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　　五軸加工中交互式機(jī)床的創(chuàng)建

　　2017/8/11 10:44:39

　　1、結(jié)語隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，國民經(jīng)濟(jì)各部門所市場需求的多品種、多功能、高精度、高品質(zhì)、高度智能化的技術(shù)裝備的開發(fā)和制造，促進(jìn)了先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展?，F(xiàn)階段代表機(jī)床制造業(yè)最高境界的是五軸協(xié)同數(shù)控機(jī)床掌控技術(shù)，它是化解扇葉、葉片、船用螺旋槳、重型發(fā)電機(jī)渦輪、DD91機(jī)渦輪、大型柴油機(jī)輪軸等加工的唯一手段，對航空航天、軍事、科研、精密器械等行業(yè)都起著舉足輕重的作用。

但是五軸協(xié)同數(shù)控機(jī)床掌控技術(shù)價格十分昂貴，加之在數(shù)控程序編制上存在著很大困難，因而如何使得五軸加工得以“平民”化應(yīng)用領(lǐng)域，已經(jīng)成為機(jī)床制造業(yè)的一個焦點問題。本文從交互式機(jī)床技術(shù)開發(fā)，探討其在五軸加工的應(yīng)用領(lǐng)域，同時實現(xiàn)演示加工，強(qiáng)化數(shù)控程序，從而提升加工產(chǎn)品質(zhì)量、提高加工效率、減少加工成本。

　　2、交互式機(jī)床應(yīng)用領(lǐng)域的優(yōu)勢

　　數(shù)控加工最終的好壞取決于下列5個特征值中的軟肋：數(shù)控機(jī)床、掌控器、、數(shù)控程式設(shè)計和CAM軟件。交互式機(jī)床的應(yīng)用領(lǐng)域正好能化解以上軟肋問題，選用交互式機(jī)床存在下列優(yōu)點：

　　2.1 真實世界性

　　現(xiàn)代CAM軟件驅(qū)動力的標(biāo)準(zhǔn)演示演示是一種不完整的近似運動演示，不能避免實際加工操作過程中的過切與撞刀。交互式機(jī)床技術(shù)選用內(nèi)置CNC掌控器驅(qū)動力的加工演示演示是真實世界可靠的，能把加工中的各種風(fēng)險（撞刀、過切等）降為零。

　　2.2 純潔性

交互式機(jī)床不但能演示現(xiàn)代的滾珠軸承、銑床、加工中心，所以能演示車銑復(fù)合和多軸協(xié)同機(jī)床?，F(xiàn)階段，西門子公司的交互式機(jī)床對相同CNC掌控掌控技術(shù)的特殊加工指令及FMS柔性制造掌控技術(shù)能展開演示。

　　2.3 整合性

　　交互式機(jī)床不但提供更多三維數(shù)字機(jī)床，所以包含交互式掌控面板，提供更多和煉鐵廠自然環(huán)境一樣的交互式教學(xué)實驗自然環(huán)境。應(yīng)用領(lǐng)域交互式機(jī)床，能同時實現(xiàn)學(xué)生的大量演示與真實世界機(jī)床沒有區(qū)別。這對現(xiàn)階段企業(yè)緊缺的中高端數(shù)控人才，是一個很好的專業(yè)培訓(xùn)化解方案，使繁雜機(jī)床的程式設(shè)計及加工操作專業(yè)培訓(xùn)費用減少50%，從且能大大地減少專業(yè)培訓(xùn)成本。

　　2.4 開放性

　　交互式機(jī)床能有效地連接CAM程式設(shè)計和煉鐵廠加工，接受相同CAM軟件編制的NC程序或手工程式設(shè)計，方便快捷與相同的軟件自然環(huán)境交會。交互式機(jī)床也能按照相同的CNC掌控掌控技術(shù)和機(jī)床型號展開定制，以方便快捷與機(jī)床硬件自然環(huán)境交會。

2.5 異地共享資源

　　現(xiàn)階段對五軸協(xié)同數(shù)控機(jī)床這樣的高端機(jī)床，由于數(shù)量少和技術(shù)要求高，導(dǎo)致普遍使用量偏低。交互式機(jī)床技術(shù)能打破真實世界機(jī)床共享資源使用的地域限制，平衡投資，所以未來升級方便快捷。

　　3、繁雜零件五軸加工操作過程與化解方案

　　五軸加工環(huán)節(jié)包括：模具預(yù)備、編制、演示校正、前置輸入、機(jī)床加工。五軸加工的操作過程是純排序機(jī)演示的。

　　3.1 加工模型預(yù)備

NX把CAD、CAE和CAM全部集合在一個掌控技術(shù)中。透過新一代的CAD技術(shù)，數(shù)控程式設(shè)計人員能夠快速地完成模型預(yù)備。即使排序結(jié)果來源于第三方CAD掌控技術(shù)也是一樣的。（1）模型創(chuàng)建和：運用強(qiáng)大的可視化和技術(shù)（CAD）創(chuàng)建用作CAM程式設(shè)計的零部件模型。（2）模型產(chǎn)品質(zhì)量與校正：分析和校正歐幾里得條件——檢驗表層缺陷、壁厚、半徑等。（3）零件制造重要信息：檢查可能影響加工方法的更多模型重要信息（公差、表層溫度梯度），這些重要信息可驅(qū)動力CAM。（4）文件格式與繪圖：基于3D模型快速創(chuàng)建用作加工的任何文件格式。

　　在此操作過程中的關(guān)鍵技術(shù)包括四點，第一是混合可視化、同步可視化技術(shù)，展開Jaunpur設(shè)計，第二是選用高性能表示和NX WAVE技術(shù)將零件、產(chǎn)品的制作繁雜度減少，第三是在設(shè)計操作過程中使用行業(yè)專門智能化技術(shù)加快設(shè)計進(jìn)度，第四是設(shè)計開放，能夠處置其他CAD數(shù)據(jù)。

　　3.2 五軸加工程式設(shè)計

五軸加工選用廣泛的加工策略，提供更多靈巧的軸掌控選項，輕易處置繁雜的工作市場需求，同時實現(xiàn)高度靈巧的程式設(shè)計。利用新一代的加工設(shè)備和制造工藝，以更快的速度加工產(chǎn)品質(zhì)量更好的零件。

　　在五軸加工程式設(shè)計操作過程中，點、線、面、邊界等驅(qū)動力，若恩縣、插補(bǔ)、相對等刀軸同時實現(xiàn)了豐富的驅(qū)動力方式和刀軸掌控；可變軸輪廓加工能透過簡單選擇底部歐幾里得體來手動加工繁雜外壁，識別扇葉歐幾里得，手動創(chuàng)建刀軌，便于便捷式的交互處置；不斷改變和呂普縣表層的相對角度，使的接觸面積最大化，同時實現(xiàn)了曲率匹配這一新技術(shù)。

　　3.3 CAM/CNC一體化

　　CAM/CNC的有機(jī)集成，透過刀軌排序精度掌控、強(qiáng)化前置處置、真實世界的演示演示，讓CAM的輸入充分考慮機(jī)床掌控掌控技術(shù)的高級功能，同時實現(xiàn)產(chǎn)能的最大化，并消除了風(fēng)險。

　　4、五軸加工中交互式機(jī)床的創(chuàng)建

真實世界的數(shù)控機(jī)床包括了機(jī)械結(jié)構(gòu)和掌控掌控技術(shù)兩部分。在VER ICUT 平臺上構(gòu)建交互式數(shù)控機(jī)床也需要有兩部分內(nèi)容： 機(jī)床結(jié)構(gòu)模型的創(chuàng)建和機(jī)床掌控掌控技術(shù)的創(chuàng)建。

　　4.1 交互式機(jī)床結(jié)構(gòu)模型的創(chuàng)建

　　4.1.1 五軸運動結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)ISO的規(guī)定，在描述數(shù)控機(jī)床的運動時，選用右手直角坐標(biāo)系。其中平行于主軸的坐標(biāo)軸定義為z軸，繞x、y、z軸的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)分別為A、B、C。各坐標(biāo)軸的運動可由工作臺，也能由的運動來同時實現(xiàn)，但方向均以相對工件的運動方向來定義。通常五軸協(xié)同是指x、y、z、A、B、C中任意5個坐標(biāo)的線性插補(bǔ)運動，如圖1所示。五軸實際是指x、y、z三個移動軸加任意兩個旋轉(zhuǎn)軸。相對常見的三軸（x、y、z三個自由度）加工而言，五軸加工是指加工歐幾里得形狀比較繁雜的零件時，需要加工能夠在五個自由度上展開定位和連接。

　　4.1.2 交互式機(jī)床結(jié)構(gòu)模型的創(chuàng)建

　　構(gòu)建交互式機(jī)床有多種方法 其中利用專業(yè)的數(shù)控加工演示平臺， 透過二次開發(fā)構(gòu)建交互式數(shù)控機(jī)床的方法是現(xiàn)實而有效的。VER ICUT是先進(jìn)而成熟的數(shù)控演示加工平臺軟件，不但含有豐富的數(shù)控機(jī)床庫，并支持定制功能，能構(gòu)建出用戶所需要的數(shù)控機(jī)床。

交互式機(jī)床的結(jié)構(gòu)部分包括床身、主軸掌控技術(shù)、進(jìn)給掌控技術(shù)、夾具、工件等。創(chuàng)建交互式機(jī)床結(jié)構(gòu)的方法主要有2個：一是基于VERICUT自身的通用可視化功能，在VERICUT庫中找一個相似程度很高的交互式機(jī)床結(jié)構(gòu)，以此為基礎(chǔ)透過修改、添加的方法構(gòu)建出所需要的機(jī)床結(jié)構(gòu)模型。二是對繁雜機(jī)床結(jié)構(gòu)，利用VERICUT與其它CAD/ CAM軟件接口，將創(chuàng)建好的特種機(jī)床實體模型導(dǎo)入VERICUT自然環(huán)境中并裝配。

　　筆者在設(shè)計交互式機(jī)床結(jié)構(gòu)模型時，首先選用第一種方法，雖然創(chuàng)建較為簡單，但是由于局部特征表達(dá)得不夠清晰，使得演示加工操作過程中碰撞干涉檢驗的能力減少。在吸取經(jīng)驗教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，透過SIEMENS NX 重新對繪制模型，將機(jī)床整體模型描述清晰，使得局部特征明顯。但此種方法存儲空間較大，在演示加工操作過程中有可能會出現(xiàn)坐標(biāo)漂移的問題。透過不斷強(qiáng)化模型，減少了坐標(biāo)漂移的可能性。

　　4.2 交互式機(jī)床模型運動關(guān)系設(shè)置

以機(jī)床工作臺主參考體測量，按圖2所示結(jié)構(gòu)樹順序選用相對運動約束關(guān)系，創(chuàng)建機(jī)床原點靜止裝配數(shù)據(jù)模型，完善后轉(zhuǎn)化為*.STL文件，數(shù)據(jù)分別聯(lián)接入演示掌控掌控技術(shù)結(jié)構(gòu)樹，形成五軸協(xié)同機(jī)構(gòu)。

　　編制數(shù)控掌控指令掌控技術(shù)文件（fidia20.ctl文件）與數(shù)控機(jī)床構(gòu)造文件（FOREST-LINE.mch文件），演示FIDIA C20數(shù)控指令掌控技術(shù)，翻譯識別檢查FIDIA C20掌控技術(shù)（GM）指令，驅(qū)動力結(jié)構(gòu)樹內(nèi)X軸部件、Y軸部件、Z軸部件（線性運動）、C軸部件（旋轉(zhuǎn)運動）和A軸部件（擺動）同步聯(lián)合運動。

　　設(shè)置機(jī)床演示掌控技術(shù)工作行程軟邊界：X軸、Y軸、Z軸、C軸和A軸工作行程的上下邊界。

　　4.3 創(chuàng)建機(jī)床庫和砂輪庫

啟動管理器能創(chuàng)建所需要的加工。在管理器中主要提供更多了很多參數(shù)，如類型、直徑、長度、刀柄等。在VERICUT軟件中按所需創(chuàng)建的銑刀類型（包含直齒銑刀、球頭銑刀、錐度銑刀及用戶自定義等），設(shè)置歐幾里得參數(shù)，然后能單獨保存，并能提供更多給相同的交互式機(jī)床調(diào)用。然后再用自畫圖方式，添加機(jī)床實際用的刀套Holder。依照此方法，，創(chuàng)建一系列常用的庫。

　　此外，由于VERICUT軟件沒有提供更多設(shè)置砂輪的模塊。我們能根據(jù)砂輪的切削原理選用銑刀類模塊創(chuàng)建砂輪，來滿足演示要求。結(jié)合特種回轉(zhuǎn)面的歐幾里得成型操作過程中的相同工序要求， 在VERICUT 中能創(chuàng)建多個砂輪以供相同加工工序調(diào)用。

　　4.4 機(jī)床相關(guān)設(shè)置

（1）數(shù)控掌控技術(shù)設(shè)置；根據(jù)機(jī)床的掌控掌控技術(shù)功能和指令格式，對預(yù)備功能G 代碼、輔助功能M 代碼、寄存器地址和狀態(tài)指令等展開設(shè)置，并保存該文件。（2）設(shè)置干涉檢查；（3）設(shè)置機(jī)床行程；（4）設(shè)置機(jī)床初始位置；（5）其他設(shè)置，如機(jī)床參考點、換刀位置等。

　　4.5 模型定位演示加工

　　在演示掌控掌控技術(shù)結(jié)構(gòu)樹內(nèi)填加夾具和呂普縣聯(lián)接樹結(jié)構(gòu)接口，分別定義空間位置并展開位置裝配約束，展開調(diào)用拼裝組合夾具定位或模鍛件定位加工。

　　其中夾具接結(jié)構(gòu)樹接口能直接讀取，其中專用工裝夾具能與公司產(chǎn)品相應(yīng)工藝裝備文件連接。標(biāo)準(zhǔn)組合夾具能直接調(diào)用拼裝夾具標(biāo)準(zhǔn)件庫，然后在演示掌控技術(shù)內(nèi)組合裝配應(yīng)用領(lǐng)域。

　　5、交互式機(jī)床在五軸加工中的應(yīng)用領(lǐng)域測試

圖3所示渦輪增壓器中繁雜曲面扇葉的加工投產(chǎn)前，在五軸協(xié)同加工的數(shù)控演示掌控技術(shù)內(nèi)演示應(yīng)用領(lǐng)域。該零件的工藝裝備最大外形500mm×335mm×245mm，其中成型面為繁雜雙曲面，選用長度方向兩側(cè)局部拼接加工。扇葉在五軸協(xié)同加工時，邊界為：X 50.779，Y-123.586，Z-58.258。位置主軸角度為：B-5.894°，C158.287°，工裝定位未超出機(jī)床工作行程。透過演示掌控技術(shù)分析兩次定位演示加工，顯示零件加工操作過程的直觀狀態(tài)，C軸部件和A軸部件大角度協(xié)同空間狀態(tài)能在相同視角觀測，以校正工藝操作過程合理性，避免工件裝夾位置錯誤導(dǎo)致主軸與工件碰撞。

　　6、結(jié)語

透過上述研究實驗的證明，利用交互式機(jī)床技術(shù)，能提高加工效率，保證數(shù)控程式設(shè)計產(chǎn)品質(zhì)量，減少數(shù)控技術(shù)人員與操作人員的工作量和勞動強(qiáng)度，提高五軸協(xié)同加工的數(shù)控程式設(shè)計制造加工一次成功率，縮短產(chǎn)品設(shè)計和加工周期，提高生產(chǎn)效率。

　　審核(王靜)

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