柳高潔

[摘 要] 在四軸加工過程中，由于刀具中心坐標(biāo)位置的計算較為復(fù)雜，容易出現(xiàn)過切、欠切甚至刀具和機(jī)床碰撞等現(xiàn)象。針對這一問題，結(jié)合Mastercam和Vericut平臺，創(chuàng)建了四軸虛擬加工環(huán)境。在教學(xué)過程中，學(xué)生首先通過Mastercam編制四軸數(shù)控加工程序，然后將程序?qū)隫ericut中進(jìn)行虛擬加工，通過檢驗切削模型，保證無碰撞后，將程序輸入四軸機(jī)床進(jìn)行實際加工。

[關(guān) 鍵 詞] 臥式四軸；Vericut；數(shù)控教學(xué)

[中圖分類號] G712 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）06-0183-01

一、引言

隨著時代進(jìn)步，制造業(yè)升級，數(shù)控技術(shù)逐漸進(jìn)入多軸加工領(lǐng)域。為適應(yīng)高技能人才培養(yǎng)的需求，我校購置了一批臥式四軸加工中心，并開設(shè)了相應(yīng)的教學(xué)課程。由于臥式四軸機(jī)床相比于常見的立式加工中心具有坐標(biāo)理解困難、編程復(fù)雜等特點，學(xué)生在實訓(xùn)過程中經(jīng)常會發(fā)生干涉碰撞等現(xiàn)象。所以我們要求學(xué)生首先通過Mastercam編制四軸加工程序，接著在Vericut中創(chuàng)建虛擬臥式四軸加工環(huán)境，最后進(jìn)行機(jī)床實際加工。此方法可保護(hù)機(jī)床和刀具、增強(qiáng)學(xué)生的操機(jī)信心。

二、Vericut及臥式四軸機(jī)床簡介

Vericut是數(shù)控程序驗證、機(jī)床模擬、程序優(yōu)化軟件領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者，專門應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床加工過程的仿真，可在加工前預(yù)先驗證數(shù)控程序的正確性、優(yōu)化數(shù)控程序、降低生產(chǎn)成本，廣泛地應(yīng)用于機(jī)械加工、學(xué)校教學(xué)等領(lǐng)域。

本校四軸加工中心是由臺灣東鋼精機(jī)公司生產(chǎn)的HMC-400型高精度四軸數(shù)控機(jī)床，主要用于機(jī)械制造業(yè)中模具和復(fù)雜箱體類零件精加工。該機(jī)床選用的控制系統(tǒng)為日本法蘭克數(shù)控系統(tǒng)。機(jī)床的四軸分別是X、Y、Z和B旋轉(zhuǎn)軸，各坐標(biāo)軸行程分別為X軸：610 mm、Y軸：610 mm、Z軸：610 mm、B軸：360°全旋轉(zhuǎn)。主軸最大轉(zhuǎn)速：18000 r/min，定位精度（JIS標(biāo)準(zhǔn)）：±0.005 mm/300 mm。

三、臥式四軸加工教學(xué)實例

（一）Mastercam工件建模

零件為回轉(zhuǎn)箱體件，其鑄造毛坯由企業(yè)提供，實際教學(xué)中我們的加工對象為回轉(zhuǎn)箱體外圓柱上的八個方形窗框。設(shè)計模型是數(shù)控加工的基礎(chǔ)，教學(xué)中我們運用Mastercam的設(shè)計模塊，根據(jù)零件的形狀要求和尺寸要求，選擇合適的視圖作為繪圖平面。本教學(xué)例中由于臥式加工中心的豎直上下方向為Y軸坐標(biāo)，水平前后方向為X軸坐標(biāo)，水平左右方向為Z軸坐標(biāo)，故我們在教學(xué)中將前視圖作為繪圖平面，建立三維實體模型。

（二）Mastercam刀具路徑選擇

1.首先從實體曲面上，通過曲面曲線單一邊界提取出方形窗框的外邊界，以俯視方向為繪圖平面，將圓柱面上八個均布方形窗框解纏展開到一張俯視平面上。

2.在俯視圖刀具平面上，對解纏后的八個方形窗框邊界做

2D挖槽加工刀路的設(shè)置。為使2D刀路轉(zhuǎn)換成四軸加工刀路，需要設(shè)置旋轉(zhuǎn)軸控制。由于本例中的機(jī)床為臥式加工中心，其旋轉(zhuǎn)軸繞Y軸作360°轉(zhuǎn)動，故選擇以旋轉(zhuǎn)軸替代X軸的設(shè)置，即加工時保持X軸固定不動，按B=360×X/（πD）換算公式，將原2D刀路中的X軸移動量轉(zhuǎn)換成B軸的角度旋轉(zhuǎn)量。

（三）Vericut數(shù)控仿真過程

Mastercam產(chǎn)生的后處理程序，通常代碼較長、內(nèi)容較多，很難直接檢查出程序中可能出現(xiàn)的撞刀、干涉等問題。通過Vericut數(shù)控仿真不僅可以發(fā)現(xiàn)程序中的錯誤，還可以優(yōu)化數(shù)控加工過程，提高效率。

1.建立機(jī)床模型

Vericut數(shù)控機(jī)床模型需要根據(jù)實際機(jī)床各個組件之間的運動關(guān)系進(jìn)行構(gòu)建。機(jī)床各組件運動關(guān)系主要有兩個運動鏈：一個是“機(jī)架-刀具”運動鏈，另一個是“機(jī)架-毛坯”運動鏈。機(jī)床建模時，要分別從“機(jī)架-刀具”和“機(jī)架-毛坯”兩個方面入手，建立起和真實機(jī)床相同的運動模型。

2.虛擬加工和測量

建立好四軸臥式加工中心機(jī)床模型后，在機(jī)床中添加刀具、夾具和零件毛坯，并調(diào)入由Mastercam產(chǎn)生的程序，便可進(jìn)行Vericut的虛擬加工。零件加工完成后，Vericut提供了測量器和自動比較功能兩種加工質(zhì)量檢測方法。

本教學(xué)例中對回轉(zhuǎn)箱體零件利用自動比較功能檢測加工零件質(zhì)量，檢查過切和欠切現(xiàn)象。如學(xué)生選擇過切比較方式，輸入過切值為0.1，可清楚地看到在方框四周存在過切現(xiàn)象。選擇殘留比較方式，輸入殘留值為0.1，可清楚地看到在方框四周存在欠切現(xiàn)象。

四、結(jié)論

本文以回轉(zhuǎn)箱體零件為例，介紹了在數(shù)控教學(xué)過程中運用Mastercam和Vericut軟件，構(gòu)建臥式四軸加工中心虛擬數(shù)控仿真平臺的方法。此方法可保護(hù)機(jī)床和刀具、消除安全隱患、增強(qiáng)學(xué)生的操機(jī)信心，在教學(xué)和生產(chǎn)中具有重大的應(yīng)用價值，同時對相關(guān)學(xué)校和企業(yè)也有較好的參考價值。

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