基于Vericut的教学型五轴加工中心运动仿真


伯特利数控 加工中心  钻攻中心  

 前言:

 

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 五轴联动数控加工中心在复杂曲面零件的生产制造以及航空航天、汽车、轮船和模具等行业中具有显著的优势和重要的现实意义m因此五轴加工技术的培训和教学亦非常重要但由于五轴数控加工中心价格昂贵,不适合大范围购置加工中心,开展实训教学;因此急需设计研制一种适用于五轴加工技术培训和教学的小型五轴数控加工中心。本文根据课题需求,采用种摇篮结构五轴加工中心,在实际生产制作前需要对加工中心的运动特性及工作合理性进行仿真验证。VERICUT软件是美国CGTech公司开发的一款用于数控加工仿真的专业软件其能够验证切削过程中的干涉、碰撞和过切等缺陷,并且根据需求进行程序优化,此外还可以真实模拟加工中心各运动部件间的运动关系,采用该软件能够有效地验证五轴加工中心是否能够合理运动。

1仿真环境与加工中心模型建立7J加工中心模型建立

首先采用UG三维软件进行五轴加工中心的各部件设计,以及整体结构设计。当前常见的五轴加工中心结构主要包括双摆头结构、双转台结构和摆头转台结构三大类,不同的结构有不同其特点,其中双摆台结构的实现和制作难度最小,而双摆台结构根据其机构特点又称作摇篮式,对于摇篮式五轴数控加工中心来说转动机构是它的主要组成部分.转动机构主要是承载工件的重量,固定工件带动工件按要求进行旋转。本文采用的摇篮式五轴加工中心整体设计如图1所示,其中,直线导轨和旋转运动部件的各个轴均采用步进电机驱动,并采用行程开关限制各个轴的极限位置,S轴摆台采用变速箱方式连接步进电机,最大摆动角度为-110/+20。;(:轴转台太用同步带连接部件电机,最大回转角度为±360。Z/F/Z三轴的行程为555495^95mm;各个步进电机的尺寸采用实际测绘值。

入2仿真环境建立

在使用VERICUT进行数控加工仿真时前,需要首先完成加工中心三维模型的设计和图形绘制,然后将绘制好的三维模型导入到VERICUT当中,根据加工中心的结构特点设定正确的部件运动关系树,即完成如下操作步骤:

首先在VERICUT中建立五轴加工中心的运动关系,这一步骤非常重要,运动学关系表述加工中心的运动学特性,即机床各个部件之间的附属关系。F轴和ZfSBase加工中心床身接触,附属于Base加工中心床身;C轴在5轴之上附属于5轴;B轴在Z轴之上附属于Z轴;Z轴在F轴之上附属于]7轴;五轴加工中心的运动关系设置完成后如图2所示。

然后按照VERICUT中建立好的运动关系,在左侧项目树中导入三维模型,首先导入Base模型去顶加工中心的床身,然后导入3个线性轴Z/F/Z的三维模型,最后导入4/C轴和主轴的三维模型,导入顺序为:Base添加床身模型F轴添加r模型轴添加Z模型—5轴添加5模型C轴添加C模型HBase添加Z模型^Spindle添加主轴模型如图3 (q)所示,完成模型导入后得到图3的所示五轴加工中心整体效果模型。

完成运动关系建立和模型导入后,仿真环境即建立完成,可以通过CAM软件生成小叶轮的NC程序并将NC程序输入到VERICUT仿真环境中进行切削仿真,从而验证五轴加工中心模型的运动是否正确,以及模型间是否存在干涉。

2实例仿真验证

2.1整体叶轮五轴编程
为验证五轴加工中心的结构合理性,以及各部件间是否存在干涉能否正确运动,在完成VERICUT仿真环境建立后需要采用CAM软件生成切削验证实例零件的NC程序,本文以图3 Q所示的整体叶轮模型为加工对象,采用

Powermill 2014编程软件进行整体叶轮自动编程。整体叶轮加工主要包括开粗、叶片加工、轮毂加工三部分内容。该Powermill 2014具有独立的叶轮加工策略,分别为叶轮粗加工,叶片加工策略和流道加工策略,通过3个策略的合理使用,生成如图3 ©3 (d)图3 (<|所示加工轨迹。实际加工中需要对叶片和轮毂进行反复精加工才能达到理想精度。生成加工轨迹后,生成VERICUT仿真环境的控制系统可读取执行的NC代码,功能VERICUT仿真加工使

用。

2.2整体叶轮加工仿真

采用Powermill 2014编程软件完成NC程序后,将叶轮的加工程序导入到VERICUT中,但在仿真加工前需要完成以下准备工作,其具体步骤为:1)根据加工需求设计绘制夹具模型和毛坯模型,并将绘制好的模型导入到VERICUT也导入夹具是选择左侧项目树中的Fixture下面的模型进行添加,导入毛坯模型时选择Stock下面的模型进行添加;3进行工件坐标系建立,将工件坐标系设定在毛坯上表面中心位置,与生成NC程序时选择的工件坐标系相同;3)进行G代码偏置设置,将选项设置为从组件Tool到坐标原点G54,这样可以使仿真环境中的坐标系原点与C A M软件中N C程序生成原点重合;4建立加工刀具,为简化仿真加工过程J且加工和精加工选择同一把刀具;沒导入NC程序,重置仿真环境,进行切削仿真,如存在干涉或者碰撞,则提不错fe丨曰息。

对于Z/Y/Z三个线性轴在仿真过程中需要注意是否出现超行程现象,对于S/C两个转动轴观察是否存在角度超程信息,以及在整个加工过程中是否出现过切、干涉和碰撞等红色显示的报警信息,如出现此类信息,首先检查刀具、工件、夹具、NC程序之间是否存在问题,通过调整*
达到了较好的仿真效果,且完成图5所示小叶轮的仿真切削。完成第一次仿真验证后将存在问题的部件进行调整和修改,经过反复验证和模型修改,最终制作完成图6所示摇篮结构教学型五轴数控加工中心。

3结论

本文为验证摇篮结构五轴加工中心是否能够正常工作,以及运动关系是否合理,将摇篮结构五轴加工中心导入到VERICUT中,建立了仿真环境,并以整体叶轮为加工对象进行了仿真切削,最后得到了较好的仿真切削效果,并成功地制作出一台摇篮结构五轴加工中心,通过VERICUT的使用简化了五轴加工中心的设计难度,且避免了因设计失误引起的重大错位,对实际制作五轴加工中心以及实际切削叶轮具有一定意义。

 

 

伯特利数控是一家集销售、应用及服务于一体的公司。产品包括:CNC加工中心钻攻中心龙门加工中心雕铣机石墨机五轴加工中心立式加工中心卧式加工中心等。我们机床的生产工厂设在广东省东莞市,目前其生产的加工中心70%出口,其中出口到欧洲占到50%。我们尽心、尽力、尽意的服务!

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