五軸加工中心虛擬機床及后置處理應用研究

摘要：在我國經(jīng)濟飛速的發(fā)展下，機械制造慢慢的變成了我國比較重要的產(chǎn)業(yè)，機械制造行業(yè)的發(fā)展也隨著數(shù)字信號的發(fā)展飛速更新。通過使用數(shù)控機床對現(xiàn)在的高精度部件進行精密加工，成為了當今機械制造業(yè)的發(fā)展趨勢。機械加工過程中會出現(xiàn)一些意外危險，對操作人員的安全帶來一定的隱患。所以對機械加工過程中需要進行有效的模擬，這樣才能夠避免危險的發(fā)生。

關鍵詞：五軸加工;后置處理;虛擬加工

數(shù)控加工仿真是在虛擬加工環(huán)境中對真實數(shù)控加工過程建立的數(shù)學模型，它是虛擬制造的重要組成部分。數(shù)控技術是指用數(shù)字信號對一臺或幾臺機械設備的運行及其加工過程進行控制的一門自動化技術。數(shù)控技術已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)上普遍應用，是現(xiàn)代先進制造技術的基礎和核心。五軸加工中心可以將復雜的零件加工的工藝水平進行提高，主要應用在儀器儀表、汽車制造以及航天航空等行業(yè)。通過對五軸加工中心應用的研究，推動了我國高精密零件加工的發(fā)展，并使我國的工業(yè)水平也得到提高。

一、五軸聯(lián)動數(shù)控機床的結構特點

五軸聯(lián)動機床是通過XYZ三軸和ABC其中兩個軸相互配合完成的，一般情況下，規(guī)定Z軸需要和主軸平行，其中離工作臺距離遠的作為正，X軸需要和主切削方向一致，需要確定其主方向，Y軸的方向由右手法則確定，ABC軸的正方向，可依據(jù)右手螺旋法則確定。一般五軸機床分三種：

（一）雙轉臺型五軸數(shù)控機床

此類機床有兩個旋轉軸參與工作，一般在立式升降的三軸銑床的基礎上增加一個可以旋轉、斜切的工作臺即可。此類機床在工作的時候，主軸不動，工件夾在工作臺上就能夠完成加工工作。優(yōu)點就在于此類機床結構簡單，廉價的生產(chǎn)成本。不足的地方就是，此類機床的工作臺不易過大，能夠承受的載荷較小。因此，雙轉臺型五軸數(shù)控機床只適合用于質量輕、體積小的工件加工。

（二）雙擺頭型五軸數(shù)控機床

此類機床的兩個旋轉軸工作在主軸一側，使用主軸能夠進行旋轉的設計，在工作的時候主軸能夠旋轉一定的角度，能夠讓球頭銑刀工作時避免定點的洗消，可以使刀具保持線性速度進行工作，這樣可以使部件的表面質量變得更好。雙擺頭型五軸數(shù)控機床的優(yōu)點在于主軸的靈動性好，工作臺的尺寸也大，適合大型發(fā)動機外殼的加工生產(chǎn)。劣勢就是主軸結構復雜，剛性差。

（三）擺頭轉臺型五軸數(shù)控機床

此類機床的兩個旋轉軸分別在工作臺和主軸上，此類性能在以上兩者之間。

五軸聯(lián)動數(shù)控機床和傳統(tǒng)機床比較，多出了兩個能夠旋轉的軸，因此能夠在工件不運動的情況下，在刀具允許工作的范圍內(nèi)進行對工件的加工工作。五軸聯(lián)動數(shù)控機床適合加工一些復雜的空間曲面工件，高精度的復雜零件。

二、虛擬機床的模型建立

使用仿真軟件進行模擬機床的創(chuàng)建，首先根據(jù)機床本身以及各個部件進行模型數(shù)據(jù)的創(chuàng)建，之后使用裝配功能將各個部件裝配成完整的機床模擬型數(shù)據(jù)，并創(chuàng)建約束關系，限制其自有程度。之后將各軸部件數(shù)據(jù)設置成實際機床的初始位置，完成模擬機床的創(chuàng)建。

之后需要完成虛擬機床運動模型的創(chuàng)建。在創(chuàng)建完虛擬機床之后，需要定義其運動模型，確立裝配零部件之間的關系，以及各軸的名稱、行程等數(shù)據(jù)信息。

三、后置處理的開發(fā)

首先需要通過CNC控制器內(nèi)部程序進行機床驅動器的建立，CNC控制器具有可編程界面的功能，能夠根據(jù)現(xiàn)場實際機床模型進行合理的設定，同時還能夠顯示其運動顯示進行設定。在機床進行仿真工作的時候，可以將機床的運動反饋交由MTD來實現(xiàn)。在功能方面來講，MTD和機床仿真器相差不大，而且CNC控制器也和控制機床類似。對于機床庫中的那些機床模型來講，每個機床都有自己對應的MTD驅動器，如果要創(chuàng)建新的模擬機床，只需要對MTD進行修改就能夠滿足新模擬機床的要求。

四、仿真機床設計的運行測試

五軸加工中心在創(chuàng)建虛擬機模型和運用模型之后，還需要安裝合適的CNC控制器對每一個運用進行控制。在虛擬仿真軟件中MTD功能就能夠對CNC控制器進行模擬程序的編寫。MTD主要通過TCL語言進行程序的編寫，而且還可以通過高級編程語言進行其開發(fā)工作，MTD可以對特定循環(huán)、宏和其他與CNC控制器存在關聯(lián)的事件但加工環(huán)境無法有效支持的功能。

機床設計工作完成之后，需要測試虛擬機床的仿真加工，首先選的銑刀盤零件，進行其仿真加工測試，該零件具有五軸定向加工面、五軸聯(lián)動加工面、等。使用這個零件進行測試，能夠全面的測試機床的各項功能（坐標軸行程超程、機床幾何體碰撞、五軸聯(lián)動轉換角度干涉、五軸定向加工退刀）以及實際加工中遇到的危險，這樣既能保障生產(chǎn)加工的安全系數(shù)也能夠提高生產(chǎn)的速度。

五、結語

通過使用虛擬機床的加工，能夠直觀形象的看到完成的模擬加工過程，還可以對數(shù)控程序進行檢驗，更加快捷的分析出工件的可加工性和工序的合理性，大大的縮短了產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)的時間，減低了生產(chǎn)的成本并且提高了生產(chǎn)的質量，目前越來越多的制造業(yè)需要復雜曲面的加工，零件表面的復雜程度也越來越高，從而在多軸數(shù)控加工技術上針對如何提高加工質量以及效率方面的研究對于制造業(yè)的發(fā)展有重要意義。

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作者簡介：李巖（1988），男，漢族，遼寧錦州人，本科，教師，主要從事數(shù)控機床應用方向研究。