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五轴加工中心后置处理与虚拟仿真的研究
2013-8-15  来源:  作者:上海工程技术大学 朱建军,唐佳,刘圣敏

1 前言

 

     五轴加工中心以其高精度、柔性化的特点,是现代模具CAD/CAM加工中不可或缺的一项重要技术和手段。模具的工件形状复杂,表面质量要求高,特别是一些军工产品,对铣削加工提出了很高的要求,而五轴加工可以在一次装夹后,从多个面对工件进行加工,不但可以节省装夹时间及辅助测量装置,而且提高了加工的位置精度,所以五轴加工中心是复杂零件加工的一种不可缺少的方式。

 

      本文以我校VDW- 320 五轴加工中心机床为基础,它系统采用SIEMENS840D,工作台工作行程1000×

550×450,回转工作台直径320,刀具容量为24 把,最高转速10000r/min,其中A 轴工作范围+30 度到- 120度,C 轴可以实现360 度。通过研究其对单个叶轮的实体仿真模拟技术和后置处理技术以及整个加工过程,研究开发,使机床能够充分、合理、正确地应用于模具及复杂零件的加工。

 

2 单叶片曲面零件加工工艺及后置处理

 

2.1 单叶片曲面零件图

 

      本文以单叶片曲面零件为例,研究VDW- 320 五轴数控机床加工工艺。图1 为单叶片曲面零件形状、尺寸及毛坯。

 

  

     该零件由于部分曲面法向量与Z 轴夹角大于180°,不能采用两轴半或三轴加工,只能采用四轴或五轴加工,也可采用五面体加工技术,这里为了开发验证五轴后置处理技术,采用五轴五联动编程技术。

 

2.2 单叶片数控编程

 

     在SurfCAM软件环境下,进行粗加工、半精加工和精加工编程,数控编程参数见表1

 

 

     粗加工刀具路径,采用3axis Auto Rough,为了方便编程,坐标系设置为cview,分别设置为cview5cview6,半精加工刀具路径,采用3axis Planar 编程,坐标系设置为cview,分别设置为cview5 cview6

 

2.3 后置处理技术研究

 

     后置处理是研究软件与机床接口的技术,正确的后置处理是机床能够正确运行的关键,没有正确的后置处理,机床将不能完成预定的加工。后置处理技术涉及机床结构、机床控制器种类和型号及参数、编程软件相关设置等多种内容。

 

3 虚拟数控仿真

  

3.1 模拟环境的建立

 

     为了进一步验证编程程序及后置处理结果的正确性,需要在实际机床上进行试切削加工,这样需占用机器,浪费时间,同时又没有安全保障,一旦程序有丝毫错误,将可能造成严重的损失。这里作者配制的虚拟模拟机床,在虚拟的环境下进行加工。虚拟的模拟机床参照实际机床的配制,通过三维造型建立机床运动模型,并建立机床的控制器驱动程序。建立的模拟机床还需配制毛坯信息及刀具信息。

 

3.2 虚拟仿真

 

     配置好机床后,就可以进行虚拟仿真了,从仿真结果看出,刀具路径没有错误,加工的形状符合设计要求。

 

3.3 精度检测

 

     在仿真结束后,还可进一步对加工的结果进行检测,测量其加工精度。通过测量间距与最大加工误差,误差在0.01mm 左右,最大间距1.5mm。由结果可以看出,加工精度符合要求。

 

4 实际加工

 

      通过理论验证与数控虚拟仿真检验后,可以进行零件的实际加工了。本零件虽然通过多次修改编程参数,但在机床上只进行了两次试验加工,而且只是试验部分刀具路径,大大减少了对机器的占用与出错的几率。

 

5 结束语

 

     通过对单片叶轮曲面的加工与仿真结果的检测与对比,两者结果几乎一致。这说明五轴机床后置处理编制正确、虚拟仿真环境建立与开发正确、五轴程序编写正确。

 

     此项技术解决了VDW- 320 五轴机床的后置处理即与软件的接口问题,可广泛应用来加工各种复杂模具或机械零件。现在国外一些先进的机床制造商正在构想一种全新的“加工中心”,它将是万能型的设备,可用于车削、铣削、磨削、激光加工等,成为真正意义上的全功能的加工中心。

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