李慶婷++王寬

摘 要：為改變加工模式，提高零件加工精度，完成復(fù)雜型面加工，加工中心由傳統(tǒng)的三軸加工向五軸加工轉(zhuǎn)變。使用五軸機床加工，要了解五軸機床各部件的三維建模過程和特點。為完成零件的形狀加工，運動的仿真尤為重要。

關(guān)鍵詞：五軸機床；三維建模；運動仿真

0 引言

五軸加工的建模和運動仿真一般應(yīng)用在較復(fù)雜的曲面加工技術(shù)上，如大型船用螺旋槳。五軸機床加工中心采用了直流電動機、高速旋轉(zhuǎn)電主軸，結(jié)合了機電、通信的優(yōu)勢。一臺機器就可以對付各類加工模式，這是未來“加工中心”全能設(shè)備的體現(xiàn)，將能成為真正實用意義上的加工中心。

1 五軸機床的概述和優(yōu)勢

1.1 五軸機床

五軸聯(lián)動機床是在傳統(tǒng)三個線性坐標（X，Y，Z）軸的基礎(chǔ)上增加兩個可旋轉(zhuǎn)坐標軸，工件一次夾裝即可以對五個面的同時加工，也可以完成復(fù)雜空間曲面的高精度加工[1]。五軸機床通常有三種結(jié)構(gòu)：（1）單轉(zhuǎn)臺單擺頭五軸聯(lián)動機床；（2）雙轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)五軸聯(lián)動機床；（3）雙擺頭五軸聯(lián)動機床。

1.2 五軸機床的優(yōu)勢

（1）適應(yīng)范圍廣 程序是可編寫式的，因此當加工不同零件時，只需改變程序，不改動其他設(shè)備。（2）加工效率高 數(shù)控設(shè)備加工時可采用較大的切削量，能縮短零件加工所需要的時間。（3）產(chǎn)品有穩(wěn)定的加工精度，提高了加工質(zhì)量。（4）勞動強度較低 數(shù)控設(shè)備的自動化程度高，無需工人進行繁重的作業(yè)操作。

2 五軸機床的三維建模

對于vericut軟件，由于軟件本身帶有三維建模的功能，能創(chuàng)建方塊、圓柱、旋轉(zhuǎn)面輪廓等模型，但是這些只能創(chuàng)建一些簡單的機床，對于五軸機床，由于結(jié)構(gòu)形式的復(fù)雜性，采用vericut創(chuàng)建不能實現(xiàn)，需要在Proe中創(chuàng)建機床模型，然后在導(dǎo)入到vericut中。在vericut中機床部件一般都是相對于機床坐標系創(chuàng)建的。在Proe的機床模型上創(chuàng)建合適的坐標系，將會降低導(dǎo)入過程可能出現(xiàn)的仿真模型的錯誤。還應(yīng)該注意在Proe中創(chuàng)建完模型之后，保存文件的格式，應(yīng)該是vericut能夠識別的格式。

2.1 新建一個項目文件

選擇“文件”-“新項目”-“毫米”，寫入你要建立的文件的名字。根據(jù)加工的仿真要求，在項目樹文件中對項目樹寫的各項，如數(shù)控系統(tǒng)、坐標系統(tǒng)、加工刀具等進行相應(yīng)的設(shè)置。

2.2 定義機床運動構(gòu)件

（1）定義Base部件。由于底座已經(jīng)在Proe中畫好了，只需要導(dǎo)入到VERICUT軟件就可以了。首先在菜單欄中點擊顯示機床組件按鈕，則所有的節(jié)點就顯示在項目樹中了。然后在Base（0，0，0）節(jié)點，點擊鼠標右鍵，選擇“添加模型”，選擇“模型文件”，然后導(dǎo)出已畫底座模型。（2）右擊Base，點擊添加X線性軸-在“位置”文本中定義X軸零點。在X軸上，右擊添加Y線性軸-在“位置”文本中定義Y軸零點。（3）跟 X線性軸并行的位置，定義線性Z軸-在“位置”文本中定義Z軸零點。（4）定義B旋轉(zhuǎn)軸。在Y軸下，右擊添加B旋轉(zhuǎn)軸（Spindle），在“快速速度”中定義B速度。然后添加模型。右擊B旋轉(zhuǎn)軸，點擊主軸，定義模型，完成操作。定義C旋轉(zhuǎn)軸。在Z軸節(jié)點下添加C軸，（5）定義Tool軸。在Spindle軸節(jié)點下添加Tool軸。（6）移動“附屬”組件。在“附屬”右擊選擇剪切，粘貼在C軸下。按照上述步驟定義完成主要機床部件。調(diào)入各軸組件之前，為使裝配位置不變，在添加軸組件模型時讓其向方向移動相同的距離。

2.3 機床配置

在機床運動結(jié)構(gòu)定義完成后，需要進行機床初始化設(shè)置。打開“配置”-“機床設(shè)定”命令，彈出機床設(shè)定對話框。

（1）加載機床文件：選擇配置--機床--打開機床文件命令，選擇在Proe中畫好的模型的存儲位置，就可以把畫好的機床模型導(dǎo)入vericut里面了。（2）控制系統(tǒng)的導(dǎo)入：配置-控制--打開控制文件，也可以在項目樹中“控制”節(jié)點下打開“機床庫”，在文件列表框中選擇“hei530.ctl”便將此系統(tǒng)加載到機床文件中（3）安裝圓形毛坯：在組件樹中選stock（0，0，0），在添加模型中，選擇圓柱。然后在“配置模型”對話框中，選擇“模型”，進而輸入圓柱的高、半徑。（4）新建刀具：在項目樹中雙擊“加工刀具”選項，彈出“刀具管理器”對話框，然后選取“添加”--“銑刀向?qū)А睂υ捒?。由于一把完整的銑刀是由刀夾、引伸、切刀三部分組成，設(shè)置完刀具之后，要進行刀夾的設(shè)置，根據(jù)提示，完成一系列的刀具設(shè)置。（5）加工程序?qū)耄涸陧椖繕渲?，雙擊”數(shù)控程序”，在“配置NC程序”添加“NC程序文件”按鈕，然后根據(jù)提示選擇，根據(jù)編寫的加工工藝過程添加的相應(yīng)加工程序。（6）G代碼偏置：在項目樹中雙擊“G代碼偏置”，將偏置名由“機床零點”改為“工作偏置”，將寄存器中的值由“1”改為“54”，單擊“添加”按鈕，完成 G代碼的添加。

2.4 碰撞干涉檢查的設(shè)定

（1）確定已選中的“開機床仿真”復(fù)選框。在碰撞檢測標簽中，選中“碰撞檢測”復(fù)選框。在“忽略在切刀和毛料間的碰撞”下拉列表框中選擇否。在“碰撞間隙文本框”中輸入2.0。（2）在機床設(shè)定對話框中，單擊“表”標簽，單擊“添加”按鈕。在“位置名”下拉列表框中選擇初始機床位置。在“子系統(tǒng)”名下拉列表框中選擇1。在“值”文本框（3）在機床設(shè)定對話框中，單擊行程極限標簽，選中超程錯誤復(fù)選框。

2.5 加工仿真

利用Vericut對葉輪零件進行加工仿真。在仿真之前，通過面板設(shè)定碰撞檢查和行程檢查值，結(jié)合信息欄對仿真進行分析和檢測[2]。

3 結(jié)束語

本文對五軸機床的發(fā)展做了簡單闡述，提出了五軸機床的概念，對比出了五軸機床的獨特地位和優(yōu)勢。另外，還整理出五軸機床建模和仿真的開發(fā)思路和研發(fā)成果。該五軸機床以其方便快捷和強大的功能獲得了一致好評。

參考文獻：

[1]何志偉.數(shù)控加工過程建模和仿真的研究與應(yīng)用[J].組合機床與自動加工技術(shù)，2004（03）：5-7.

[2]張健，唐清春，馬仲亮等.某離心式壓氣機葉輪加工工藝的分析[J].汽輪機技術(shù).2013，55（03）：238-240.

作者簡介：李慶婷（1989-），女，山東滕州人，研究生在讀，研究方向：五軸后置處理。endprint