１０.１６５７６/ｊ.ｃｎｋｉ.１００７－４４１４.２０１９.０５.０６０基于ＶＥＲＩＣＵＴ的五轴数控机床虚拟仿真实验平台设计∗覃羡烘(广东理工学院ꎬ广东肇庆㊀５２６１００)摘㊀要:应用虚拟仿真技术ꎬ基于ＶＥＲＩＣＵＴ仿真软件建立机床的虚拟仿真加工系统ꎬ通过对双转台五轴数控机床虚拟仿真实验平台进行设计并对试件进行仿真加工ꎬ得出该实验平台设计能够快速㊁准确的检验ＮＣ程序的正确性ꎬ预知零件的加工过程ꎬ对可能出现的干涉㊁碰撞等危险情况作出预判ꎬ并进行改进ꎬ从而为五轴数控机床的高效㊁安全应用提供可靠保障ꎮ关键词:五轴机床ꎻ结构分析ꎻ虚拟仿真ꎻ控制系统中图分类号:ＴＨ１６４㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:１００７－４４１４(２０１９)０５－０１８６－０４ＤｅｓｉｇｎｏｆＶｉｒｔｕａｌＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔＰｌａｔｆｏｒｍｆｏｒＦｉｖｅＡｘｉｓＮＣＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌＢａｓｅｄｏｎＶＥＲＩＣＵＴＱＩＮＸｉａｎ－ｈｏｎｇ(ＧｕａｎｇｄｏｎｇＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＣｏｌｌｅｇｅꎬＺｈａｏｑｉｎｇＧｕａｎｇｄｏｎｇ㊀５２６１００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＶＥＲＩＣＵＴｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅꎬａｖｉｒｔｕａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍａｃｈｉｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍｆｏｒｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｖｉｒｔｕａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ.Ｔｈｒｏｕｇｈｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｖｉｒｔｕａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｐｌａｔｆｏｒｍｆｏｒｆｉｖｅ－ａｘｉｓＣＮＣｍａ￣ｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓｗｉｔｈｄｏｕｂｌｅｔｕｒｎｔａｂｌｅꎬｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｆｔｈｅｔｅｓｔｐｉｅｃｅｓｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔꎻｉｔｉｓｃｏｎｃｌｕｄｅｄｔｈａｔｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｐｌａｔｆｏｒｍｃａｎｑｕｉｃｋｌｙａｎｄａｃｃｕｒａｔｅｌｙｖｅｒｉｆｙｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓｏｆＮＣｐｒｏｇｒａｍꎬｐｒｅｄｉｃｔｔｈｅｍａｃｈｉｎｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｐａｒｔｓꎬｐｒｅｄｉｃｔａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｏｓｓｉｂｌｅｄａｎｇｅｒｏｕｓｓｉｔｕａｔｉｏｎｓｓｕｃｈａｓｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅａｎｄｃｏｌｌｉｓｉｏｎꎬｓｏｉｔｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｒｅｌｉａｂｌｅｇｕａｒａｎｔｅｅｆｏｒｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｓａｆｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｆｉｖｅ－ａｘｉｓＣＮＣｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｆｉｖｅ－ａｘｉｓｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌꎻｓｔｒｕｃｔｕｒａｌａｎａｌｙｓｉｓꎻｖｉｒｔｕａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎꎻｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ０㊀引㊀言五轴数控机床柔性好㊁加工精度高ꎬ能适应复杂零件的高效㊁高精度加工应用[１－３]ꎮ但由于五轴机床加工时各运动轴位姿复杂ꎬ使得ＮＣ程序的正确性无法通过人工来识别ꎬ尤其在试件加工时ꎬ不仅大大降低了机床使用效率ꎬ也给机床安全性带来不可预知的风险ꎮ本设计主要对双转台五轴数控机床虚拟仿真实验平台进行了设计ꎮ由双转台五轴数控机床硬件设计和虚拟仿真实验平台两部分构成ꎮ双转台五轴数控机床主要实现五轴联动加工ꎬ展示其加工的便捷性ꎬ同时配以仿真用于教学所用ꎬ向学生展示加工过程并让学生从中学习ꎬ达到理论运用到实践中的作用ꎬ提升了学生的技能操作能力ꎮ１㊀机床床身结构分析关于双转台五轴数控机床的特性ꎮ该机床由众多零部件组成ꎬ主要由双转台㊁电机＋丝杆传动机构㊁电机＋带传动机构等组成ꎮ其大致结构图见图１ꎮ机床的结构采用龙门结构ꎬ之所以采用龙门结构ꎬ主要是龙门结构制作相对简便ꎬ结构稳定ꎬ并且能够承受较大的负载ꎮ并且在机床加工时ꎬ操作者能够方便观察到工件的加工进度ꎬ方便工件加工操作员能够及时修正ꎮ如图２所示ꎮ图１㊀双转台五轴数控㊀㊀㊀㊀㊀图２㊀龙门结构机床结构㊀㊀机床背部设计采用折形挡板ꎮ在可以阻挡双转台五轴数控机床加工工件时产生的铁丝铁屑以外ꎬ还可以腾出多余的空间在机床的背面安放伺服电机驱动器ꎮ如图３所示ꎮ同时ꎬ为了伺服电机驱动器与伺服电机更好的连接ꎬ在机床的一侧铣通了一个导线通口ꎬ便于整理机床上的电机与伺服电机驱动器间导线的连接ꎮ如图４所示ꎮ两侧床身夹板上则加导轨在顶部ꎬ同时利用滚珠丝杆传递动力ꎬ实现机床其中三轴的运动并确立运动方向ꎮ６８１ ∗收稿日期:２０１９－０８－２６作者简介:覃羡烘(１９８３－)ꎬ女ꎬ广西平南人ꎬ工程硕士ꎬ讲师ꎬ高级技师ꎬ研究方向:机器人㊁先进制造技术㊁机械制造ꎮ图３㊀机床背侧视角㊀㊀㊀㊀㊀图４㊀侧面导线通口㊀㊀在双转台的设计上ꎬ大转台设计成呈凹型的结构ꎬ如图５所示ꎮ大转台设计成凹型的目的有两个ꎮ第一ꎬ凹型大转台的设计结构可以在一定程度上降低小转台与刀具之间的相对高度ꎬ同时可以增大进给方向上刀具加工的活动范围ꎬ以免一开始装夹工件的时候刀具和工件之间距离过近ꎬ不利于工件的装夹固定和加工ꎻ第二ꎬ在加工时ꎬ凹型结构可以适当地防止大转台转动或刀具进给加工切削的时候容易对大转台产生碰撞导致大转台的损坏ꎮ小转台加工成可拆 工 字型ꎬ目的为了节省小转台材料ꎬ并且可以通过平型带连接来控制小转台转动ꎮ在小转台顶部分别加工了四个通槽ꎬ槽与槽之间成９０ʎꎬ通槽有一定的长度ꎬ以应对需要加工的大小不一的毛坯ꎮ在通槽上加上小顶尖并以螺钉固定ꎬ通过这种方法来固定工件ꎮ如图６所示ꎮ图５㊀凹型大转台㊀㊀㊀㊀㊀㊀图６㊀转台小顶尖图７㊀进给机构图㊀㊀在进给机构上ꎬ把主轴电机座设计成凹型带孔结构ꎬ不但可以减少材料的使用和减轻进给机构自身重量ꎬ并且可以配合小夹片用以固定刀具夹具ꎮ通过小夹片与主轴电机座的螺纹衔接的位置不同ꎬ可调整主轴电机的初始高度ꎬ从而进一步避免刀具距离工件过低的情况ꎬ同时在主轴电机座侧面开一定数量的通槽可方便主轴电机引线的绕出ꎬ避免在机床进行运作时ꎬ主轴电机引出的导线卡在机床上ꎮ如图７所示ꎮ承载主轴电机座的导轨滑块座设计成三角形结构ꎬ其优点有两个:①三角形结构自身具有稳定性ꎬ使得机床运转时ꎬ导轨滑块座不易变形ꎬ以避免加工的时候ꎬ工件产生误差ꎻ②可以节省导轨滑块座的材料ꎬ并且方便小夹片调整位置ꎮ２㊀虚拟仿真实验平台设计在本设计中ꎬ引入ＶＥＲＩＣＵＴ数控加工仿真软件ꎬ是因为它可以仿真不同种的ＣＮＣ系统ꎬ不仅可以仿真ＣＡＤ/ＣＡＭ进行后处理的ＮＣ程序ꎬ还可以对刀位仿真ꎬ并且ＶＥＲＩＣＵＴ这款虚拟仿真软件还可以实现与ＣＡＴＩＡ㊁ＭａｓｔｅｒＣＡＭ㊁ＵＧ㊁Ｐｒｏ/Ｅ等众多工程软件进行嵌套运行[４－６]ꎮ如图８为虚拟仿真软件ＶＥＲＩＣＵＴ的基础工作界面图ꎮ图８㊀虚拟仿真软件ＶＥＲＩＣＵＴ基础工作界面㊀㊀图８中最左侧所示为基本工作区ꎬ可以对坐标系统㊁Ｇ代码偏置㊁刀具㊁数控程序㊁工位等等基础属性进行设置ꎮ而中间部分为工件夹具与工件的一个放大图ꎬ可以使操作者便于对工件进行观察㊁编辑ꎮ右侧所示则为机床的模型ꎬ也是该软件进行仿真动画时最直观的一个仿真动画窗口ꎮ３㊀ＶＥＲＩＣＵＴ简单仿真操作设置打开ＶＥＲＩＣＵＴ虚拟仿真软件ꎬ可以看到整个软件的布局ꎬ针对平时每个人所用的建模软件的不同ꎬ建模习惯的不一样ꎬＶＥＲＩＣＵＴ可以提供与用户平时所使用的建模软件一样的操作习惯ꎬ如Ｐｒｏ/Ｅ㊁ＵＧ㊁ＣＡＴＩＡ等等ꎮ设置好用户的操作习惯后ꎬ用户可以通过文件－打开－捷径－样本ꎬ来选择自己需要使用到的虚拟仿真加工机床ꎬ以三轴ＦＡＮＵＣ数控机床为例并进行设置ꎮ载入之后用户可以看到软件自带的三轴ＦＡＮＵＣ数控机床㊁毛坯㊁毛坯夹具和其自带的加工程序ꎮ用户可以通过点击软件页面上的仿真按钮即可对其进７８１行仿真ꎮ如图９所示ꎮ图９㊀仿真效果图㊀㊀对软件自带虚拟仿真机床可以达成要求的ꎬ用户想加工的零件ꎬ用户可以通过点击左侧模型树里面的Ｆｉｘｔｕｒｅꎬ可以删掉或者更改用户自己所需的工件夹具ꎬ同时在Ｓｔｏｃｋ中删掉系统自带的毛坯ꎬ更改用户需要加工的毛坯ꎮ然后用户可以通过右键点击Ｓｔｏｃｋ－添加模型－模型文件ꎬ来添加用户已经建好模型并且所需要仿真加工的毛坯ꎮ如图１０所示ꎮ创建好毛坯模型后ꎬ用户需要设置机床的加工零点Ｐｒｏｇｒａｍ＿Ｚｅｒｏ与程序加工零点重合ꎬ否则会出现加工错误ꎮ用户可以通过右键点击Ｐｒｏｇｒａｍ＿Ｚｅｒｏ显示ꎬ可以看到数控机床的加工零点ꎮ通过点击位置使得选择项底色变成黄色ꎬ再在毛坯上捕捉被加工件的程序零点ꎬ使得两个程序零点重合ꎮ如图１１所示ꎮ图１０㊀添加需要加工㊀㊀㊀图１１㊀机床加工零点与程的毛坯序加工零点㊀㊀用户设置完机床加工零点后ꎬ就可以设置毛坯所需要加工的刀具的规格ꎬ通过右键点击左侧的加工刀具－刀具管理器－Ｃｕｔｔｅｒꎬ便可以进入刀具编辑画面ꎬ编辑刀具ꎮ当用户建立好所需使用的刀具后ꎬ便可以通过右键数控程序－添加数控程序文件导入自己编写或通过软件如ＵＧ等软件生成的Ｇ代码程序进行工件模拟仿真切削ꎮ如图１２㊁图１３所示ꎮ用户导入了自己编辑的加工程序以后ꎬ可以通过点开信息－数控程序来观看检查是否自己编辑的加工程序ꎬ并且可以看到数控机床进行仿真时每一段程序所对应的加工工步ꎮ当检查完数控机床所用程序无误时ꎬ通过点击机床重置按钮后即可进行仿真ꎮ仿真时ꎬ用户可以通过调整仿真的速度来观察程序每一步的加工画面ꎮ如图１４㊁图１５所示ꎮ图１２㊀添加数控程序㊀㊀㊀图１３㊀添加数控程序步步骤第一步骤第二步㊀㊀图１４㊀仿真界面图１５㊀机床仿真过程图４ 创建自己的双转台五轴数控机床仿真模型在ＶＥＲＩＣＵＴ上进行机床加工仿真ꎬ首先需要按照以下步骤进行ꎮ构建机床模型ң转换模型格式ң导入到仿真软件中设置ң导入毛坯ң编写程序并导入ң进行仿真ꎮ利用ＳｏｌｉｄｏＷｏｒｋｓ对双转台五轴数控机床进行模型构造[７－８]ꎬ主要绘制双转台五轴数控机床中Ｘ轴㊁Ｙ轴㊁Ｚ轴㊁Ａ轴㊁Ｃ轴这五个加工时所用到的直角坐标系上的载体模型ꎬ并且将所会模型图保存为ＳＴＬ格式的零件图ꎬ然后通过文件－新项目指令打开机床编辑界面ꎬ再通过工位－数控机床－机床－右击Ｂａｓｅ－添加模型－模型文件ꎬ寻找到用户自己绘制的机床模型文件夹ꎬ并导入机床床身模型ꎬ如图１６ꎮ图１６㊀导入机床床身㊀㊀随后添加与五轴相关的零部件ꎬ并对直角坐标系上的五个轴进行父子级的从属关系的编辑ꎬ达到五轴的联动效果ꎮ由双转台五轴数控机床的模型中可知ꎬ８８１顶部导轨属于负责Ｘ轴方向运动的主要零部件ꎬ而导轨滑块座属于Ｙ轴方向运动的主要零部件ꎬ并且从属于Ｘ轴方向运动的顶部导轨ꎬ而主轴电机座则属于Ｚ轴方向运动的主要零部件ꎬ同时从属于Ｙ轴方向运动的导轨滑块座ꎮ即Ｚ轴为Ｙ轴的子附属关系ꎬＹ轴为Ｘ轴的子附属关系ꎮ而对双转台而言ꎬＣ轴上的小转台则是从属于Ａ轴上的大转台ꎬ即Ｃ轴为Ａ轴的子附属关系ꎮ在ＶＥＲＩＣＵＴ上所简历的关系图ꎮ如图１７所示ꎮ建立好机床坐标系各轴之间的从属关系后ꎬ便需要为机床添加控制系统和坐标轴基准部件而本设计中的机床为五轴机床ꎬ以海德汉五轴数控系统为例ꎬ通过打开控制－控制系统库－ｈｅｉ５３０即可构建海德汉的五轴控制系统ꎮ图１７㊀五轴之间的从属㊀图１８㊀构建坐标轴基准部件关系构建㊀㊀建立好控制系统后ꎬ就需要添加相应的坐标轴基准部件ꎬ构建合理的运动关系ꎬ即构建Ｘ轴为导轨滑块座㊁Ｙ轴为顶部导轨㊁Ｚ轴为主轴电机座㊁Ａ轴为大转台㊁Ｃ轴为小转台ꎮ同时在构建好运动关系后设置好加工时刀具的规格如刀具直径等ꎬ编写好所需加工零部件的程序ꎬ并导入相应的加工程序ꎮ如图１８~２０所示ꎮ图１９㊀添加主轴和刀具㊀㊀㊀㊀㊀图２０㊀刀具设置㊀㊀导入数据编程后ꎬ观察所编写程序是否有误ꎬ加工是否按照 先粗后精 的原则ꎮ若有误则需及时修改ꎮ在确认加工程序无误后ꎬ按照加工所需零件的规格ꎬ添加相应的主要加工的毛坯ꎬ即可开始仿真ꎮ毛坯进行虚拟仿真之后的效果图如图２１所示ꎮ图中深色部分即为双转台五轴数控机床模拟铣削部位ꎮ图２１㊀毛坯仿真结果图５㊀结㊀语主要对双转台五轴数控机床虚拟仿真实验平台进行了设计ꎮ完成了传动部件的选择㊁双转台五轴数控机床的机构设计㊁电机的选择㊁机床床身的加工方案设计ꎬ最后将设计好的双转台五轴数控机床配合虚拟仿真软件ＶＥＲＩＣＵＴ进行仿真ꎬ实现其功能ꎮ双转台五轴数控机床虚拟仿真实验平台主要是应用在教学的用途上ꎬ为更充分地了解双转台五轴数控机床的构造与工作方式提供了方便ꎮ参考文献:[１]㊀杨金凤ꎬ钟成明.数控加工工艺装备[Ｍ].北京:机械工业出版社ꎬ２０１０.[２]㊀张㊀颖ꎬ王华桥.数字化设计制造仿真与模拟下册[Ｍ].北京:机械工业出版社ꎬ２０１０.[３]㊀赵长明.数控加工工艺与设备[Ｍ].北京:高等教育出版社ꎬ２００３.[４]㊀李业农.数控机床及其应用[Ｍ].北京:国防工业出版社ꎬ２０１０.[５]㊀倪祥明.数控机床及数控加工技术[Ｍ].北京:人民邮电出版社ꎬ２０１１.[６]㊀施晓芳.数控加工工艺[Ｍ].北京:电子工业出版社ꎬ２０１１.[７]㊀蔡有杰.数控编程及加工技术[Ｍ].北京:中国电力出版社ꎬ２０１１.[８]㊀王明红.数控技术[Ｍ].北京:清华大学出版社ꎬ２００９.９８１。
五轴加工仿真技术在实训教学中的应用
五轴加工仿真技术在实训教学中的应用
随着数控技术的发展，五轴加工仿真技术也越来越普及，成为了数控加工的重要组成
部分。
在实训教学过程中，五轴加工仿真技术的应用，能够有效地提高学生的实际操作能
力和技术水平，具有重要的意义。
首先，五轴加工仿真技术能够帮助学生更好地理解数控机床的操作流程。
通过仿真软
件的模拟操作，学生可以在无风险的情况下，了解数控加工中每一个步骤的操作方法和注
意事项。
同时，学生可以随时调整操作参数，观察加工过程中的变化，进一步加深对数控
机床的操作原理和加工技术的理解。
其次，五轴加工仿真技术能够帮助学生更加准确地编写加工程序。
在五轴加工中，加
工路径非常复杂，极易产生误差。
通过仿真软件，学生可以先预设加工参数，然后在软件
中模拟加工过程，根据仿真结果调整程序参数，从而减少误差。
这样能够提高加工质量和
效率，减少废品率，节约加工成本。
最后，五轴加工仿真技术能够提高学生的技术水平。
数控机床的操作技术是实践性强
的技术，需要学生经过大量的实际操作才能掌握。
而在实验室中，由于实际机床资源有限，学生的操作时间和机会是比较有限的。
通过仿真软件的操作，学生可以连续地进行大量的
仿真操作，加快技能的掌握和提高效率。
同时，学生还可以练习加工路径的规划和仿真，
深化对加工流程和加工技术知识的了解和掌握。
VERICUT软件构建五轴机床仿真模型的方法及应用
VERICUT软件构建五轴机床仿真模型的方法及应用摘要：文章以数控仿真软件VERICUT为开发平台，以企业内一台五轴加工机床UCP600为例，探讨了构建五轴机床仿真模型的方法和步骤，并针对典型零件叶轮，进行了数控程序仿真、优化和试切加工，实际验证仿真系统的有效性，提高了企业五轴设备的加工效率和可靠性。
关键词：数控加工；仿真软件；五轴机床1 概述五轴联动加工常用来加工连续、平滑的自由曲面，能够有效提高曲面的加工精度、质量和效率，在加工复杂曲面类零件方面具有很大优势。
但五轴机床加工程序复杂，刀具路径和机床各组成部件的位置关系不直观，在加工过程中，容易发生干涉，碰撞，严重时甚至会损坏机床，造成重大损失。
VERICUT是美国CGTech公司开发的一款数控加工过程仿真软件，具有数控程序验证、机床加工模拟、程序优化等多种功能，尤其适合五轴或车铣复合机床的仿真加工，能避免机床碰撞、消除程序中的错误并优化切削过程，提高加工效率、延长刀具寿命，达到降低加工成本的目的。
文章针对企业一台五轴加工机床UCP600为实施对象，在VERICUT软件上建立机床的仿真模型，进行数控程序的仿真和优化，并在机床上试切加工，取得较好的效果。
2 五轴机床仿真模型的建立机床仿真模型的建立是进行机床仿真的关键。
建立机床仿真模型的一般步骤为：建立机床的运动模型；添加机床各部件几何模型，建立刀具库，配置控制系统等。
2.1 分析机床结构，确定机床运动链UCP600机床属于工作台回转+摆动的五轴加工中心，结构模型如图1所示。
机床工作台可绕A轴和C轴转动，机床刀具安装在主轴上，主轴通过立柱沿Z向运动，立柱连接滑台实现Y向运动，刀具-主轴-Z向立柱-Y向滑台形成了刀具传动链。
毛坯和夹具在工作台上装夹，可绕C轴360°转动，工作台与A轴转台连接，可以绕A轴摆动；A轴转台与X向滑台连接，实现X方向运动，工件-夹具-C轴工作台-A轴转台-X 向滑台形成了工件传动链。
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关键词：数控铣床；参数；并联机床；工作空间；仿真
中图分类号：ＴＧ５４：ＴＰ３９１．７２
文献标识码：Ａ
Ｒ船豫ｒｃｈ ｏｎ ５一ＤｏＦ ＮＣ ｍｉｌｌｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｓｉｍｕｌａｔｊ佃ｍｏｄｅｌｉｎｇ
ＷＡＮＧ Ｒ＂ｉ，ＺＨＯＮＧ Ｓ＾ｉ—ｓ＾ｅｎｇ，ＷＡＮＧ Ｚ＾ｉ—ｚｉ雄ｇ （Ｄｅｐ．ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇ．，Ｈａｒｂｉｎ Ｉｎｓｔ．ｏｆ Ｔｅｃｈ．，Ｈａｒｂｉｎ １５０００１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｃｏｍｐｌｅｘ ｓｕｒｆａｃｅ—ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｍｉｌｌｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ，ａ ｎｅｗ ｋｉｎｄ ｏｆ ５一 ＤＯＦ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＮＣ）ｍｉｌｌｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｗａｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ． Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｏｎｅｓ，ｔｈｅ ｎｅｗ ｍａ— ｃｈｉｎｅ ｃｏｕｌｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｔｈｅ ｗｏｒｋ ｐｉｅｃｅｓ ｗｉｔｈ ｍｏｒｅ ｃｏｍｐｌｅｘ ｓｕｒｆａｃｅｓ ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｍｉｌｌｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ． Ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｌｌｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ｔｈｉｓ ｍｉｌｌｉｎｇ ｍａ— ｃｈｉｎｅ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｍｏｄｕｌｅｓ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｉｚｅｄ ｍｏｄｕｌｅ，ｗａｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ． Ｗｏｒｋｓｐａｃｅ ｇｅｎｅｒａ— ｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｗｏｒｋｓｐａｃｅ ｏｆ ｔｈｉｓ ｍｉｌ“ｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｍｌ ｍｉｌｌｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ；ｐａｒａｍｅｔｅｒ；ｐａｒａｌｌｅｌ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌ；ｗｏｒｋｓｐａｃｅ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
在黑龙江科技攻关项目的资助下，哈尔滨工业
大学研制了一种新型数控铣床。本文以此为背景， 提出了一种新型数控铣床设计方案，并在Ｖｉｓｕａｌ Ｃ ＋＋环境下，应用ＯｐｅｎＧＬ（ｏｐｅｎ ｇｒａｐｈｉｃｓ ｌａｎｇｕａｇｅｓ） 虚拟环境，利用ＵＧ（ｕＩｌｉｇｒａｐｈｉｃｓ）等造型软件进行数 据交换，实现了该型数控铣床的仿真建模，并对其工 作空间和干涉校验问题进行了相应的理论分析。
ＵＧ工件造型数据流分解在仿真过程中至关重 要，该过程为ＯｐｅｎＧＬ提供建模的每一个参数，包 括下平台的Ｘ和ｙ两个方向上的移动量、上平台的 位置姿态信息和３个丝杠的杆长。其中，下平台的 ２个移动量以及３个丝杠的杆长还将通过多轴运动 控制卡驱动５个伺服电机，以控制整个系统的运动。
万方数据
ＵＧ造型软件可以对工件进行实体造型，生成工件 加工时的排刀文件（．ｃｌｓ）。该文件采用Ｘ，ｙ，Ｚ，ａ，』８ 和ｙ的数据格式，存储刀具相对于工件坐标系的位 置姿态信息。而并联机床及数控铣床无法直接控制 这６个变量，因此需要做一接口处理模块，把．ｃｌｓ文 件转化为下平台的Ｘ和ｙ两个方向上的移动量及 上平台的位置姿态信息，进而求出丝杠的杆长量，作 为建模参数。
万方数据
图２欧拉角姿态
Ｘ。一ｒｃｏｓ（２ａ）（ｃｏｓ卢一１）／２，
ｙ。一ｒｓｉｎ（２口）（１一ｃｏｓｐ／２。
利用
Ａｉ一［Ｔ］Ａ；＋Ｃ（ｉ一１，２，３），
厂ｃｏｓｄｃｏ印 一ｓｉｎａ ｃｏｓａｓｉｎ角
［Ｔ］一ｌ ｓｉｎａｃｏ印 ｃｏｓ口 ｓｉｎａｓｉ邴１
Ｌ—ｓｉｎｐ
ｏ
ｃｏ印Ｊ
可以求出上平台３个球绞中心相对于下平台的坐标
研究和设计。Ｅ—ｍａｉｌ：ａｄｖａｎｃｅｄ８８８８＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ。
万方数据
第８期
王瑞等：５轴新型数控铣床仿真建模的实现
算机上实现高品质、交互式的３维图像，被广泛应用 于计算机辅助设计（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ， ＣＡＤ）／计算机辅助制造（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｍａｎｕｆａｃ— ｔｕｒｉｎｇ，ＣＡＭ）等需要高级３维对象可视化和图形绘 制的领域‘２｜。
图４数控铣床的实体仿真建模
第８期
王瑞等：５轴新型数控铣床仿真建模的实现
２．３建模分析 加工空间的大小是反映铣床加工能力的重要参
数指标，本文提出的数控铣床的加工空间不同于并 联机床，建模分析将对数控铣床的加工空间进行分 析和干涉校验，为建模的实现提供具体参数。
该型数控铣床的工作空间是上平台能够达到的 位置和姿态的有效区域，在此区域下，各丝杠及绞点 不发生干涉碰撞，如杆长和球绞摆角超界。目前，学 术界比较通用的方法是对最大可达空间进行评估， 该空间指的是并联机床刀头点所能达到的位置空间 的集合，是一个３维形式的空间［４］。数控铣床的刀 头是传统铣床的刀头，位置固定不变，而装卡工件的 上平台在运动，因此，本文对上平台的中心点可达空 间进行研究，生成工作空间。考虑到该型铣床采纳 的３一ＳＰＲ并联机构，由数控铣床的结构参数可以 确定３丝杠杆长的最长值（Ｌ…）、最短值（Ｌ…），球
为了增强虚拟样机的真实感，以便对样机进行 评价和修改，利用ＯｐｅｎＧＬ的渲染功能对３维建模 进行色彩、材质、纹理、光照和图形消隐等处理。
由于在加工过程中，上平台的位置姿态角处于 不断变化中，图像的处理量较大，屏幕更新时会出现 闪烁现象。为了解决该问题，采用了双缓冲区绘图 方式，通过交换前后缓冲区的内容，消除闪烁现象。 同时利用０ｐｅｎＧＬ提供的显示列表方式，在列表中 各构建模型的绘制被预先计算好并放入计算机内存 中，需要时可直接调用，不必再进行计算。图４为实 现的仿真模型，上平台带有姿态角，下平台处于工作 台的左前位置。
ｌ ｏｐｅｎＧＬ概述
ＯｐｅｎＧＬ作为３维图形软件接口的新一代工业 标准，可以在Ｗｉｎｄｏｗｓ，Ｕｎｉｘ和Ｌｉｎｕｘ等不同系统 上实现，还可以采用Ｆｏｒｔｒａｎ，Ｃ和Ｃ＋＋等编程语 言，适用于各种环境下的３维应用程序接口，已成为 国际上通用的开放式３维图形标准，可方便地在计
收稿日期：ｚ００４一０７一０５；修订日期：ｚ００４一０９—０３。Ｒｅｃｅｉｖｅｄ ０５ Ｊｕｌ．２００４；ａｃｃｅｐｔｅｄ ０３ Ｓｅｐ．２００４． 作者简介：王瑞（１９７８一），男，河南南阳人，哈尔滨工业大学机电工程学院博士研究生，主要从事机场安全设备、多自由度并联机床等方面的
摘要：为了改进传统铣床对复杂曲面的加工能力，提出了一种新型的５轴（自由度）串并联数控铣床。该型
数控铣床与传统铣床相比，能够完成复杂曲面工件的铣削加工，增加了铣床的功能。同时，分析了该型铣床的结
构，实现了包括建模造型、参数化建模分析在内的数控铣床的仿真建模，并分析研究了其工作空间的生阵变换的复杂性，减少大量变 换矩阵的存储，采用了矩阵堆栈的技术。存储当前 坐标系后，利用ＵＧ处理后的Ｘ，ｙ数据量和数控铣 床结构参数化的数据，由ｇｌＴｒａｎｓｌａｔｅｆ（）和ａｕｘ— ＳｏｌｉｄＢｏｘ（）等函数完成下平台的建模。同样，利用 上平台的位置姿态信息、杆长信息和结构参数，通过 坐标系的平移旋转变换进行上平台及丝杠的建模。 建模过程中需要反复利用矩阵堆栈的进栈函数（ｇ卜 ＰｕｓｈＭａｔｒｉｘ（））、出栈函数（ｇｌＰｏｐＭａｔｒｉｘ（））构建不 同的实体坐标系，为实体的创建提供坐标基准。
２数控铣床的仿真建模
数控铣床的仿真建模主要包括结构分析、建模 造型和建模分析３大部分。 ２．１数控铣床的结构分析
为实现基于ＯｐｅｎＧＬ虚拟环境下数控铣床的 仿真建模，需要对该铣床的结构进行相应的介绍和 理论分析。
图１是５自由度数控铣床的结构简图。该型数 控铣床是在原有传统铣床的基础上移去下面的工作 台，添加一个２自由度的工作台，平台上安装一个３ 自由度（３一ＳＰＲ）的并联机构，机构的下平台可以在 工作台的Ｘ和ｙ两个方向上平动。整个系统具有５ 个自由度，包括２个串联自由度和３个并联自由度， 可以满足复杂曲面工件的铣切加工，还可以保留传 统铣床的加工能力。
计算机集成制造系统
第１１卷
型提供参数。 ２．２建模造型
完成了上述理论分析后，即可进行ＯｐｅｎＧＬ的 ３维仿真造型。整个建模造型的流程如图３所示。 建模采用了参数化设计思想，可以极大地提高只有 几何尺寸发生变化的结构的设计效率，避免设计人 员烦琐的重复性工作。需要参数化的主要数据有 上、下平台球绞及转动副的分布半径，３根丝杠的最 长值和最短值。这些参数将从后面的建模分析过程 中获取。
０ 引言
随着现代数控机床技术的快速发展，传统铣床 的加工局限性日益突出，如传统的铣床不能完成复 杂曲面工件的铣切加工，只能由６一ＳＰＳ并联机床 等先进的数控机床来完成。并联机构是空间多环机 构，利用该机构形成的并联机床具有机构简单、刚性 好和适应性强等优点［１］，被称为“２１世纪的机床”。 为了改善传统铣床的加工性能，可以把传统的铣床 与少自由度的并联机构结合起来，形成一种新型串 并联数控铣床，该铣床综合了传统铣床和并联机床 的优点。
第１１卷第８期 ２ Ｏ Ｏ ５年８月
计算机集成制造系统
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ １Ⅵａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ
文章编号：１００６—５９１１（２００５）０８～１０７６—０５
Ｖ０１．１１ Ｎｏ．８ Ａｕｇ．２００ ５
５轴新型数控铣床仿真建模的实现
王瑞，钟诗胜，王知行
（哈尔滨工业大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨 １５０００１）
向量。其中，［Ｔ］的３个列向量为上平台处于ａ，卢
时，３个坐标轴单位向量分别在下平台３个坐标轴上
的投影；Ｃ为上平台中心坐标，即［Ｘ。，ｙ。，互］Ｔ；Ａ；
为上平台３个绞点相对于上平台坐标系的位置向 量；Ａ为３个绞点相对于下平台坐标系的位置向量。 这样就可以求出３个杆的杆长，Ｌ；＝Ｉ Ａ；一Ｂ。Ｉｌ（ｉ 一１，２，３）。该杆长为数控系统提供驱动参数，通过 运动控制卡来控制３根丝杠的长度，同时为建模造