五軸數控機床仿真關鍵技術研究

劉天祿 石磊

摘要：隨著CAD/CAM技術的發展，需要使用五軸聯動等多軸數控機床進行加工。五軸聯動數控加工技術的發展水平不僅是機械制造企業發展水平的重要標志，也是衡量一國家機械制造業、國防制造業能力的指標之一。本文從職業學院使用五軸機床的角度出發，用于保證數控專業教學的設備安全，研究了Vericut軟件在五軸仿真機床的構建和仿真的關鍵問題。

Abstract： With the development of CAD/CAM technology， it is necessary to use multi-axis CNC machine tools such as five-axis linkage for processing. The development level of five-axis linkage CNC machining technology is not only an important indicator of the development level of machinery manufacturing enterprises， but also one of the indicators to measure a country's machinery manufacturing and national defense manufacturing capabilities. From the perspective of the use of five-axis machine tools in vocational colleges， this article studied the key issues in the construction and simulation of five-axis simulation machine tools with Vericut software to ensure the safety of equipment for CNC professional teaching.

關鍵詞：五軸數控加工;VERICUT;數控仿真

Key words： five-axis CNC machining;VERICUT;CNC simulation

中圖分類號：TG659? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）29-0175-02

0? 引言

隨著CAD/CAM技術的發展，數控機床加工零件的幾何形狀的設計也越來越復雜，零件加工制造的精度要求也不斷提高，尤其是在艦艇、汽車、航天等各個領域，數控加工零件中大量使用曲面設計，有些葉片類零件甚至已經無法使用普通的三軸機床加工，這就需要使用五軸聯動等多軸數控機床進行加工。五軸聯動數控加工技術的發展水平不僅是機械制造企業發展水平的重要標志，也是衡量一國家機械制造業、國防制造業能力的指標之一。為了適應企業對于多軸機床加工技術的需求，我院引進了德瑪吉DMG 65五軸數控機床用于數控專業學生的教學，以及區域內的數控培訓和技術服務。

由于五軸數控機床加工涉及到數控編程、后置處理、CAD/CAM等多種技術，機床的自動化程度較高機床的運動動作復雜，加工程序復雜，極容易造成各種碰撞事故，導致機床精度嚴重下降，而該類型機床的維修費用昂貴，很難將其修復到最佳狀態，因此需要將執行加工程序前的仿真、校驗上下足功夫，防止該機床在使用過程發生碰撞等事故。

在數控仿真領域，美國CGTECH公司開發的vericut數控加工仿真軟件獨占鰲頭，不僅可以仿真數控車床、加工中心等主流機床，還可以對線切割機床、電火花和多軸機床等進行仿真呢，還可以對數控加工程序進行一定程度的優化，在實際加工之前就檢查出機床碰撞、過切欠切、超行程等錯誤，非常可靠的對機床進行保護。

為了能夠對該機床進行有效保護并提高其使用效率，在vericut數控仿真軟件上進行了虛擬機床的構建，文章對其中較為關鍵的技術要點進行了分析。

1? 機床建模

數控仿真需要調用機床的關鍵零部件以及夾具和刀具模型，這些零件的建模不需要追求細節，否則不僅不利于加工仿真，反而會占用較大的計算資源。

對照該機床的主要參數，并測繪機床的實際尺寸進行機床建模，機床的主要參數如表1。

在CAD軟件設計機床模型，如圖1所示，機床模型除了基本的工作臺和主軸零件，僅建立機床簡化外殼;Vericut軟件中使用設計好的模型搭建運動關系與機床一直的仿真機床。

2? 機床運動關系

仿真機床中的運動關系為A軸和C軸連接，Y/X/Z軸逐級連接，主軸需要定義在Z軸之上，用來驅動機床運動的為A軸和Y軸，機床運動關系如圖2所示。

構建仿真機床的重點是仿真機床與實際機床運動的一致性，先確保兩者手動狀態下運動一致，再比較運行NC程序的運動正確性，流程圖如圖3所示。

3? 程序結構和指令匹配

該DMU65五軸數控機床采用比較國內用戶比較陌生海德漢數控系統，該系統雖然能夠兼容其他數控系統的指令，但使用自身系統的指令系統效率更高、匹配性更好。

要做到仿真機床與數控程序能夠良好匹配，需要解決數控程序中程序開始段、程序結束段、換刀功能段等程序與仿真機床匹配的問題程序開始段的定義尤為重要，機床從啟動到正常切削到工件所發生的事故多于正常切削過程中發生的事故，程序開始段中包括對機床進行初始化定義、換刀程序段、接近工件的運動等內容，為保障機床安全，確定的程序開始段如圖4所示。

程序結束段為數控程序的結尾部分，負責對數控機床歸位及程序的復位，標準的程序尾內容及格式如圖5所示。

4? 刀具中心點管理

五軸數控機床與普通三軸數控機床相比，在刀具中心點管理TCPM（Tool Center Point Management）功能上有所差異，該功能刀具支持傾斜點定位，在各種可選操作模式下均可保持刀尖位置。CAM后處理中需要正確設置TCPM功能并在Vericut軟件中對其進行驗證。手動驗證可以通過輸入刀軸的旋轉中心（刀軸擺動型）和轉盤的兩個軸（擺動型）之間的位置觀察執行結果。NC驗證可以選擇典型的工件進行加工，觀察刀軸旋轉軸的角度，觀察加工結果確定程序中的線性軸的坐標值旋轉坐標系的實際值，后處理程序設置正確是NC程序正確的前提。

通過仿真機床的構建，可以進行五軸零件的仿真加工，及時發現過切和碰撞現象，保證實際機床上加工正常、順暢，加工過程和結果相同。

參考文獻：

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