魯 柱

(蘇州技師學(xué)院 機(jī)電工程系，江蘇 蘇州 215009)

基于VERICUT軟件的五軸仿真機(jī)床開發(fā)的技術(shù)研究

魯 柱

(蘇州技師學(xué)院 機(jī)電工程系，江蘇 蘇州 215009)

由于DMU50 eVolution 雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸屬于非正交結(jié)構(gòu),加工程序的后置處理困難,為了避免五軸機(jī)床碰撞事故，在對(duì)機(jī)床各部件進(jìn)行測(cè)量的基礎(chǔ)上，首先利用UG 軟件對(duì)各部件建模；然后將機(jī)床三維模型導(dǎo)入VERICUT中，配置機(jī)床運(yùn)動(dòng)關(guān)系，并構(gòu)建仿真機(jī)床；最后對(duì)葉輪產(chǎn)品進(jìn)行了模擬仿真加工，驗(yàn)證了UG 后置處理的正確性。

建模；VERICUT ；后置處理；仿真

DMU50 eVolution 五軸加工機(jī)床因其具有高精度、高性價(jià)比而被廣泛使用。由于集成的數(shù)控旋轉(zhuǎn)圓形工作臺(tái)帶有數(shù)字驅(qū)動(dòng)，使得最復(fù)雜的工件在機(jī)器上僅需兩次裝夾就可以完成整個(gè)加工。工作臺(tái)配備了液壓鎖緊裝置，允許旋轉(zhuǎn)范圍達(dá)到115° (-5°～110°)，可以進(jìn)行高達(dá)20 °的負(fù)角度加工。從結(jié)構(gòu)上看，該機(jī)床屬于雙轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)，機(jī)床主軸可實(shí)現(xiàn)X，Y，Z方向的運(yùn)動(dòng)，雙轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)B軸和C軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，該機(jī)床工作臺(tái)上的B軸方向不與機(jī)床Y軸重合，且機(jī)床不處于YZ平面內(nèi)，屬于非正交五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，使得加工程序的后置處理相對(duì)困難?？紤]到五軸數(shù)控機(jī)床的使用成本較高，選擇VERICUT數(shù)控加工仿真軟件，模擬實(shí)際加工中機(jī)床的結(jié)構(gòu)類型、尺寸、控制系統(tǒng)等進(jìn)行切削，就成為降低支出的一種有效手段。

1 UG軟件構(gòu)建五軸機(jī)床模型

圖1所示為DMU50 eVolution雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸機(jī)床，機(jī)床工作臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖2所示。該機(jī)床工作參數(shù)為：3個(gè)平動(dòng)軸X，Y，Z，2個(gè)旋轉(zhuǎn)軸B，C；X軸行程范圍為-450～0mm；Y軸行程范圍為-580～0mm;Z軸行程范圍為-460～0mm;B軸行程范圍為-5°～ 110°；C軸行程范圍為0°～ 360°。采用三維UG軟件，根據(jù)機(jī)床工作參數(shù)構(gòu)建機(jī)床三維模型，同時(shí)按機(jī)床實(shí)際尺寸，逐個(gè)對(duì)機(jī)床部件進(jìn)行建模，最后在UG中進(jìn)行機(jī)床虛擬裝配，具體步驟如下：

步驟1，在UG中根據(jù)實(shí)際機(jī)床各部分部件的尺寸，應(yīng)用拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、基準(zhǔn)軸、基準(zhǔn)平面特征等命令分別進(jìn)行X軸模型、Y軸模型、Z軸模型、B軸模型、C軸模型、機(jī)床外殼模型部件建模，同時(shí)要注意各部件裝配時(shí)的坐標(biāo)系位置關(guān)系。

圖1 DMU50 eVolution五軸加工機(jī)床

圖2 機(jī)床工作臺(tái)結(jié)構(gòu)

步驟2，虛擬裝配機(jī)床各部件三維模型，裝配時(shí)利用接觸對(duì)齊、平行、中心約束關(guān)系，裝配完成后的模型如圖3所示。

圖3 五軸機(jī)床三維模型

步驟3，裝配完成后需進(jìn)行檢查，若沒有裝配錯(cuò)誤，分別以Stl格式導(dǎo)出各運(yùn)動(dòng)軸模型，便于VERICUT識(shí)別。

2 VERICUT搭建仿真五軸機(jī)床

根據(jù)實(shí)際機(jī)床的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，在項(xiàng)目樹上添加機(jī)床基座和機(jī)殼，添加線性運(yùn)動(dòng)軸X，Y，Z；各軸相互關(guān)系是Z軸依附在Y軸上，Y軸依附在X軸上,C軸依附在B上。各運(yùn)動(dòng)軸用不同顏色表示。機(jī)床框架搭建完后，導(dǎo)入各運(yùn)動(dòng)軸的Stl格式的三維模型，完成后如圖4 所示[1]。

圖4 搭建運(yùn)動(dòng)軸

控制系統(tǒng)選項(xiàng)里選擇海德漢TNC530系統(tǒng)，變量選項(xiàng)里設(shè)置M128、M126都生效，使得仿真機(jī)床支持Rtcp。C轉(zhuǎn)臺(tái)上添加毛坯，確定好位置，同時(shí)在毛坯上添加加工坐標(biāo)系，注意坐標(biāo)值的控制。完成后的界面如圖4所示。

在刀具庫里定義直徑為4mm的球頭刀，同時(shí)添加刀具號(hào)，并保存到刀庫里。在機(jī)床行程控制部分，設(shè)定B,C的角度限制，完成后如圖5所示。數(shù)控程序選項(xiàng)位置添加葉輪程序[2]。在驗(yàn)證葉輪五軸數(shù)控程序的整個(gè)過程中沒有出現(xiàn)干涉提示，同時(shí)零件未有紅色碰撞，說明刀具和機(jī)床、零件安全，完成后如圖6所示。

圖5 B,C的角度限制

圖6 仿真模擬葉輪和五軸機(jī)床搭建效果

3 實(shí)際加工驗(yàn)證

通過仿真后，在DMU50 eVolution 雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸機(jī)床上對(duì)葉輪進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)加工，圖7 所示為葉輪加工實(shí)物圖。在加工過程中刀具無干涉、碰撞現(xiàn)象，加工后的葉輪曲面及葉片跟葉轂圓角過渡處光滑。將實(shí)際加工效果和仿真模擬效果相對(duì)比可以看到，葉輪的實(shí)際形狀、尺寸與仿真加工葉輪形狀、尺寸一致，加工精度達(dá)到工藝規(guī)范要求。

圖7 葉輪加工實(shí)物圖

4 結(jié)束語

對(duì)DMU50 eVolution 五軸仿真機(jī)床進(jìn)行的仿真模擬，沒有出現(xiàn)干涉情況，說明五軸仿真機(jī)床可以與企業(yè)和學(xué)校實(shí)際使用的五軸數(shù)控機(jī)床保持一致，不僅能為企業(yè)生產(chǎn)和學(xué)校教學(xué)用五軸數(shù)控機(jī)床提供安全保障，同時(shí)還可以縮短首件試切時(shí)間，大幅度提高加工效率和節(jié)約加工成本。文中研究的方法可被借鑒到其他B軸、C軸與X軸、Y軸、Z軸不重合的五軸數(shù)控仿真機(jī)床的搭建和研究中，對(duì)提高我國五軸數(shù)控加工水平具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

[1] 楊勝群. VERICUT 數(shù)控加工仿真技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[2] 姜厚文,楊浩. UG NX6固定軸與多軸銑培訓(xùn)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

Studyondevelopmenttechnologyoffive-axissimulationmachinebasedonVERICUT

LU Zhu

(Suzhou Technician Institute, Jiangsu Suzhou, 215009, China)

The Dmu50 eVolution five-axis double-turntable is the non-orthogonal structure, the rear processing program becomes difficult. Based on the measurement of all the machine parts, it uses UG software to model various components, imports the 3D model into VERICUT, configures the movement relation of machine tool, and builds the simulation machine tool. On the basis of the above, it simulates the processing of impeller products, optimizes the program and demonstrates the validity of the UG rear processing. This guarantees the enterprise production.

modeling; VERICUT; post processing; simulation

10.3969/j.issn.2095-509X.2014.10.014

2014-09-22

魯柱(1979—)，男，安徽明光人，蘇州技師學(xué)院講師，主要從事CAD/CAM 技術(shù)應(yīng)用、模具加工等方面的技術(shù)研究工作。

TH122；TG65

A

2095-509X(2014)10-0062-03