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　　五軸加工中交互式機床的創(chuàng)建

　　2017/8/11 10:44:39

　　1、結語隨著科學技術的迅速發(fā)展，國民經(jīng)濟各部門所市場需求的多品種、多功能、高精度、高品質(zhì)、高度智能化的技術裝備的開發(fā)和制造，促進了先進制造技術的發(fā)展?，F(xiàn)階段代表機床制造業(yè)最高境界的是五軸協(xié)同數(shù)控機床掌控技術，它是化解扇葉、葉片、船用螺旋槳、重型發(fā)電機渦輪、DD91機渦輪、大型柴油機輪軸等加工的唯一手段，對航空航天、軍事、科研、精密器械等行業(yè)都起著舉足輕重的作用。

但是五軸協(xié)同數(shù)控機床掌控技術價格十分昂貴，加之在數(shù)控程序編制上存在著很大困難，因而如何使得五軸加工得以“平民”化應用領域，已經(jīng)成為機床制造業(yè)的一個焦點問題。本文從交互式機床技術開發(fā)，探討其在五軸加工的應用領域，同時實現(xiàn)演示加工，強化數(shù)控程序，從而提升加工產(chǎn)品質(zhì)量、提高加工效率、減少加工成本。

　　2、交互式機床應用領域的優(yōu)勢

　　數(shù)控加工最終的好壞取決于下列5個特征值中的軟肋：數(shù)控機床、掌控器、、數(shù)控程式設計和CAM軟件。交互式機床的應用領域正好能化解以上軟肋問題，選用交互式機床存在下列優(yōu)點：

　　2.1 真實世界性

　　現(xiàn)代CAM軟件驅(qū)動力的標準演示演示是一種不完整的近似運動演示，不能避免實際加工操作過程中的過切與撞刀。交互式機床技術選用內(nèi)置CNC掌控器驅(qū)動力的加工演示演示是真實世界可靠的，能把加工中的各種風險（撞刀、過切等）降為零。

　　2.2 純潔性

交互式機床不但能演示現(xiàn)代的滾珠軸承、銑床、加工中心，所以能演示車銑復合和多軸協(xié)同機床。現(xiàn)階段，西門子公司的交互式機床對相同CNC掌控掌控技術的特殊加工指令及FMS柔性制造掌控技術能展開演示。

　　2.3 整合性

　　交互式機床不但提供更多三維數(shù)字機床，所以包含交互式掌控面板，提供更多和煉鐵廠自然環(huán)境一樣的交互式教學實驗自然環(huán)境。應用領域交互式機床，能同時實現(xiàn)學生的大量演示與真實世界機床沒有區(qū)別。這對現(xiàn)階段企業(yè)緊缺的中高端數(shù)控人才，是一個很好的專業(yè)培訓化解方案，使繁雜機床的程式設計及加工操作專業(yè)培訓費用減少50%，從且能大大地減少專業(yè)培訓成本。

　　2.4 開放性

　　交互式機床能有效地連接CAM程式設計和煉鐵廠加工，接受相同CAM軟件編制的NC程序或手工程式設計，方便快捷與相同的軟件自然環(huán)境交會。交互式機床也能按照相同的CNC掌控掌控技術和機床型號展開定制，以方便快捷與機床硬件自然環(huán)境交會。

2.5 異地共享資源

　　現(xiàn)階段對五軸協(xié)同數(shù)控機床這樣的高端機床，由于數(shù)量少和技術要求高，導致普遍使用量偏低。交互式機床技術能打破真實世界機床共享資源使用的地域限制，平衡投資，所以未來升級方便快捷。

　　3、繁雜零件五軸加工操作過程與化解方案

　　五軸加工環(huán)節(jié)包括：模具預備、編制、演示校正、前置輸入、機床加工。五軸加工的操作過程是純排序機演示的。

　　3.1 加工模型預備

NX把CAD、CAE和CAM全部集合在一個掌控技術中。透過新一代的CAD技術，數(shù)控程式設計人員能夠快速地完成模型預備。即使排序結果來源于第三方CAD掌控技術也是一樣的。（1）模型創(chuàng)建和：運用強大的可視化和技術（CAD）創(chuàng)建用作CAM程式設計的零部件模型。（2）模型產(chǎn)品質(zhì)量與校正：分析和校正歐幾里得條件——檢驗表層缺陷、壁厚、半徑等。（3）零件制造重要信息：檢查可能影響加工方法的更多模型重要信息（公差、表層溫度梯度），這些重要信息可驅(qū)動力CAM。（4）文件格式與繪圖：基于3D模型快速創(chuàng)建用作加工的任何文件格式。

　　在此操作過程中的關鍵技術包括四點，第一是混合可視化、同步可視化技術，展開Jaunpur設計，第二是選用高性能表示和NX WAVE技術將零件、產(chǎn)品的制作繁雜度減少，第三是在設計操作過程中使用行業(yè)專門智能化技術加快設計進度，第四是設計開放，能夠處置其他CAD數(shù)據(jù)。

　　3.2 五軸加工程式設計

五軸加工選用廣泛的加工策略，提供更多靈巧的軸掌控選項，輕易處置繁雜的工作市場需求，同時實現(xiàn)高度靈巧的程式設計。利用新一代的加工設備和制造工藝，以更快的速度加工產(chǎn)品質(zhì)量更好的零件。

　　在五軸加工程式設計操作過程中，點、線、面、邊界等驅(qū)動力，若恩縣、插補、相對等刀軸同時實現(xiàn)了豐富的驅(qū)動力方式和刀軸掌控；可變軸輪廓加工能透過簡單選擇底部歐幾里得體來手動加工繁雜外壁，識別扇葉歐幾里得，手動創(chuàng)建刀軌，便于便捷式的交互處置；不斷改變和呂普縣表層的相對角度，使的接觸面積最大化，同時實現(xiàn)了曲率匹配這一新技術。

　　3.3 CAM/CNC一體化

　　CAM/CNC的有機集成，透過刀軌排序精度掌控、強化前置處置、真實世界的演示演示，讓CAM的輸入充分考慮機床掌控掌控技術的高級功能，同時實現(xiàn)產(chǎn)能的最大化，并消除了風險。

　　4、五軸加工中交互式機床的創(chuàng)建

真實世界的數(shù)控機床包括了機械結構和掌控掌控技術兩部分。在VER ICUT 平臺上構建交互式數(shù)控機床也需要有兩部分內(nèi)容： 機床結構模型的創(chuàng)建和機床掌控掌控技術的創(chuàng)建。

　　4.1 交互式機床結構模型的創(chuàng)建

　　4.1.1 五軸運動結構分析

根據(jù)ISO的規(guī)定，在描述數(shù)控機床的運動時，選用右手直角坐標系。其中平行于主軸的坐標軸定義為z軸，繞x、y、z軸的旋轉坐標分別為A、B、C。各坐標軸的運動可由工作臺，也能由的運動來同時實現(xiàn)，但方向均以相對工件的運動方向來定義。通常五軸協(xié)同是指x、y、z、A、B、C中任意5個坐標的線性插補運動，如圖1所示。五軸實際是指x、y、z三個移動軸加任意兩個旋轉軸。相對常見的三軸（x、y、z三個自由度）加工而言，五軸加工是指加工歐幾里得形狀比較繁雜的零件時，需要加工能夠在五個自由度上展開定位和連接。

　　4.1.2 交互式機床結構模型的創(chuàng)建

　　構建交互式機床有多種方法 其中利用專業(yè)的數(shù)控加工演示平臺， 透過二次開發(fā)構建交互式數(shù)控機床的方法是現(xiàn)實而有效的。VER ICUT是先進而成熟的數(shù)控演示加工平臺軟件，不但含有豐富的數(shù)控機床庫，并支持定制功能，能構建出用戶所需要的數(shù)控機床。

交互式機床的結構部分包括床身、主軸掌控技術、進給掌控技術、夾具、工件等。創(chuàng)建交互式機床結構的方法主要有2個：一是基于VERICUT自身的通用可視化功能，在VERICUT庫中找一個相似程度很高的交互式機床結構，以此為基礎透過修改、添加的方法構建出所需要的機床結構模型。二是對繁雜機床結構，利用VERICUT與其它CAD/ CAM軟件接口，將創(chuàng)建好的特種機床實體模型導入VERICUT自然環(huán)境中并裝配。

　　筆者在設計交互式機床結構模型時，首先選用第一種方法，雖然創(chuàng)建較為簡單，但是由于局部特征表達得不夠清晰，使得演示加工操作過程中碰撞干涉檢驗的能力減少。在吸取經(jīng)驗教訓的基礎上，透過SIEMENS NX 重新對繪制模型，將機床整體模型描述清晰，使得局部特征明顯。但此種方法存儲空間較大，在演示加工操作過程中有可能會出現(xiàn)坐標漂移的問題。透過不斷強化模型，減少了坐標漂移的可能性。

　　4.2 交互式機床模型運動關系設置

以機床工作臺主參考體測量，按圖2所示結構樹順序選用相對運動約束關系，創(chuàng)建機床原點靜止裝配數(shù)據(jù)模型，完善后轉化為*.STL文件，數(shù)據(jù)分別聯(lián)接入演示掌控掌控技術結構樹，形成五軸協(xié)同機構。

　　編制數(shù)控掌控指令掌控技術文件（fidia20.ctl文件）與數(shù)控機床構造文件（FOREST-LINE.mch文件），演示FIDIA C20數(shù)控指令掌控技術，翻譯識別檢查FIDIA C20掌控技術（GM）指令，驅(qū)動力結構樹內(nèi)X軸部件、Y軸部件、Z軸部件（線性運動）、C軸部件（旋轉運動）和A軸部件（擺動）同步聯(lián)合運動。

　　設置機床演示掌控技術工作行程軟邊界：X軸、Y軸、Z軸、C軸和A軸工作行程的上下邊界。

　　4.3 創(chuàng)建機床庫和砂輪庫

啟動管理器能創(chuàng)建所需要的加工。在管理器中主要提供更多了很多參數(shù)，如類型、直徑、長度、刀柄等。在VERICUT軟件中按所需創(chuàng)建的銑刀類型（包含直齒銑刀、球頭銑刀、錐度銑刀及用戶自定義等），設置歐幾里得參數(shù)，然后能單獨保存，并能提供更多給相同的交互式機床調(diào)用。然后再用自畫圖方式，添加機床實際用的刀套Holder。依照此方法，，創(chuàng)建一系列常用的庫。

　　此外，由于VERICUT軟件沒有提供更多設置砂輪的模塊。我們能根據(jù)砂輪的切削原理選用銑刀類模塊創(chuàng)建砂輪，來滿足演示要求。結合特種回轉面的歐幾里得成型操作過程中的相同工序要求， 在VERICUT 中能創(chuàng)建多個砂輪以供相同加工工序調(diào)用。

　　4.4 機床相關設置

（1）數(shù)控掌控技術設置；根據(jù)機床的掌控掌控技術功能和指令格式，對預備功能G 代碼、輔助功能M 代碼、寄存器地址和狀態(tài)指令等展開設置，并保存該文件。（2）設置干涉檢查；（3）設置機床行程；（4）設置機床初始位置；（5）其他設置，如機床參考點、換刀位置等。

　　4.5 模型定位演示加工

　　在演示掌控掌控技術結構樹內(nèi)填加夾具和呂普縣聯(lián)接樹結構接口，分別定義空間位置并展開位置裝配約束，展開調(diào)用拼裝組合夾具定位或模鍛件定位加工。

　　其中夾具接結構樹接口能直接讀取，其中專用工裝夾具能與公司產(chǎn)品相應工藝裝備文件連接。標準組合夾具能直接調(diào)用拼裝夾具標準件庫，然后在演示掌控技術內(nèi)組合裝配應用領域。

　　5、交互式機床在五軸加工中的應用領域測試

圖3所示渦輪增壓器中繁雜曲面扇葉的加工投產(chǎn)前，在五軸協(xié)同加工的數(shù)控演示掌控技術內(nèi)演示應用領域。該零件的工藝裝備最大外形500mm×335mm×245mm，其中成型面為繁雜雙曲面，選用長度方向兩側局部拼接加工。扇葉在五軸協(xié)同加工時，邊界為：X 50.779，Y-123.586，Z-58.258。位置主軸角度為：B-5.894°，C158.287°，工裝定位未超出機床工作行程。透過演示掌控技術分析兩次定位演示加工，顯示零件加工操作過程的直觀狀態(tài)，C軸部件和A軸部件大角度協(xié)同空間狀態(tài)能在相同視角觀測，以校正工藝操作過程合理性，避免工件裝夾位置錯誤導致主軸與工件碰撞。

　　6、結語

透過上述研究實驗的證明，利用交互式機床技術，能提高加工效率，保證數(shù)控程式設計產(chǎn)品質(zhì)量，減少數(shù)控技術人員與操作人員的工作量和勞動強度，提高五軸協(xié)同加工的數(shù)控程式設計制造加工一次成功率，縮短產(chǎn)品設計和加工周期，提高生產(chǎn)效率。

　　審核(王靜)

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