基于NX12與DMU60monoBLOCK五軸機(jī)虛擬仿真的開發(fā)研究

王鋒 段性軍

摘要： 論文以西門子公司NX12軟件和德瑪吉DMU60monoBLOCK五軸機(jī)床為研究對象，研究在軟件平臺構(gòu)建五軸機(jī)床的一般流程和關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)，通過構(gòu)建虛擬機(jī)床模型、機(jī)床控制器、虛擬夾具等，來模擬數(shù)控程序的正確性。實(shí)現(xiàn)基于NC代碼的多軸聯(lián)動加工。并驗(yàn)證虛擬機(jī)床的可行性。最后將該設(shè)備的虛擬機(jī)應(yīng)用于教學(xué)，對多軸編程的程序進(jìn)行仿真加工，實(shí)現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實(shí)實(shí)踐的完美結(jié)合。

關(guān)鍵詞： 虛擬加工;多軸聯(lián)動;多軸編程仿真;后處理

智能制造已經(jīng)來臨，面對高精尖的制造利器，多軸加工數(shù)控機(jī)床日益增加。越來越多的企業(yè)和高校都采購了多軸機(jī)床，社會對多軸機(jī)床操作工、編程員、工藝員需求增加。可是要做好多軸編程、工藝、操作就必須學(xué)會多軸虛擬仿真技術(shù)技能，多軸加工程序、工藝必須經(jīng)過驗(yàn)證才可以進(jìn)行實(shí)際加工。在生產(chǎn)實(shí)際中，經(jīng)常由于程序沒能得到驗(yàn)證，發(fā)生撞刀、撞擊夾具、加工位置錯誤等等事故，不僅增加了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，也降低了生產(chǎn)效率，造成刀具、材料、機(jī)床等報(bào)廢情況，虛擬加工技術(shù)提高了生產(chǎn)效率，降低廢品率、保證設(shè)備安全、降低加工成本，最后實(shí)現(xiàn)效益最大化。

本文以NX12作為研發(fā)平臺，以黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學(xué)院為例：DMU60monoBLOCK擺頭式機(jī)床為研究對象，研究多軸加工與編程切削過程的幾何仿真技術(shù)。為學(xué)院學(xué)生學(xué)習(xí)多軸編程技術(shù)提供驗(yàn)證平臺。

多軸聯(lián)動加工的核心技術(shù)是構(gòu)建虛擬加工仿真環(huán)境。為了完成最優(yōu)化的仿真過程，構(gòu)建的機(jī)床模型最好能和真實(shí)機(jī)床1：1，大小，結(jié)構(gòu)、運(yùn)動范圍等參數(shù)相同來完成機(jī)床的建立。

機(jī)床3D模型的建立

構(gòu)建機(jī)床模型，首先在NX12中的CAD環(huán)境建立三維模型，依據(jù)DMU60monoBLOCK機(jī)床基本尺寸建模，完成零部件的虛擬模型建立，并安裝機(jī)床實(shí)際關(guān)系進(jìn)行裝配。如圖1所示建立機(jī)床三維模型。

機(jī)床組件樹創(chuàng)建

機(jī)床組件樹創(chuàng)建，首先進(jìn)入機(jī)床構(gòu)造器MTB進(jìn)行運(yùn)動關(guān)系的定義和搭建，并在機(jī)床導(dǎo)航器中對機(jī)床的各個部件進(jìn)行重新定義名稱和運(yùn)動關(guān)系描述，運(yùn)動模型是運(yùn)動關(guān)系和邏輯的定義工具，只有定義了運(yùn)動邏輯關(guān)系機(jī)床的各部件才可以實(shí)現(xiàn)指令運(yùn)動，確定了機(jī)床的運(yùn)行方式。在定義運(yùn)動組件和分類時(shí)，NX具有自己的父子關(guān)系邏輯，父子關(guān)系就是依存關(guān)系，也是運(yùn)動和裝配關(guān)系的體現(xiàn)。主要有機(jī)床本體，刀具主軸，刀庫，刀位，X、Y、Z軸，機(jī)床零點(diǎn)，工件坐標(biāo)系，夾具，毛坯，工作臺。根據(jù)機(jī)床實(shí)際建立了如圖2所示機(jī)床組件樹及其分類。在組件樹中輸入機(jī)床的基本參數(shù)，保證運(yùn)動關(guān)系、行程、角度等于實(shí)際機(jī)床相同。

DMU60monoBLOCK后置處理

后處理的開發(fā)主要包括：機(jī)床參數(shù)、程序和導(dǎo)軌參數(shù)、N/C數(shù)據(jù)、后處理文件列表。一般來說，沒有特殊要求和特殊輸出的通用型后處理，采用默認(rèn)的處理器，然后進(jìn)行部分修改就可以，但是如果需求特殊指令的特殊輸出，就必須添加語句，可以根據(jù)自己的需要添加，例如：程序加工刀具名稱的輸出、編程人員輸出、工時(shí)定額輸出等等，可以找到NX幫助手冊，按照語言要求進(jìn)行參數(shù)的輸入，這部分涉及到語言程序的編寫，必須經(jīng)過專業(yè)訓(xùn)練的或者專業(yè)從業(yè)人員進(jìn)行編寫。防止由于后處理的不當(dāng)，造成設(shè)備的撞擊和程序數(shù)據(jù)錯誤等問題。經(jīng)過編寫語句，根據(jù)DMU60monoBLOCK設(shè)置如圖3所示后處理語句。來判定輸出程序指令。

刀路的后置處理

在實(shí)際軟件編程和機(jī)床加工過程中，五軸后處理是仿真的必要條件，編程員可以編制出優(yōu)化的刀具路徑和工藝路線，但是也需要后處理可以滿足當(dāng)前刀具路徑的輸出，所以優(yōu)化的刀路也來自全面優(yōu)化的后置處理器。經(jīng)過后置處理的機(jī)床程序代碼通過軟件仿真，才可以檢測出程序的質(zhì)量和優(yōu)缺點(diǎn)。如圖4所示，是經(jīng)過DMU60monoBLOCK五軸后置處理的程序代碼。

結(jié)束語

多軸虛擬仿真加工需要幾個必備條件（1）虛擬機(jī)床（2）虛擬控制器（3）后處理器（4）切削仿真，所以根據(jù)實(shí)際機(jī)床參數(shù)，建立虛擬機(jī)床模型，使用虛擬控制器對機(jī)床的邏輯運(yùn)動進(jìn)行設(shè)定，編制優(yōu)化的刀具路徑，通過后處理器對刀具路徑進(jìn)行代碼輸出，生成機(jī)床可識別的機(jī)床代碼，然后對代碼進(jìn)行模擬加工。以此來判定程序的正確性和可靠性。所以五軸機(jī)的程序必須經(jīng)過虛擬校驗(yàn)才可以進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)。本次實(shí)踐，完成了機(jī)床模型的建立、組件樹的搭建、運(yùn)動邏輯的設(shè)置，后處理器的設(shè)置，最后完成程序輸出和仿真，有效的提高了學(xué)生在學(xué)習(xí)五軸編程時(shí)的學(xué)習(xí)效率，完善了教學(xué)過程中的虛擬教學(xué)環(huán)節(jié)。提高了學(xué)生對設(shè)備的利用率，保證了設(shè)備操作安全，本次基于NX12與DMU60monoBLOCK五軸機(jī)虛擬仿真的開發(fā)達(dá)到了良好的教學(xué)效果。

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