基于UG的五轴数控虚拟机床仿真技术

合集下载

基于UG的整体叶轮加工编程和Vericut的五轴加工仿真

整体叶轮UG 数控编程和Vericut 加工仿真1 前言2 UG 五轴后处理创建2.1 A-C 双转台五轴联动数控机床运动学变换针对实验室自主开发的AC 双转台五轴数控机床进行运动学分析，建立坐标系以描述机床的运动，如图1 所示。

其中A 轴和C 轴为两个回转轴，C 轴随A 轴运动；Csys_W 为与工件固联的工件坐标系（且与C 轴固联）；Csys_T 为与刀具固联的刀具坐标系，其原点设在刀位点上，其坐标轴方向与机床坐标系一致；Csys_A 为与定轴A 固联的坐标系，其原点m O 为两回转轴的交点，其坐标轴方向与机床坐标系一致。

则其运动关系即是刀具坐标系Csys_T 相对于工件坐标系Csys_W 的变换关系，它可进一步分解为Csys_T 相对于Csys_A 的平动和Csys_A 相对于Csys_W 的转动。

初始状态下，转动轴C 的轴线平行于刀具坐标系的Z 轴；此时，工作台与Z 轴垂直，工件坐标系的方向与机床坐标系一致，刀具坐标系原点t O 与工件坐标系原点w O 重合，记交点m O 的位置向量记为),,(z y x m m m m r →。

在刀具坐标系中，刀具的位置和刀轴向量分别为T ]000[ 和T]100[。

记机床平动轴相对于初始状态的位置为),,(Z Y X r s →，回转轴A 和轴C 相对于初始状态的角度为A 和C ，此时，工件坐标系中刀轴方向和刀位向量分别为),,(k j i u →和),,(z y x r p →。

Y X mm图1 A-C 双转台坐标系通过机床坐标系变换，可得：T m s x z m T r r T A R C R r T kj i ]0100[)()()()(]0[⨯-⨯⨯⨯= （1.1）T m s x z m T r r T A R C R r T z yx]1000[)()()()(]1[⨯-⨯⨯⨯= （2.2）⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=1000100010001)(z y x m m m m r T （2.3） ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=-100010001001)(z y x m s m Z m Y m X r r T （2.4）⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=1000010000cos sin 00sin cos )(C CC C C R z （2.5） ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=10000cos sin 00sin cos 00001)(A A AA A R x （2.6）将式（2.3）到（2.6）分别代人式（2.1）、（2.2）得：⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⨯-⨯=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡0cos cos sin sin sin 0A C A C A k j i （2.7）⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⨯-+⨯-+⨯⨯--⨯⨯-+⨯--⨯⨯-+⨯⨯--⨯-+=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡1cos )(sin )(cos sin )(cos cos )(sin )(sin sin )(sin cos )(cos )(1A m Z A m Y m C A m Z C A m Y C m X m C A m Z C A m Y C m X m z y x z y z z y x x z y x x （2.8）由（2.7）和（2.8）得：1,1),arccos(-=⨯=A A k k k A （2.9） 1,0,)/arctan(=⨯-=C C k k j i C π （2.10） x y x m C m y C m x X +⨯-+⨯-=sin )(cos )( （2.11）y z y x m A m z C A m y C A m x Y +⨯-+⨯⨯-+⨯⨯--=sin )(cos cos )(sin cos )( （2.12） z z y x m A m z C A m y C A m x Z +⨯-+⨯⨯--⨯⨯-=cos )(cos sin )(sin sin )( （2.13）2.2 UG Post/Builder 创建五轴后处理使用UG NX 模块生成刀轨后，其中会包含GOTO 点和其它机床控制的指令信息。

基于UG的五轴加工中心虚拟机床及后置处理开发

Internal Combustion Engine&Parts0引言随着我国装备制造业取得迅猛的发展，对零件部件加工的精度以及形状要求也不断的提高，特别是在高精密零件加工方面，传统机床已经无法满足精度需求。

因此需要性能更为强大的机床实现零件加工，而五轴加工中心便是其中一个重要发展方向。

五轴加工中心能够有效的提高复杂零件加工方面的工艺水平，在航空航天、仪器仪表、船舶和汽车等诸多的工业领域得到有效应用。

对五轴加工中心进行深入的研究，对推动我国高精密部件制造拥有非常显著的优势，并且对促进我国工业水平也具有重要的意义。

1虚拟机床的开发1.1机床模型的设计采用型号为TOM1060的五轴加工中心和SIEMENS840D s1型号的数控系统进行配合使用，采取双转台五轴联动进行加工。

各个运动轴行程分别为X轴：1000mm、Y轴：600mm、Z轴：500mm，而A轴为±110℃，C 轴为±180℃。

早采用UG软件对集成仿真和验证过程中，首要的便是对UG软件构建模块功能加以利用，根据床身本体以及X轴、Y轴、Z轴、A轴和C轴等组件开展相应的分类，实现对机床模型科学构建。

之后对软件装配功能进行利用，使所有部件进行组装成为完整的机床模型，同时对个配体间约束关系进行进行构建，并对其各自自由度进行一定的限制。

最后将五轴的各个组成设定为和真实机床完全相同的初始位置，最终实现建立整个虚拟机床模型。

1.2运行模型的设计当虚拟机床模型完成创建以后，便要对其中的运行模型进行各自定义，对轴名称、行程、连接点与方向以及部件关系进行定义。

仿真过程主要是对运动模型与机床驱动器当中所包含的信息加以充分的利用，最终推动机床运行。

对双转台形式的五轴加工中心开展运动模型构建时，应该根据右手笛卡尔规律对机床坐标系M、主轴方向T、第四轴和第五轴矢量P和S以及第四轴和第五轴的连接点CP 和CS进行相应的设定，并对虚拟机床中的控制器VNC进行MOM变量名方面的配置，如表1所示。

UG编程技术在五轴CNC加工中的应用

UG编程技术在五轴CNC加工中的应用引言：近年来，随着制造业的不断发展和技术的进步，五轴数控加工技术在工业生产中得到了广泛应用。

而UG编程技术作为数控编程中的重要一环，对于五轴CNC加工的实现起着至关重要的作用。

本文将探讨UG编程技术在五轴CNC加工中的应用及其影响。

一、UG编程技术概述UG编程技术，即Unigraphics编程技术，是一种常用的CAD/CAM 软件编程方法，其通过输入二维或三维的数字模型来实现数控编程。

UG编程技术具有简单易学、功能强大、高效准确等特点，广泛用于复杂零件的加工。

二、五轴CNC加工概述五轴CNC加工是基于三轴CNC加工的发展而来，它通过X、Y、Z 三个线性轴和A、B两个旋转轴来实现复杂曲面的加工。

相比于三轴CNC加工，五轴CNC加工可以在一个工序内实现多个加工步骤，大大提高了加工效率和精度。

三、UG编程技术在五轴CNC加工中的应用1. 轴向选择优化UG编程技术可以通过分析零件的形状和加工要求，优化选择五轴CNC加工中的旋转轴向，以确保工件在加工过程中的稳定性和精度。

通过UG编程技术的辅助，操作人员可以轻松选择最佳的旋转轴向角度，并在编程过程中生成相应的指令，实现自动化的轴向优化。

2. 刀具路径规划UG编程技术可以根据零件的几何形状和加工要求，自动生成最优化的刀具路径。

在五轴CNC加工中，由于零件的复杂性，刀具路径的规划显得尤为重要。

UG编程技术可以基于模型的特征信息，智能生成刀具路径，避免干涉和碰撞，提高加工效率和质量。

3. 仿真与验证UG编程技术还可以进行仿真与验证，通过工艺仿真软件对零件加工过程进行模拟，验证刀具路径的可行性和确定性。

在五轴CNC加工过程中，仿真与验证可以帮助操作人员及时发现潜在的问题，并通过调整编程参数和路径规划进行优化。

4. 刀具尺寸校正在五轴CNC加工中，由于刀具磨损和误差等因素的存在，刀具的实际尺寸可能与理论尺寸存在偏差。

UG编程技术可以通过测量刀具的实际尺寸，并在编程过程中进行尺寸校正，保证加工精度和质量。

基于UG NX4.0整体叶轮的五轴数控加工仿真

关键词：整体叶轮；控加工；Ｇ；真数Ｕ仿
中图分类号：Ｐ９Ｔ３１文献标识码：Ａ
５・ｉＡｘｓＮＣａｈｉｉｉｕａｉｎｏｒＷｈｏｅＩＭｃｎｎｇＳｍｌｔｏｆｌｍｐｅｌｒＢａｅｎｌｓｄｏＵＧｅＮＸ４．０
ｉｏｔｃｍｐｌｘｓｒｃｕｅｏｔｃｉｅｉｅｆｃｉｌｄａｃｒｔｌｓｅｈｌｎｅｉｓｅｔｕｔｒ，ｈｗｏｍａｈｔｆｅｔｙａｃｕａｅｙｈａｂｅｎａｃａｌｇＣＮＣｃｎｉｇｎｎｖｅｎｅｎｍａｈｉｎ．Ｉ
ｔｉｐｐｅ，ａｅｎＣＡＤ／ｈｓａｒｂｄｏｓＣＡＭｏｔｒ，ＵｎｇａｈｃｓｆｗａｅｉｐｉｓＮＸ，ｅｏａｌｒｃｓｉｇｐａｎｎｓｄｄｒａｒａｎｂｅｐｏｅｓｌｉｇＷａｍａｅａｓｎｎｎ
Ｋｅｒｓｙｗｏｄ：ｗｈｌｉｅｅ；ｃｉｉｇＵＧ；ｉｌｉｎｏｅｍｐｌｒＮＣｍａｈｎ；ｌｎｓｍｕａｏｔ
０引言
作为动力机械的关键部件，整体式叶轮广泛应用
前国外一般应用整体叶轮的五坐标加工专用软件，如
维普资讯
２０年第４０７期
文章编号：０１２６（０７ｏ０８０１０ — ２５２０）４— ０７— ４
・艺与装备・工
基于ＵＸ４０整体叶轮的五轴数控加工仿真ＧＮ．

基于VERICUT的双转台五轴数控微型铣床建模和仿真

五轴联动数控加工过程中，应该防止刀轴矢量频繁变化导致的撞刀、干涉现象，下面在 VERICUT 软件中对数控加工进行检验。
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

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ＦＲＯＮＴ、ＲＩＧＨＴ、ＴＯＰ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。Ｔｏｐ — ｄｏｗｎｄｅｓｉｇｎ在Ｐｍ／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Ｐｍ／Ｅ系统下设计利用Ｔｏｐ — ｄｏｗｎｄｅｓｉｇｎ的观念来设计机构模型和工件模型，再由ＰｏｗｅｒＭＩＬＬ系统来设计ＮＣ程序，最后利用ＶＥＲＩ — ＣＵＴ系统来整合前述两者及ＶＥＲＩＣＵＴ的资料，让使用者可以得到五轴机床和ＮＣ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

基于UG编程的叶轮5轴数控仿真加工教学案例研究

基于UG编程的叶轮5轴数控仿真加工教学案例研究冷家融（长春工业大学人文信息学院，吉林长春130122）【摘要】应用UG软件编程，在发动机叶轮的数控仿真加工过程中，辅以动画演示功能，使学生更好地了解编程的步骤、命令的选用以及相关参数的设置。

通过虚拟工作环境，调整参数设置，生动地演示其加工效果与差异，教授学生掌握5轴数控加工的编程要领，以此提高课堂教学效果与教学质量。

关键词：UG；叶轮；5轴仿真加工；机械专业教学中图分类号：TG659 文献标识码：BDOI：10.13596/ki.44-1542/th.2024.01.022Teaching Case Study on Impeller Five Axis Numerical ControlSimulation Processing Based on UG ProgrammingLeng Jiarong（College of Humanities & Information Changchun University of Technology，Changchun，Jilin 130122，CHN）【Abstract】Using UG software programming, in the numerical control simulation machining process ofengine impellers, animation demonstration functions are supplemented to help students betterunderstand the programming steps, command selection, and related parameter settings. By using avirtual working environment, adjusting parameter settings, and vividly demonstrating the processingeffects and differences, students can better grasp the programming essentials of five axis CNCmachining, thereby improving classroom teaching effectiveness and quality.Key words：UG; impeller; five axis simulation machining; mechanical teaching1 引言UG（Unigraphics NX）是Siemens PLM Software公司出品的一个产品工程解决方案，它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。

VERICUT7.2构建五轴机床模型及仿真加工过程分析

ａｔｌｌｉｃｏｎｏｆｐｐＡ。，ＣＡＭ，ｃＡＰ
ＩｃＡＤ／ｃＡＭ，，ｃＡＰＰ应用
ＶＥＲＩＣＵＴ７．２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４６１０００）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
ＥＭＥＮＳＮＸ８．５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ＮＸ８．５软件中建立的
知道了机床的各项结构技术参数，就可以在ＳＩ —
参磊工。籼
：麓茹７３
机床模型组件导入至ＶＥＲＩＣＵＴ７．２软件中后，就
可以根据ＨＰＭ１１５０机床的实际状态在ＶＥＲＩＣＵＴ７．２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，ＨＰＭ１１５０五轴联动加Ｔ中
ＶＥＲＩＣＵＴ７．２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ＮＸ８．５软件中建立好之后，保存为
“ＳＴＥＰ或ＳＴＬ” 格式，以便于向ＶＥＲＩＣＵＴ７．２
料、复合材料等一些难加工材料也越来越普遍，以

基于UG双转头五轴数控机床无RTCP后处理与仿真验证

网址：电邮：*******************2021年第4期基于UG 双转头五轴数控机床无RTCP 后处理与仿真验证熊江，魏向京（重庆三峡职业学院，重庆404155）0引言五轴数控机床在数控加工领域中非常适合加工相对复杂的曲面或者多面体。

在精密复杂零件加工方面，五轴加工技术具有三轴加工所不能比拟的优势。

许多先进的武器，如飞机、坦克、潜艇等关键部位的零件，都是高性能的数控机床制造的。

发达国家对于五轴加工技术采取更多的是保密限制。

然而，我国五轴机床在控制系统的核心技术上仍然处于起步和发展阶段。

RTCP （Rotated Tool Center Point ）也就是我们常说的刀尖点跟随功能。

RTCP 技术是我国五轴数控系统的短板之一。

控制系统无RTCP 模块的算法，双转头五轴数控机床的刀具长度变化会导致数控程序坐标值随之变化。

因此需要考虑主轴的摆长及旋转偏差值，这就意味着无RTCP 的五轴数控系统和机床在编程时必须依靠CAM 和后处理技术相互配合。

后处理技术是五轴加工关键问题之一，UG_NX 后处理构造计算与NX_CAM 相结合，是转换成数控代码的一个关键的环节，其主要是将软件NX_CAM 产生的加工刀具轨迹转换成指定机床的数控代码。

通常每台机器的控制系统也不完全相同，不同控制系统所要求的NC 程序格式也不一样。

因此，用户可以通过修改后处理文件中的参数来满足机床控制系统的要求。

本文将对双转头五轴数控机床无RTCP 刀轨进行研究，并提出一种计算固定摆长的后处理算法，通过Vericut 仿真验证其正确性。

1五轴机床机构、运动方式及控制系统双转头五轴机床的特征是刀具主轴上具有2个线性旋转轴，如图1所示。

刀具主轴前端的线性旋转轴，能绕着Z 线性轴回转，通常定义为C 轴，C 线性旋转轴，厂商通常设置±360°旋转。

线性旋转轴上还有可以绕着X 旋转的A Y 线性轴旋转的B 厂商通常设置构的机床优点是轴可以灵活地旋加工零件，较大的零部件、机气缸、螺旋桨等零件比较适合在此类五轴数控机床上加工。

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。

基于UG的五轴机床碰撞仿真系统研发

第22卷第6期2008年11月山东理工大学学报(自然科学版)Journal of Sha ndong U nive rsity of Technology (Natural Science Edition)Vol.22No.6Nov.2008收稿日期2626基金项目国家63计划资助项目(6Z 5)作者简介田中朝(2),男,硕士研究生文章编号:1672-6197(2008)06-0030-04基于U G 的五轴机床碰撞仿真系统研发田中朝,范述鑫,孙殿柱,李心成(山东理工大学机械工程学院,山东淄博255049)摘　要:针对目前五轴联动机床存在的空运行试切等问题,以DMU 70eV 机床为例,分析其机床结构并研究碰撞仿真的原理及方法,基于U G 系统研发了其碰撞仿真系统.实例验证表明,该系统能准确模拟机床加工过程真实情况,预见实际加工过程中出现的碰撞干涉问题并加以解决.关键词:五轴机床;碰撞仿真;干涉检查;U G 中图分类号:TP391.9文献标识码:AR ese arch and d ev elopment for crash simulation system o f f iv e 2axis machine based o n UGTIAN Zhong 2chao ,FAN Shu 2xin ,SU N Dian 2zhu ,L I Xin 2cheng(School of Mec hanical Engineering ,Sha ndong Unive rsity of Technology ,Z ibo 255049,China)A bstract :Regarding t he pro blems of t he fi ve 2axi s a nd si mul taneous machi ne such as i dle motion and t rial c ut ti ng ,a cra sh sim ulation syst em was developed for a DMU70eV machi ne ba sed on U G system ,t hrough analyzing t he machi ne st r uct ure and st udyi ng t he pri nciple and met hods of cra sh si mul at io n.Experi ment al analysis shows t hat t his system can simulate t he t rue condi tions of working cour se exactly ,fore see some p roblem s occurri ng duri ng p ractical ma nufact ure and sol ve t hem.K ey w or ds :five 2a xis machine ;cra sh sim ulation ;interf erence i nspect ion ;U G 随着计算机仿真技术的发展,数控加工仿真成为行之有效、最为经济的数控加工程序验证途径[122].目前常用的加工仿真分为切削仿真和碰撞仿真[326].切削仿真是用来检验工件的加工刀轨路径是否正确,是否产生过切、欠切等情况;碰撞仿真是用来检验机床各运动部件之间是否发生碰撞干涉现象,适用于机床各运动部件之间相对运动比较复杂、难以用传统的方法检验和控制的四轴以上数控加工.现在大多数CAD/CA M 软件都提供了相应的切削仿真模块,可准确检测过切、欠切现象,但没有完善的四轴以上数控机床碰撞仿真模块,无法检验机床各运动部件之间的碰撞干涉现象[729].本文以德国德玛吉公司的DMU 70eV 五轴联动万能数控加工中心为例,在U G 环境下研发了其碰撞仿真系统,该研究对减少消耗、降低成本及保证设备运行安全具有重要意义.1　碰撞仿真系统的研发流程五轴数控加工中心碰撞仿真系统的研发流程如图1所示[10].2　DMU 70eV 碰撞仿真系统的实现2.1　创建机床各零部件分析DMU 70eV 机床各轴运动关系,对机床各:200800:8200A A 0410:1981.图1　碰撞仿真系统的研发流程图组件模型化,模型化后机床共包括十部分组件,分别是:底座、机床外壳、机床床身、X 轴运动组件、Y 轴运动组件、Z 轴运动组件、B 轴运动组件、C 轴运动组件、排屑装置、操作面板.其中机床外壳可以拆分为3部分.根据机床说明书及实地测绘得到机床各零部件的真实尺寸特征和形状特征,在U G 的CAD/Modeli ng 环境下创建出以上机床零部件并分别存储.2.2　装配机床各零部件新建一个机床装配模型文件DMU _70eV _5a xis.prt ,进入U G/A ssembli es 模块,采用从底向上的装配方法将机床各零部件装配成虚拟机床,并将机床主轴头调整到机床的零点位置(即机床将刀具放回刀库后主轴头的安全起始位置),DMU 70eV 五轴联动数控加工中心的机床零点位置为:主轴头相对于工作台上表面中心位置(-393,-363,163)处.具体装配结果如图2所示.图2　DMU70eV 装配模型3　构造机床运动模型在新建的虚拟机床文件中,进入U G M 2T B 模块,进行机床运动模型的构造.2.3.1　建立机床运动模型的树状结构根据机床各运动部件间的相互位置及运动关系,依次建立各运动部件的运动模型树状结构,并配置相应的运动部件.机床底座为所有机床部件的固定基准,首先应定义及添加机床底座,然后分别对其他部件进行设置.2.3.2　建立虚拟装配工件组虚拟装配工件组是指在机床运动模型中为零件、毛坯和夹具预置的装配位置,在调入机床运动模型时可以将零件、毛坯和夹具自动装配到该位置,实现工件的自动装配.创建一个由虚拟零件、毛坯和夹具构成的装配工件组SE TU P.装配工件组主要包括工件PA R T 、毛坯BL AN K 和夹具FIXTUR E ,并对其分别进行分类.2.3.3　建立机床运动模型联接点DMU 70eV 机床需要创建的联接点主要有机床坐标系原点MAC H IN E_ZERO 、刀具装配联接点TOOL _MOUN T_JC T 、两个工作台旋转联接点B_RO T_JC T 和C_RO T_J C T 以及装配工件组与机床运动模型自动装配联接点PA R T_MOUN T_J C T.1)创建MAC HIN E_ZERO 对其进行分类,其类型设置为机床编号为零.此联接点为必须进行分类的联结点.2)创建TOOL _MOUN T_JC T 联接点,定义坐标系时要保证X 轴方向与主轴方向平行(U G 系统默认的刀具安装为X 轴方向).将此联接点设为刀具安装类.3)B _RO T_J C T 联结点处创建的坐标系旋转45°后,B 轴参考轴延长后与C 轴参考轴的交点至工作台之间的距离必须保证为155mm ,这是机床本身设计的要求,保持这个距离使工作台在绕B 轴旋转时,两旋转参考轴延伸线交点始终保持不变.2.3.4　建立机床运动模型的运动轴创建机床运动轴,即对机床进行各个运动轴的分配,DMU 70eV 万能数控铣是五轴联动加工中心,需要建立的运动轴是X ,Y ,Z 直线轴和B ,C 旋转轴,以及其运动范围和运动参考点等.直线轴的参考联接点均为机床原点MAC HINE_ZERO ,分别选择其坐标系的+X ,+Y,+Z 向为其各自的正运动方向,定义其轴类型为直线轴,输入机床该轴的运动范围旋转轴的轴类型为旋转轴,其参考联接点分别为B_RO T_T 和_RO T_T ,B 轴正运动方向为其联接点坐标系+Z 向,轴正运动方向为其联13第6期田中朝,等:基于U G 的五轴机床碰撞仿真系统研发2.part /a chine ool uil der .JC C J C C接点坐标系-Z向.驱动各运动轴在其运动范围内进行模拟运动,检查各运动部件之间是否有运动干涉出现,若发生干涉就回到其零部件文件中进行相应的修改直到不出现运动干涉为止.2.4　机床运动模型与U G系统集成构造出来的机床运动模型仅为一个独立的部件,与U G系统进行集成可实现在U G/CAM系统中调用.具体集成过程如下:步骤1:保存创建完成的机床模型,将其与前面创建的机床各零部件文件一起存放到同一文件夹DMU_70eV_5a xi s下,并将此文件夹存放到U G系统的机床库文件夹下.步骤2:找到并打开U G系统文件中的机床配置文件,在机床配置文件中添加新建机床信息,以便在调用机床时对话框中出现相应的机床信息.步骤3:在U G系统文件中的后处理器库文件夹下新建一个配置文件,在该文件中添加机床需要调用的后处理器,在碰撞仿真过程中读取和显示刀轨源代码时调用相应的后置处理器.2.5　建立机床虚拟控制器数控机床需要数控系统来控制机床各轴的运动,从而实现零件的加工,同样虚拟数控机床也需要虚拟控制器来控制机床运动模型中各轴的运动以实现真实的模拟.U G系统中虚拟控制器的建立与后置处理器的开发同步进行.在建立后置处理器时,选择输出设置选项中的其它选项子项,选择产生虚拟控制器选项,保存后置处理器时会自动生成第4个文件DMU_ 70eV_5a xi s_vnc.tcl(即机床虚拟控制文件).3　实例加工验证在碰撞仿真验证过程前,根据实际用到的夹具创建夹具模型,与工件模型装配到一起,一并装夹到模拟机床上.图3为一叶轮工件精加工碰撞仿真检验时的装夹情况.碰撞仿真过程中,界面中会出现如图4所示机床模拟加工运动情况,另外还会出现一个仿真控制面板对话框.控制面板上可以显示适时的刀位点的坐标值和刀轨源代码,中间的消息框显示适时机床运动干涉情况,如果有干涉现象发生,在此消息框中就会出现提示信息图5所示为加工过程中出现Z轴超程的情况,此时,不仅在消息框中出现提示信息,界面中也出现相应的干涉提示信息窗口.根据提示信息,加高工件在机床上的装夹位置后再进行碰撞仿真验证,直到碰撞仿真过程中不出现任何碰撞干涉为止.图6所示是经过碰撞仿真检验无误后,按照碰撞仿真确定的装夹方式装夹,在五轴联动加工中心真实加工情况,加工过程中无任何碰撞干涉情况发生.图3　工件在虚拟机床上的装夹图4　碰撞仿真过程中的动画显示图5　仿真过程中的干涉图6　真实加工现场23山东理工大学学报(自然科学版)2008年　.4　结束语本文论述了五轴联动数控机床进行碰撞仿真的必要性,在分析现有加工仿真方法及特点的基础上,提出了碰撞仿真的研究方案,成功地完成了基于U G的碰撞仿真系统研发.经实际工件加工验证,本文研发的碰撞仿真系统能够成功地检验真实加工过程中的碰撞干涉问题,针对干涉信息进行相应的修改,确定出正确的加工代码和合理的工件装夹方式,避免了实际加工过程中的碰撞干涉问题,对五轴数控加工具有重要的现实意义和应用价值.参考文献:[1]张细刚,龚邦明.基于OpenGL的数控铣削加工仿真系统的研究[J].机床与液压,2007,35(12):1702173.[2]周立波,审　忱.虚拟数控机床仿真系统的研究[J].组合机床与自动化加工技术,2008,(2):57259.[3]王姣菊,曾虎彪.基于VB的数控车削加工轨迹仿真[J].装备制造技术,2008,(3):982100.[4]胡忠泉,王龙删,王义强,等.三维车削仿真的碰撞检测[J].吉林大学学报(工学版),2006,36(B03):95298.[5]纪玉坤,曹利新.基于U G的五轴数控机床加工仿真[J].计算机仿真,2006,23(1):2152218.[6]徐祥翔,席　平.U G/Unisi m在数控加工碰撞仿真中的应用[J].CAD/CAM与制造业信息化,2003,10(2):1342136.[7]王占礼,胡艳娟.三轴数控铣削加工中心仿真系统[J].机械工程与自动化,2006,(2):90295.[8]朱正祥,黄筱调.基于V ER ICU T的数控机床加工仿真与优化[J].现代制造工程,2008,(3):40243.[9]毕红杨,李　强,其木格.数控加工三维仿真软件的设计与实现[J].机械工程与自动化,2007,(6):1552157.[10]杨晓京,傅中裕,刘剑雄.基于U G IS&V的数控机床加工仿真[J].机械设计与制造,2007,40(7):46247.(接29页)[2]曹登庆,张克跃.不确定线性时滞系统的稳定性准则[J].西安交通大学学报,1997,32(1):16222.[3]Hm amed A.Furt her res ul t s on t he rubost st abili t y of linear sys2t ems i ncl udi ng del ayed pert urbat ion s[J].Automati ca,1997,33: 176321765.[4]俞　立,陈国定,杨马英.具有滞后摄动的线性系统鲁棒稳定性分析.控制理论与应用.1999,16(4):5772579.[5]Mahmoud M S.Ro bust H∞co nt rol of li near neut ral syst ems[J].Auto matica,2000,36:7572764.[6]胡南辉,金朝永,罗　亮.一类非线性不确定时滞系统的时滞相关保性能鲁棒控制[J].广东工业大学学报,2007,24(4):30234.33第6期田中朝,等:基于U G的五轴机床碰撞仿真系统研发。

基于UG与Vericut的五轴数控编程及加工仿真

黄瑾媛
（贵州交通职业技术学院汽车工程系，贵阳５５０００８）摘要：复杂曲面的五轴数控代码繁多复杂，采用人工检查、试切和机床空运行的代码检测方法耗费人力物力，造成资源浪费。针对这个问题，文章以曲面产品为例，首先在ＮＸ８．０的ＣＡＭ模块里面规划生成该曲面加工的刀轨数据，再根据特定的五轴数控机床构造后置处理器，生成该曲面的五轴数控加工代码，最后在Ｖｅｒｉｃｕｔ里面建立机床仿真模型，对数控代码仿真。通过仿真结果，修改了错误的数控代码，并对代码进行了优化和残留过切检查，得出了该方法在五轴数控编程、数控代码检查方面
第９期
２０１６年９月
组合机床与自动化加工技术
ＭｏｄｕｌａｒＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌ＆ＡｕｔｏｍａｔｉｃＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅ
Ｎｏ．９
Ｓｅｐ．２０１６
ｍｉｚｅｄ．ＴｈｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｉｓｈａｔｔｈｅｔｍｅｔｈｏｄｉｓｂｅｔｔｅｒｉｎｉｖｆｅａｘｉｓＮＣｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇｎｄａＮＣｃｏｄｅｉｎｓｐｅｃｉｏｔｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｉｖｅａｘｉｓｎｕｍｅｉｃｒａｌｃｏｎｒｏｔｌ；ｓｉｍｕｌａｉｔｏｎｍａｃｈｉｎｉｎｇ；ｆｉｖｅａｘｉｓｍａｃｈｉｎｉｎｇ

基于UG—VERICUT软件平台的VTC160AN五轴加工中心仿真模型构建及应用研究

基于UG—VERICUT软件平台的VTC160AN五轴加工中心仿真模型构建及应用研究文章从探索《中国制造2025》“高端装备创新工程”实现的角度出发，研究了用UG和VERICUT软件构建VTC160AN五轴加工中心仿真模型技术，并用这一机床仿真模型执行了一叶片的仿真加工过程，验证了叶片加工程序在VTC160AN五轴加工中心的可行性和机床仿真模型建立的正确性。

标签：中国制造2025；高端装备；VERICUT；五轴加工；叶片1 概述《中国制造2025》关于“高端装备创新工程”提到：组织实施大型飞机、航空发动机及燃气轮机等一批创新和产业化专项、重大工程。

这一工程的关键技术之一就是其中一些装备关键零部件（如航空发动机叶片）的多轴加工技术，目前，多轴加工技术多采用仿真技术来确保程序的正确性。

VERICUT软件作为美国CGTECH公司开发的世界上应用最广泛的数控加工仿真软件，提供了一些世界知名品牌多轴加工机床的仿真模型可供用户直接调用，但很多时候我们需要构建多轴加工机床的仿真模型，这也是目前大多数机床和软件用户遇到的瓶颈问题。

文章以VTC160AN五轴加工中心为例，研究在UG-VERICUT软件平台上其仿真模型的构建和应用技术。

2 用UG软件构建VTC160AN五轴加工中心实体模型VTC160AN五轴加工中心是由宁夏小巨人机床有限公司生产的“3+2”结构的双转台五轴加工中心，五轴分别为X轴、Y轴、Z轴、A轴、C轴，其行程分别为560mm、410mm、510mm、-120°～30°、0°～360°，刀库可装24把刀具，主轴最高转速达10000r/min，配置的数控系统为Maztrol640mn系统。

文章采用UG 软件构建VTC160AN五轴加工中心实体模型，图1即为构建完成的机床实体模型。

图1 VTC160AN五轴加工中心实体模型3 用VERICUT软件构建VTC160AN五轴加工中心仿真模型在UG软件构建机床实体模型的基础上，利用VERICUT软件构建VTC160AN五轴加工中心仿真模型，其步骤如下：（1）新建项目，名称为“VTC160AN”。

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。

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。

基于UG的五轴数控虚拟机床仿真技术

基于UG的五轴数控虚拟机床仿真技术王清，机械工程，2111302073摘要：多数五轴数控机床仿真系统，一般只提供二维的动画仿真，而且仿真系统的几何造型功能十分有限，零件和机床模型需要在其他CAD软件中进行建模，然后导入数控仿真系统。

由于文件格式的转化，零件的CAD模型将会产生误差，降低了仿真精度。

该文利用UG CAD/CAM软件造型功能建立五轴数控机床和零件模型，读取数控代码对机床各部件进行三维运动仿真，并对加工过程中机床运动部件之间的干涉及工件过切进行检查，为刀具轨迹的修改提供依据，同时免除了文件格式的转化产生的误差。

关键词：五轴；数控加工；机床仿真；UG NX；ISVTechnology of 5-axis Machining Simulation Based on UG Wang Qing, Mechanical Engineering, 2111302073Abstract: Most machine simulation systems virtually only provide 2D image today. And the modeling ability of those simulation systems of CAD softwareis also limited. So the workpiece should be modeled in other CAD software, then input the date to machine simulation systems. The accuracy will be reduced during the date exchange. In this paper, the machine tool and workpiece models are constructed by UG CAD/CAM software, while the NC programis used as input the date to perform the machine motion. During the simulation, overcut and collisions between the moving machine components can be checked. And the error of data exchange can be avoided.Keywords: 5-axis; NC machining; machining simulation; UG NX; ISV1 引言几十年来，人们普遍认为五轴数控加工技术是加工连续、平滑、复杂曲面的唯一手段。

基于unity3d的五轴加工中心虚拟仿真系统的实现

1 虚拟现实技术
虚拟现实技术结合了计算机仿真技术、三维图形技术、传感器技术、网络传输技术等技术，其原理主要是利用计算机合成仿真技术仿真一个逼真的虚拟环境，配合感知设备，可以让体验者有身临其境的
感受。虚拟现实系统的主要类型有分布型、桌面型、増
强型和沉浸型。其中沉浸型和桌面型常用于工业仿真领域。采用沉浸型能让体验者通过感知设备实现最真实的场景还原，而采用桌面型能让体验者通过 2D 或 3D 显示器了解虚拟现实的场景[8-9]。
建模模型优化模型渲染
动作仿真碰撞检测
3D 显示器数字头盔数据手套
图 2 仿真系统整体框架结构图
系统桌面型和沉浸型。
桌面型虚拟五轴加工中心仿真系统主要通过立体显示器和立体眼镜来体验，也可通过 2D 显示器直接体验，全部操作通过鼠标完成，图 3 为桌面型虚拟五轴加工中心仿真系统界面。本系统开发有一键式操作和逐步操作两种不同的学习方式，学员通过点击鼠标就可以完成加工中心从开机、工件装夹、刀具选择、控制面板操作、虚拟仿真加工到关机的全过程，图 4 为通过操作控制面板实现换刀的过程，图 5 为常用刀具的介绍。
虚拟现实系统主要由硬件和软件两部分组成。常用的硬件设备主要有虚拟头盔、数据手套、立体眼镜、位置跟踪器、力反馈装置和图形工作站等。比较常用的虚拟现实软件主要有：能够为软件提供三维虚拟环境开发平台的 WTK；能够模拟实时视觉的 Vega；能够提供丰富 3D 图形开发工具箱的 Open In原 ventor；能够开发场景并根据现场环境进行实时调整的 Open GVS；能够通过视觉和感官效果，让人体感受真实场景的 EON；能够通过互联网实现虚拟现实的 VRML 和 X3D 以及目前市面上应用最广泛的高度模块化虚拟现实引擎 Unity3D 等，这些软件的开发和应用，都在其相关领域发挥了重要的作用[10]。

UG二次开发实现五坐标数控机床三维仿真

UG二次开发实现五坐标数控机床三维仿真
南楠;刘婷
【期刊名称】《机械制造与自动化》
【年(卷),期】2007(036)003
【摘要】在加工复杂自由曲面时,由于五轴数控机床运动部件之间容易发生干涉,使用计算机仿真验证数控程序的正确性,检测加工过程中的干涉和过切,可避免机床和工件的损坏,效率高成本低.利用UG软件建立机床模型,并进行软件二次开发,读取数控G代码指令驱动机床各轴运动,对加工过程进行动态的仿真,检测加工过程中机床各运动部件之间的干涉及工件过切.
【总页数】3页(P103-104,107)
【作者】南楠;刘婷
【作者单位】济宁职业技术学院,机电工程系,山东,济宁,272037;济宁职业技术学院,机电工程系,山东,济宁,272037
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9
【相关文献】
1.数控机床三维建模与加工仿真技术研究 [J], 张天其;于忠海;张晓峰
2.基于CATIA二次开发的五坐标数控机床运动仿真系统 [J], 董伊鑫;席平
3.数控机床系统三维仿真技术的研究 [J], 加音
4.五坐标数控机床的加工仿真 [J], 李军锋
5.五坐标联动数控机床的误差建模及仿真 [J], 章青;卢腾镞;张志飞;刘又午
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。