正交型五轴虚拟机床构建及NC刀具路径仿真模拟
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第１ ２期 ２ ０ １ ３年 １ ２月
组 合 机 床 与 自 动 化 加 工 技 术
Ｍｏ ｄ ｕｌ ａ ｒ Ｍａ ｃ ｈｉ ｎｅ Ｔｏ ｏ ｌ＆ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｃ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕｒ ｉ ｎ ｇ Ｔｅ ｃ ｈ ｎｉ ｑ ｕ ｅ
Ｎｏ． １ ２
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ：ｆ ｉｖ ｅ — ａ ｘ ｉ ｓ ｖ ｉ ｒ ｔ ｕ ａ ｌ ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ；Ｃｒ ｅ ｏ；ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
０ 引 言
近 年来许 多 医疗 器材 、 航 空 航 天零 组 件 、 汽 车 元 件 及模 具 均 具有 高 精度 及 复杂 的空 间几 何 形状 的需
Ｄｅ ｃ ．２ ０１ ３
文章编号 ： １ ０ ０ １— ２ ２ ６ ５ （ ２ ０ １ ３ ） １ ２— ０ １ ３ ０— ０ ３
正 交 型 五轴 虚拟 机 床构 建 及 Ｎ Ｃ刀 具路 径 仿真 模 拟 木
吴 陈 燕
（ 台州职 业技术 学院 电子 电 气系 ， 浙 江 台州 ３ １ ８ ０ ０ ０ ）
床在执 行 切 削 工作 前 都 需 要 先做 切 削模 拟 之 测 试 。 有鉴 于此 ， 本 论 文 设 计 出可 供 机 构 运 动 模 拟 的五 轴 机床 模 型 ， 并利 用此 机器模 型来 执行 Ｎ Ｃ刀具 路径 的
所谓 的五轴 机床 是指 在 、 】 ， 、 ｚ正 交 的三 轴 的驱
ｃ ａ ｎ ｖ ｅ ｌｆ ｉ ｙ ｔ ｈｅ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｃ ｔ ｎｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｉｖｅ ｆ — ａ ｘ ｉ ｓ ＣＮＣ ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ，ａ ｎｄ ｔ ｈ ｕ ｓ ｓ ｈ ｏ ｔｅ ｒ ｎ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｐｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｙ— ｃ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｄ ｕｃ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｓ ｔ ｓ ．
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ：Ｂｙ ｉ ｎ ｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｔ ｉ ｎｇ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｅ ｓ ｗｈ ｉ ｃ ｈ ａ ｒ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｅ ｄ ｂｙ Ｃｒ ｅ ｏ ｏ ｆ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｉｖ ｆ ｅ — ａ ｘ ｉ ｓ ｖ ｉ ｒ ｔ ｕａ ｌ
机床 加 工过程 ， 验证 了五轴 数控 加工 程序 的正确 性 ， 从 而缩短 生 产周期 ， 降低成 本 。 关键 词 ： 五轴 虚拟机床 ； Ｃ ｒ ｅ ｏ ； 仿 真验 证 中图分类 号 ： Ｔ Ｈ１ ６ ５ ； Ｔ Ｇ ６ ５ ９ 文 献标识 码 ： Ａ
Ｔｈｅ Ｏｒ ｔ ｈ ｏｇ ｏ ｎ ａｌ Ｆｉ ｖ ｅ － ａｘ ｉ ｓ Ｖｉ ｒ ｔ ｕａ ｌ Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎｅ Ｃｏ ｎｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ＮＣ Ｔｏ ｏ ｌ ｐ ａ ｔ ｈ Ｓｉ ｍ ｕｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ
ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ，ａ ｎｄ ｉ ｔ ｓ ｗｏ ｒ ｋｐ ｉ ｅ ｃ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ａ ｎｄ ＮＣ ｃ ｏｄ ｅ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ － Ｖ ＥＲＩ ＣＵＴ ， ｆ ｉｖ ｅ — ａ ｘ ｉ ｓ ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｉ ｉｃ ｆ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ａ ｎ ｂｅ ｃ ａ ｒ ｉｅ ｒ ｄ ｏ ｕ ｔ ．Ｂｙ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｅ ｎ ｔ ｉ ｒ ｅ ｍａ ｃ ｈｉ ｎ ｅ，ｉ ｔ
动系统 内 ， 另外加 装倾 斜与旋转 的两个旋转 轴 系统 ， 而 其 中 、 ｙ 、 ｚ轴决定刀具 的位置 ， 另外 两个旋 转轴决 定
刀具 的方 向 ， 以下将五轴机床 的类 型区分为三大类 ： （ １ ） 两 个旋转 轴 皆带动 五轴 机 床 主轴 的旋 转 ， 此 类 型称为 主轴 倾 斜 型 ， 而 此 类 型 的 五 轴 机 床 因 为 它
ｋ ｒ ｏ ｎ
—
Ｕ ｃ ｐ ８ ０ ０机床 为例 来 介绍 基 于 Ｖ ｅ ｒ ｉ ｃ ｕห้องสมุดไป่ตู้ｔ 软 件 的虚
拟机 床的创 建方法 。
１ ． １ 五轴 机床 的型式
求， 使 得五 轴加 工 日趋重 要 ， 但 也 因为 五 轴机 床 的 自 由度 大及精 度较 高 ， 机 器承 受 不起 碰 撞 ， 所 以五 轴 机
电脑模 拟 。首先 由 Ｃ ｒ ｅ ｏ ２ ． ０设 计 出 五轴 机 床 的 机 构 模型 ， 接下来 由 Ｃ ｒ ｅ ｏ ２ ． ０设 计 工件 模 型 及 五轴 加 工 Ｎ Ｃ代码 ， 再经 由 Ｖ Ｅ Ｒ Ｉ Ｃ Ｕ Ｔ切 削 加 工模 拟 软 件 整 合 前者 的 资料并 建 立 刀 具 资 料后 ， 即可 开 始 进 行 五 轴 切 削模 拟 ， 透过这样的方式将 Ｃ ｒ ｅ ｏ ２ ． ０及 Ｖ Ｅ Ｒ Ｉ Ｃ Ｕ Ｔ 二种 软件 中的 五 轴 机 床 资 料 整 合 为 一 ， 让 使 用 者 可 以了解 五轴机 床切 削模 拟 的结果 ， 也 让 使 用者 在 Ｎ Ｃ
Ｗ Ｕ Ｃｈ ｅ ｎ — ｙ ａ ｎ
（ Ｄ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｒ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ， Ｔ ａ ｉ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｖ ｏ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ａ ｄ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ， Ｔ ａ ｉ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｚ ｈ ｅ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ３ １ ８ ０ ０ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
摘要： 利用 Ｃ ｒ ｅ ｏ设计 出五 轴虚拟 数控机床 机 构模 型 ， 用Ｃ ｒ ｅ ｏ 设 计 工件 模 型及五轴 加 工 Ｎ Ｃ代 码 ， 然后
由Ｖ Ｅ Ｒ Ｉ Ｃ Ｕ Ｔ切 削加 工模 拟软件 整合 前 两者的 资料 ， 即可 开始进行 五 轴切 削仿 真验 证 ， 通过 模 拟整 个
组 合 机 床 与 自 动 化 加 工 技 术
Ｍｏ ｄ ｕｌ ａ ｒ Ｍａ ｃ ｈｉ ｎｅ Ｔｏ ｏ ｌ＆ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｃ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕｒ ｉ ｎ ｇ Ｔｅ ｃ ｈ ｎｉ ｑ ｕ ｅ
Ｎｏ． １ ２
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ：ｆ ｉｖ ｅ — ａ ｘ ｉ ｓ ｖ ｉ ｒ ｔ ｕ ａ ｌ ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ；Ｃｒ ｅ ｏ；ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
０ 引 言
近 年来许 多 医疗 器材 、 航 空 航 天零 组 件 、 汽 车 元 件 及模 具 均 具有 高 精度 及 复杂 的空 间几 何 形状 的需
Ｄｅ ｃ ．２ ０１ ３
文章编号 ： １ ０ ０ １— ２ ２ ６ ５ （ ２ ０ １ ３ ） １ ２— ０ １ ３ ０— ０ ３
正 交 型 五轴 虚拟 机 床构 建 及 Ｎ Ｃ刀 具路 径 仿真 模 拟 木
吴 陈 燕
（ 台州职 业技术 学院 电子 电 气系 ， 浙 江 台州 ３ １ ８ ０ ０ ０ ）
床在执 行 切 削 工作 前 都 需 要 先做 切 削模 拟 之 测 试 。 有鉴 于此 ， 本 论 文 设 计 出可 供 机 构 运 动 模 拟 的五 轴 机床 模 型 ， 并利 用此 机器模 型来 执行 Ｎ Ｃ刀具 路径 的
所谓 的五轴 机床 是指 在 、 】 ， 、 ｚ正 交 的三 轴 的驱
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机床 加 工过程 ， 验证 了五轴 数控 加工 程序 的正确 性 ， 从 而缩短 生 产周期 ， 降低成 本 。 关键 词 ： 五轴 虚拟机床 ； Ｃ ｒ ｅ ｏ ； 仿 真验 证 中图分类 号 ： Ｔ Ｈ１ ６ ５ ； Ｔ Ｇ ６ ５ ９ 文 献标识 码 ： Ａ
Ｔｈｅ Ｏｒ ｔ ｈ ｏｇ ｏ ｎ ａｌ Ｆｉ ｖ ｅ － ａｘ ｉ ｓ Ｖｉ ｒ ｔ ｕａ ｌ Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎｅ Ｃｏ ｎｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ＮＣ Ｔｏ ｏ ｌ ｐ ａ ｔ ｈ Ｓｉ ｍ ｕｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ
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动系统 内 ， 另外加 装倾 斜与旋转 的两个旋转 轴 系统 ， 而 其 中 、 ｙ 、 ｚ轴决定刀具 的位置 ， 另外 两个旋 转轴决 定
刀具 的方 向 ， 以下将五轴机床 的类 型区分为三大类 ： （ １ ） 两 个旋转 轴 皆带动 五轴 机 床 主轴 的旋 转 ， 此 类 型称为 主轴 倾 斜 型 ， 而 此 类 型 的 五 轴 机 床 因 为 它
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１ ． １ 五轴 机床 的型式
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电脑模 拟 。首先 由 Ｃ ｒ ｅ ｏ ２ ． ０设 计 出 五轴 机 床 的 机 构 模型 ， 接下来 由 Ｃ ｒ ｅ ｏ ２ ． ０设 计 工件 模 型 及 五轴 加 工 Ｎ Ｃ代码 ， 再经 由 Ｖ Ｅ Ｒ Ｉ Ｃ Ｕ Ｔ切 削 加 工模 拟 软 件 整 合 前者 的 资料并 建 立 刀 具 资 料后 ， 即可 开 始 进 行 五 轴 切 削模 拟 ， 透过这样的方式将 Ｃ ｒ ｅ ｏ ２ ． ０及 Ｖ Ｅ Ｒ Ｉ Ｃ Ｕ Ｔ 二种 软件 中的 五 轴 机 床 资 料 整 合 为 一 ， 让 使 用 者 可 以了解 五轴机 床切 削模 拟 的结果 ， 也 让 使 用者 在 Ｎ Ｃ
Ｗ Ｕ Ｃｈ ｅ ｎ — ｙ ａ ｎ
（ Ｄ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｒ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ， Ｔ ａ ｉ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｖ ｏ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ａ ｄ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ， Ｔ ａ ｉ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｚ ｈ ｅ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ３ １ ８ ０ ０ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
摘要： 利用 Ｃ ｒ ｅ ｏ设计 出五 轴虚拟 数控机床 机 构模 型 ， 用Ｃ ｒ ｅ ｏ 设 计 工件 模 型及五轴 加 工 Ｎ Ｃ代 码 ， 然后
由Ｖ Ｅ Ｒ Ｉ Ｃ Ｕ Ｔ切 削加 工模 拟软件 整合 前 两者的 资料 ， 即可 开始进行 五 轴切 削仿 真验 证 ， 通过 模 拟整 个