五軸加工工藝與優(yōu)化

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1、 五軸加工工藝與優(yōu)化 1前言 五坐標(biāo)機(jī)床功能強(qiáng)大、加工效率高、質(zhì)量好,在復(fù)雜曲面數(shù)控加工領(lǐng)域,具有獨(dú)到之處.CAD/CAM建模、仿真加工以后，分析工藝、碰撞、過(guò)切、欠切等問(wèn)題.圖1為基于UG和VERICUT的五軸加工設(shè)計(jì)、仿真與優(yōu)化的流程圖. 2零件三維 CAD模型參考設(shè)計(jì)圖紙，分析零件及曲面詳細(xì)尺寸，計(jì)算節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，繪制曲線、曲面，構(gòu)造零件CAD模型如圖2. 3零件UGCAM設(shè)計(jì) 3.1確定復(fù)雜曲面零件加工工藝方案根據(jù)零件的CAD模型，分析曲面形狀，尺寸特點(diǎn)，采用粗加工、半精加工和精加工加工方案，結(jié)合UGNX10.0提供的CAM工序類型確定

2、該零件的工藝方案如表1所示.3.2規(guī)劃刀具路徑UGNX10.0的CAM主要包括創(chuàng)建刀具、設(shè)置機(jī)床坐標(biāo)系、工序設(shè)計(jì)（如圖3）等，其中工序設(shè)計(jì)是一項(xiàng)較為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ?利用“可變流線銑（VARIABLE_STREAMLINE）”方法精加工槽側(cè)面時(shí)，需要設(shè)置的參數(shù)較多，如“刀軸”參數(shù)的“軸”設(shè)置為“相對(duì)于驅(qū)動(dòng)體”，“前傾角”設(shè)置為“0”，“側(cè)傾角”設(shè)置為“-67”.圖4機(jī)床組件樹(shù)工序內(nèi)容UGCAM加工類型刀具粗加工外形型腔銑(CAVITY_MILL)平底立銑刀D12半精加工剩余剩余銑(REST_MILLING)平底立銑刀D6精加工槽一側(cè)可變流線銑(VARIABLE_STREAMLINE)球頭立銑刀R2精

3、加工槽底固定輪廓銑(FIXED_CONTOUR)球頭立銑刀R2精加工槽另一側(cè)可變流線銑(VARIABLE_STREAMLINE)球頭立銑刀R2表1加工工藝方案3.3后置處理刀位文件不能直接被數(shù)控機(jī)床識(shí)別，須經(jīng)過(guò)后處理轉(zhuǎn)化為指定數(shù)控系統(tǒng)的程序，才能在相應(yīng)機(jī)床上運(yùn)行，完成加工任務(wù).現(xiàn)生產(chǎn)單位擁有DMU60t機(jī)床若干臺(tái)，配備HeidenhainiTNC530控制系統(tǒng)，結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)狀，UGNX10.0后處理文件須滿足該五軸機(jī)床一擺頭（B軸）、一擺臺(tái)（C軸）結(jié)構(gòu)和海德漢控制系統(tǒng)的要求.將與機(jī)床結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)相適應(yīng)的后處理文件B_HEAD_C_TABLE_ITNC530_POST.tcl和B_HEAD_C_TA

4、BLE_ITNC530_POST.def拷貝至UGNX10.0后處理文件目錄“\NX8.5\MACH\resource\postprocessor”中，使用記事本打開(kāi)該目錄中的template_post.dat文件，在文件的最后添加一行內(nèi)容：“B_HEAD_C_TABLE_ITNC530,${UGI-I_CAM_POST_DIR}B_HEAD_C_TABLE_IT-NC530_POST.tcl,${UGII_CAM_POST_DIR}B_HEAD_C_TABLE_ITNC530_POST.def”，然后保存該文件，完成對(duì)后置處理的修改.這樣，在UGNX10.0軟件中就加了一個(gè)名字為“B_HEA

5、D_C_TABLE_ITNC530”后處理器. 4VERICUT仿真 4.1選擇數(shù)控系統(tǒng)VERICUT仿真時(shí)使用的數(shù)控系統(tǒng)要與生產(chǎn)單位機(jī)床系統(tǒng)相一致，軟件VERICUT7.2.3默認(rèn)數(shù)控系統(tǒng)為fan30im，須修改為軟件庫(kù)中hei530數(shù)控系統(tǒng).4.2建立機(jī)床模型按照運(yùn)動(dòng)模塊構(gòu)建機(jī)床的外形模型時(shí)，不需要考慮機(jī)床主軸等部件的內(nèi)部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，同時(shí)將不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的部件和底座簡(jiǎn)化為機(jī)床本體進(jìn)行整體建模[4].DMU60t機(jī)床有兩大傳功鏈，他們分別是主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈和進(jìn)給傳動(dòng)鏈.主軸帶著刀具繞著B(niǎo)軸旋轉(zhuǎn)，并且與Y向運(yùn)動(dòng)組件相連，Y向運(yùn)動(dòng)組件又和X向組件相連，形成主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈.毛坯裝夾在C向轉(zhuǎn)

6、動(dòng)組件上，該組件和Z向運(yùn)動(dòng)組件相連，共同構(gòu)成毛坯進(jìn)給傳動(dòng)鏈.在組件樹(shù)ComponentTree依次定義機(jī)床部件，添加順序?yàn)锽ase→X→Y→B→Spindle，Tool→Base→Z→C，從而得到機(jī)床組件樹(shù)如圖4所示.創(chuàng)建過(guò)程中，根據(jù)機(jī)床實(shí)際參數(shù)設(shè)置X、Y、Z、B和C軸的快速移動(dòng)速度、最大進(jìn)給速度等參數(shù).4.3添加機(jī)床幾何模型分別選擇對(duì)應(yīng)組件中的模型節(jié)點(diǎn)，在“添加模型”選項(xiàng)中選擇“模型文件”，依次添加機(jī)床模型文件.在”JAWS（即夾具）”節(jié)點(diǎn)之下添加“Stock（即毛坯）”“Design（即設(shè)計(jì)）”節(jié)點(diǎn)及它們的幾何模型，如圖4所示.4.4機(jī)床參數(shù)設(shè)定恰當(dāng)?shù)臋C(jī)床參數(shù)對(duì)VERICUT仿真至關(guān)重要.

7、選擇“配置”“機(jī)床設(shè)定”菜單命令，依次設(shè)置機(jī)床的碰撞檢測(cè)、機(jī)床零點(diǎn)、行程極限、軸優(yōu)先等參數(shù)[1-3].除了以上參數(shù)外，還要對(duì)B、C軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行設(shè)置，選“配置”“控制設(shè)定”菜單命令，設(shè)置B、C軸旋轉(zhuǎn)臺(tái)型為“EIA（360絕對(duì)）”.4.5其他準(zhǔn)備工作坐標(biāo)系統(tǒng)和程序零點(diǎn)的設(shè)置.對(duì)于坐標(biāo)系統(tǒng)，設(shè)置“附坐標(biāo)系”到”Stock（工件）”；對(duì)于程序零點(diǎn)，子系統(tǒng)1程序零點(diǎn)，“偏置名”設(shè)置為“程序零點(diǎn)”，同時(shí)選擇從“B”“組件”到“Csys1”“坐標(biāo)原點(diǎn)”定位.創(chuàng)建加工刀具.根據(jù)表1的工藝方案，創(chuàng)建4把刀具，其中3把直徑分別為16、12和6毫米的平底立銑刀，1把直徑為4毫米的球頭立銑刀.UG后處理生成程序及V

8、ERICUT添加程序.在UGNX10.0中分別對(duì)六個(gè)工步（見(jiàn)圖3）進(jìn)行后處理，選擇前文設(shè)定的后置處理器B_HEAD_C_TABLE_ITNC530，輸出NC程序.在VERICUT7.2.3中，選擇“數(shù)控程序”節(jié)點(diǎn)“添加數(shù)控程序文件”載入NC程序.4.6仿真加工準(zhǔn)備工作完成后即可啟動(dòng)VERICUT仿真加工，該零件仿真加工效果如圖5所示，由圖可見(jiàn)，在槽的上邊緣存在較為嚴(yán)重的過(guò)切現(xiàn)象，而此處在UG仿真加工時(shí)是不存在過(guò)切的，原因是VERI-CUT仿真引入機(jī)床、刀具及工裝系統(tǒng)，更加貼近現(xiàn)實(shí).設(shè)置過(guò)切、欠切公差均為0.01mm，并用顏色加以區(qū)分，顏色較深的位置表示過(guò)切或欠切，利用軟件將仿真加工結(jié)果與原設(shè)計(jì)

9、模型進(jìn)行分析比較，得到圖6（a）,由圖可見(jiàn)，工件不僅存在過(guò)切現(xiàn)象，在曲面曲率較大位置還存在較為明顯的欠切問(wèn)題，故零件不合格.合格零件必須滿足設(shè)計(jì)要求，過(guò)切和欠切均會(huì)影響零件的外觀或使用功能.由圖1可知，若零件仿真加工不合格，須對(duì)零件CAD造型或CAM設(shè)計(jì)等不妥當(dāng)?shù)牟糠诌M(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì).仔細(xì)分析VERI-CUT仿真過(guò)程后發(fā)現(xiàn)，過(guò)切出現(xiàn)在“剩余銑（REST_MILLING）”工步，在UGCAM設(shè)計(jì)中選用“型腔銑（CAVITY_MILL）”代替“剩余銑”，同時(shí)須設(shè)計(jì)“型腔銑”“切削參數(shù)”，將“參考刀具”選擇為“D12”平底立銑刀，即可利用型腔銑方法實(shí)現(xiàn)剩余料的半精加工.零件欠切也是不允許的，分析欠切的位

10、置可知，大部分的欠切與槽側(cè)精加工“可變流線銑”工步有關(guān)，修改該工步的“刀軸”參數(shù)，將“側(cè)傾角”由“-67”修改為“-60”.重新后處理生成程序，在VERI-CUT中添加相應(yīng)程序進(jìn)行仿真加工，由仿真效果圖可見(jiàn)，過(guò)切情況已不存在.設(shè)置過(guò)切、欠切公差為0.01mm讓仿真結(jié)果與設(shè)計(jì)模型進(jìn)行自動(dòng)比較，分析結(jié)果如圖6（b）所示.對(duì)比圖6的a和b，進(jìn)行CAM優(yōu)化設(shè)計(jì)后，基本消除了過(guò)切和欠切現(xiàn)象，仿真結(jié)果能夠滿足要求. 5結(jié)語(yǔ) 借助UG和VERICUT實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面的CAD建模、CAM設(shè)計(jì)、加工仿真和工藝優(yōu)化.在虛擬環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的加工過(guò)程，校驗(yàn)了加工程序的準(zhǔn)確性，避免了碰撞、干涉等現(xiàn)象，

11、減少了過(guò)切、欠切等問(wèn)題，采用虛擬制造技術(shù)，優(yōu)化了生產(chǎn)工藝，降低了生產(chǎn)成本，對(duì)五軸機(jī)床加工有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義. 參考文獻(xiàn)： 〔1〕陳文濤,夏芳臣,涂海寧.基于UG&VERICUT整體式葉輪五軸數(shù)控加工與仿真[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2012（2）. 〔2〕李芳,劉凱,王昊,等.基于VERICUT的雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸數(shù)控微型銑床建模和仿真[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2013（2）. 〔3〕燕杰春.基于UG和Vericut軟件平臺(tái)的多軸數(shù)控加工編程與仿真加工研究[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2012,34(2). 〔4〕占剛,趙麒.基于UG與VER

12、ICUT虛擬數(shù)控加工仿真技術(shù)研究[J].熱處理技術(shù)與裝備,2012,33(6). 4 1、最靈夢(mèng)想是一個(gè)天真的詞，實(shí)現(xiàn)夢(mèng)想是個(gè)殘酷的詞。。。21.2.152.15.202110:2210:22:262月-2110:22 2、只有收獲，才能檢驗(yàn)耕耘的好處；只有貢獻(xiàn)，方可衡量人生的價(jià)值。。二〇二一二〇二一年二月十五日2021年2月15日星期一 3、不要放棄，你要配的上自己的野心，也不要辜負(fù)了所受的苦難。。10:222.15.202110:222.15.202110:2210:22:262.15.202110:222.15.2021 4、找一個(gè)理由，否認(rèn)憂傷，

13、笑容就會(huì)燦爛到無(wú)所不在。。2.15.20212.15.202110:2210:2210:22:2610:22:26 5、成功與不成功之間有時(shí)距離很短——只要后者再向前幾步。。二月 21星期一, 二月 15, 20212/15/2021 6、只要努力抬起你的雙腳，勝利將屬于你。。10時(shí)22分10時(shí)22分15-2月-212.15.2021 7、青春如此華美，卻在煙火在散場(chǎng)。。21.2.1521.2.1521.2.15。2021年2月15日星期一二〇二一二〇二一年二月十五日 8、真正沒(méi)有資格談明天的人，是那個(gè)不懂得珍惜今日的人。。10:2210:22:262.15.2021星期一, 二月 1

14、5, 2021 1、你始終不屬于我，屬于我的只是我自己。。21.2.152.15.202110:2210:22:262月-2110:22 2、一份信心，一份努力，一份成功；十分信心，十分努力，十分成功。。二〇二一二〇二一年二月十五日2021年2月15日星期一 3、你是唯一的，你是十分獨(dú)特的，你就是你生命中的第一名。。10:222.15.202110:222.15.202110:2210:22:262.15.202110:222.15.2021 4、要跟成功者有同樣的結(jié)果，就必須采取同樣的行動(dòng)。。2.15.20212.15.202110:2210:2210:22:2610:22:26

15、5、我們的生命，就是以不斷出發(fā)的姿勢(shì)得到重生。。二月 21星期一, 二月 15, 20212/15/2021 6、只要站起來(lái)的次數(shù)比倒下去的次數(shù)多，那就是成功。10時(shí)22分10時(shí)22分15-2月-212.15.2021 7、自知之明是最難得的知識(shí)。21.2.1521.2.1521.2.15。2021年2月15日星期一二〇二一二〇二一年二月十五日 8、勇氣通往天堂，怯懦通往地獄。10:2210:22:262.15.2021星期一, 二月 15, 2021 1、最靈繁的人也看不見(jiàn)自己的背脊。21.2.152.15.202110:2210:22:262月-2110:22 2、最困難的事情就

16、是認(rèn)識(shí)自己。二〇二一二〇二一年二月十五日2021年2月15日星期一 3、有勇氣承擔(dān)命運(yùn)這才是英雄好漢。10:222.15.202110:222.15.202110:2210:22:262.15.202110:222.15.2021 4、與肝膽人共事，無(wú)字句處讀書(shū)。2.15.20212.15.202110:2210:2210:22:2610:22:26 5、閱讀使人充實(shí)，會(huì)談使人敏捷，寫(xiě)作使人精確。二月 21星期一, 二月 15, 20212/15/2021 6、最大的驕傲于最大的自卑都表示心靈的最軟弱無(wú)力。10時(shí)22分10時(shí)22分15-2月-212.15.2021 7、自知之明是最難得的知識(shí)。21.2.1521.2.1521.2.15。2021年2月15日星期一二〇二一二〇二一年二月十五日 8、勇氣通往天堂，怯懦通往地獄。10:2210:22:262.15.2021星期一, 二月 15, 2021