0 引 言

隨著國(guó)內(nèi)航空航天、新能源汽車、風(fēng)力發(fā)電等行業(yè)的快速發(fā)展,機(jī)械制造業(yè)在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中占比越來越重要。高精尖的數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用越來越多，特別是五軸數(shù)控機(jī)床的引進(jìn)和自主研發(fā)，對(duì)提高國(guó)內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)水平具有重要意義。如保險(xiǎn)桿、儀表盤、車燈等汽車模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，模具零件精度和表面質(zhì)量要求高，使用五軸機(jī)床加工具有優(yōu)勢(shì)。但五軸機(jī)床的主軸結(jié)構(gòu)復(fù)雜及運(yùn)動(dòng)方式靈活，導(dǎo)致加工程序也復(fù)雜，數(shù)控程序完成后，沒有經(jīng)過仿真機(jī)床模擬的程序安全性較低，機(jī)床部件容易跟加工的工件或工裝夾具發(fā)生干涉，造成工件過切或刀具斷裂，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成機(jī)床損壞。

PowerMILL是專業(yè)的數(shù)控加工編程軟件，由于其操作智能化且簡(jiǎn)單易用，不僅三軸編程簡(jiǎn)單智能，而且三加二軸、五軸聯(lián)動(dòng)的編程更智能和安全。在保證多軸程序安全方面，PowerMILL軟件帶有虛擬仿真機(jī)床模擬功能，在編程過程或完成后，直接調(diào)用仿真機(jī)床模擬刀具路徑是否干涉，擺軸角度是否合理或超程等安全問題都可在實(shí)際加工前解決，避免機(jī)床加工時(shí)出現(xiàn)安全事故，造成經(jīng)濟(jì)損失?，F(xiàn)以雙轉(zhuǎn)頭五軸數(shù)控加工中心為例，介紹五軸機(jī)床仿真模型的建立和仿真機(jī)床參數(shù)設(shè)置。

4)雨帶由多個(gè)處于不同發(fā)展階段、動(dòng)力和熱力結(jié)構(gòu)不同的對(duì)流單體組成,對(duì)流在近地層形成向南的冷出流與低層西南暖濕氣流的持續(xù)相互作用,使雨帶后部不斷有新單體觸發(fā),新單體在中層引導(dǎo)氣流作用下沿著雨帶移動(dòng),使雨帶維持。

1 機(jī)床模型建立

五軸數(shù)控機(jī)床由3個(gè)線性軸（

、

、

軸）和2個(gè)旋轉(zhuǎn)軸（

、

、

任意2個(gè)旋轉(zhuǎn)軸）構(gòu)成，其中繞

、

、

的旋轉(zhuǎn)軸分別為

、

、

軸，相對(duì)于傳統(tǒng)三軸機(jī)床，增加了

、

、

中的任意2個(gè)自由度，如圖1所示。常見的五軸機(jī)床結(jié)構(gòu)可分為3類：①table-table型(雙轉(zhuǎn)臺(tái))，該結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是刀軸方向不動(dòng)，2個(gè)旋轉(zhuǎn)軸均在工作臺(tái)上，工件加工時(shí)隨工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)，承載質(zhì)量較小，能加工的工件尺寸也較??；②head-head型（雙轉(zhuǎn)頭），該結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是工作臺(tái)不動(dòng)，2個(gè)旋轉(zhuǎn)軸均在主軸上，機(jī)床能加工的工件尺寸較大；③table-head型（一轉(zhuǎn)臺(tái)一轉(zhuǎn)頭），該結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是2個(gè)旋轉(zhuǎn)軸分別放在主軸和工作臺(tái)上，工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)，可裝夾較大的工件，主軸擺動(dòng)，改變刀軸方向靈活。

構(gòu)建機(jī)床模型需要了解機(jī)床的結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)，如工作臺(tái)大小、主軸大小、各坐標(biāo)軸行程等，某五軸加工中心主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

三是運(yùn)用信息化技術(shù)手段。在信息化背景下，要充分發(fā)揮信息技術(shù)與載體的優(yōu)勢(shì)功能，長(zhǎng)效推進(jìn)高校服務(wù)型機(jī)關(guān)黨組織建設(shè)。利用微信、微博、QQ群、網(wǎng)站留言板等新媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)建覆蓋面更廣泛的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)基層、服務(wù)群眾全天候、零距離，提升服務(wù)工作的時(shí)效性和覆蓋面。

由于企業(yè)提供了STEP格式機(jī)床的三維模型，如圖2所示，節(jié)省了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪的時(shí)間，直接導(dǎo)入U(xiǎn)G或Powershape軟件，將工作臺(tái)面中心移至世界坐標(biāo)位置或創(chuàng)建用戶坐標(biāo)，分別將機(jī)床各組件輸出到指定文件夾，按運(yùn)動(dòng)部件名稱命名。導(dǎo)出格式可以是STL、IGS等，在導(dǎo)出過程中更改模型公差，可以減小模型尺寸，提高模擬速度。工作臺(tái)、主軸和其他一些重要部件建議公差值為0～0.025 mm，線性和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的部分

軸、

軸建議公差值為0～0.05 mm，靜態(tài)部件、標(biāo)志、底座、數(shù)控控制器和其他靜止元件建議公差值為0～0.25 mm，并將所有零部件資料使用Exchange轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)成*.dmt格式的文件。

根據(jù)機(jī)床組件樹關(guān)系創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)控制文件，其機(jī)床主軸head運(yùn)動(dòng)部件控制文件內(nèi)容如下。

2 仿真機(jī)床參數(shù)設(shè)置

啟動(dòng)PowerMILL軟件，在機(jī)床工具欄上，點(diǎn)擊“輸入機(jī)床模型”，選擇.mtd機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制文件，輸入已創(chuàng)建的五軸機(jī)床模型，再選擇工件放置在工作臺(tái)面上裝夾位置的坐標(biāo)系，確定工件在工作臺(tái)的位置，打開“查看并調(diào)整機(jī)床位置”，在手動(dòng)模式下拖動(dòng)機(jī)床各坐標(biāo)軸的游標(biāo)尺，檢查各坐標(biāo)軸移動(dòng)范圍和運(yùn)動(dòng)方向是否正確。拖動(dòng)

軸游標(biāo)尺讓主軸跟工件或夾具進(jìn)行干涉碰撞，碰撞后顯示報(bào)警信息如圖5所示。經(jīng)測(cè)試各項(xiàng)功能符合實(shí)際機(jī)床運(yùn)動(dòng)和安全防護(hù)要求。

機(jī)床結(jié)構(gòu)有3個(gè)線性軸

、

、

軸和2個(gè)旋轉(zhuǎn)軸

、

軸，需要從加工工件和刀具尋找各運(yùn)動(dòng)關(guān)系，刀具安裝固定在主軸上，加工工件裝夾在工作臺(tái)上。刀具依附在主軸，主軸依附在

軸，

軸依附在

軸，

軸依附在

軸，

軸依附在

軸，由此得出：

軸移動(dòng)會(huì)帶動(dòng)

軸→

軸→

軸→主軸→刀具移動(dòng)；工件依附在工作臺(tái)，工作臺(tái)依附在

軸，所以

軸移動(dòng)會(huì)帶動(dòng)工件移動(dòng)，形成機(jī)床部件的加工運(yùn)動(dòng)。構(gòu)建的機(jī)床組件關(guān)系如圖3所示。

傳統(tǒng)的土木工程專業(yè)應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)注重寬厚的學(xué)科理論基礎(chǔ)，偏重于基礎(chǔ)知識(shí)和理論的傳授，忽視應(yīng)用能力的培養(yǎng)?！白吭接?jì)劃”對(duì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的要求是“具有綜合運(yùn)用所學(xué)科學(xué)理論、分析和解決問題方法和技術(shù)手段分析并解決工程實(shí)際問題的能力，能夠參與生產(chǎn)及運(yùn)作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并具有運(yùn)行和維護(hù)能力”[3]。高等教育強(qiáng)調(diào)知識(shí)體系系統(tǒng)性，課程體系講究前后承接，按照畢業(yè)生應(yīng)具有的知識(shí)、能力、素質(zhì)的12條要求，隨著工程教育環(huán)境的變化以及企業(yè)對(duì)人才能力需求的變化，人才培養(yǎng)過程中工程實(shí)踐能力的提高，需要得到重視。

3 仿真應(yīng)用

創(chuàng)建仿真機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制.mtd文件，一個(gè)完整的仿真機(jī)床配置*.mtd文件包括6個(gè)部分：①機(jī)床描述是記錄機(jī)床制造商、型號(hào)、類型、行程、創(chuàng)建人、時(shí)間等，讓其他人清楚了解機(jī)床相關(guān)信息，這部分內(nèi)容起注釋作用；②后處理解釋器是PowerMILL軟件識(shí)別配置文件；③附加點(diǎn)的描述（工作臺(tái)位置點(diǎn)、刀具安裝點(diǎn)）table_attach_point是坐標(biāo)系在工作臺(tái)的位置，一般設(shè)置在工作臺(tái)面上的中心位置，head_at?tach_point是刀具安裝在主軸端口的位置；④機(jī)床靜態(tài)部件的描述，如機(jī)床底座、門、鈑金外殼、顯示器等，這部分也可以省略；⑤機(jī)床主軸head運(yùn)動(dòng)部件的描述是跟主軸有附屬關(guān)系的組件內(nèi)容；⑥機(jī)床ta?ble運(yùn)動(dòng)部件的描述是跟工作臺(tái)有附屬關(guān)系的組件內(nèi)容，如圖4所示。

其中，為初始半徑，C2=2αNrσ2,α是一個(gè)常數(shù)[9]；ΘC是Y′為中心、C為半徑的球體空間內(nèi)點(diǎn)的集合.

以上述程序建立仿真模擬機(jī)床，以實(shí)際加工的軸流風(fēng)葉片工件進(jìn)行加工程序的模擬仿真，校驗(yàn)刀路的正確性和安全性。利用PowerMILL軟件對(duì)模型進(jìn)行半精加工和精加工編程，在編程過程中，模型側(cè)壁直身過高需要在一定角度下加工，創(chuàng)建角度坐標(biāo)后生成一條清角刀路，使用仿真機(jī)床檢驗(yàn)分析刀具與模型之間是否干涉，機(jī)床主軸部件與模型之間是否干涉，刀具非切削路徑進(jìn)退刀是否合理，機(jī)床主軸調(diào)整角度后加工工件需要加工的行程范圍變大是否超出機(jī)床行程范圍等，當(dāng)出現(xiàn)上述問題時(shí)要通過調(diào)整角度坐標(biāo)直到合理位置及合適的刀具長(zhǎng)度。由于3個(gè)軸流風(fēng)葉片模型都相同，只需要編寫一個(gè)軸流風(fēng)葉片刀具路徑的程序，其他2個(gè)軸流風(fēng)葉片通過模型中心旋轉(zhuǎn)120°刀具路徑即可實(shí)現(xiàn)加工，如圖6所示。

經(jīng)過對(duì)所有刀具路徑進(jìn)行過切碰撞檢查，安全狀態(tài)顯示為綠色，說明刀具路徑跟模型沒有過切，刀具刀頭跟模型沒有碰撞。仿真機(jī)床模擬中“機(jī)床碰撞”信息列表為空，說明仿真機(jī)床跟模型沒有干涉碰撞，確認(rèn)無誤后可后處理成機(jī)床識(shí)別NC代碼程序上實(shí)際機(jī)床加工。

4 結(jié)束語

基于PowerMILL建立五軸數(shù)控機(jī)床仿真,通過創(chuàng)建仿真機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制文件，PowerMILL仿真技術(shù)以實(shí)例進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，實(shí)踐證明可以有效地防止五軸機(jī)床加工過程中出現(xiàn)干涉、碰撞、超行程等安全問題，預(yù)防加工事故發(fā)生，提高五軸機(jī)床的加工效率和可靠性。

[1]年得君,孫耀恒.基于PowerMILL五軸機(jī)床運(yùn)動(dòng)仿真的探索與應(yīng)用[J].金屬加工(冷加工),2021(2):79-81.

[2]趙中華,廖秋慧.復(fù)雜模具零件五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工程序檢驗(yàn)方法研究[J].模具工業(yè),2009,35(6):66-69,71.

[3]王曉勇,王曉強(qiáng).VERICUT軟件構(gòu)建五軸機(jī)床仿真模型的方法及應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2016(1):73-75.

[4]趙中華,張水忠.模具零件數(shù)控加工虛擬仿真研究[J].模具工業(yè),2008,34(7):68-72.