五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心在復(fù)雜曲面零件的生產(chǎn)制造以及航空航天、汽車、輪船和模具等行業(yè)中具有顯著的優(yōu)勢和重要的現(xiàn)實(shí)意義m。因此五軸加工技術(shù)的培訓(xùn)和教學(xué)亦非常重要但由于五軸數(shù)控加工中心價(jià)格昂貴，不適合大范圍購置加工中心，開展實(shí)訓(xùn)教學(xué)；因此急需設(shè)計(jì)研制一種適用于五軸加工技術(shù)培訓(xùn)和教學(xué)的小型五軸數(shù)控加工中心。本文根據(jù)課題需求，采用一種搖籃結(jié)構(gòu)五軸加工中心,在實(shí)際生產(chǎn)制作前需要對加工中心的運(yùn)動(dòng)特性及工作合理性進(jìn)行仿真驗(yàn)證。VERICUT軟件是美國CGTech公司開發(fā)的一款用于數(shù)控加工仿真的專業(yè)軟件其能夠驗(yàn)證切削過程中的干涉、碰撞和過切等缺陷，并且根據(jù)需求進(jìn)行程序優(yōu)化，此外還可以真實(shí)模擬加工中心各運(yùn)動(dòng)部件間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，采用該軟件能夠有效地驗(yàn)證五軸加工中心是否能夠合理運(yùn)動(dòng)。
1仿真環(huán)境與加工中心模型建立7J加工中心模型建立
首先采用UG三維軟件進(jìn)行五軸加工中心的各部件設(shè)計(jì)，以及整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。當(dāng)前常見的五軸加工中心結(jié)構(gòu)主要包括雙擺頭結(jié)構(gòu)、雙轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)和擺頭轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)三大類,不同的結(jié)構(gòu)有不同其特點(diǎn)，其中雙擺臺結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)和制作難度最小，而雙擺臺結(jié)構(gòu)根據(jù)其機(jī)構(gòu)特點(diǎn)又稱作搖籃式，對于搖籃式五軸數(shù)控加工中心來說轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是它的主要組成部分.轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要是承載工件的重量，固定工件帶動(dòng)工件按要求進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。本文采用的搖籃式五軸加工中心整體設(shè)計(jì)如圖1所示，其中，直線導(dǎo)軌和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部件的各個(gè)軸均采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并采用行程開關(guān)限制各個(gè)軸的極限位置,S軸擺臺采用變速箱方式連接步進(jìn)電機(jī)，最大擺動(dòng)角度為-110/+20。;(：軸轉(zhuǎn)臺太用同步帶連接部件電機(jī)，最大回轉(zhuǎn)角度為±360。；Z/F/Z三軸的行程為555495^95mm;各個(gè)步進(jìn)電機(jī)的尺寸采用實(shí)際測繪值。
入2仿真環(huán)境建立
在使用VERICUT進(jìn)行數(shù)控加工仿真時(shí)前，需要首先完成加工中心三維模型的設(shè)計(jì)和圖形繪制，然后將繪制好的三維模型導(dǎo)入到VERICUT當(dāng)中，根據(jù)加工中心的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)定正確的部件運(yùn)動(dòng)關(guān)系樹，即完成如下操作步驟：
首先在VERICUT中建立五軸加工中心的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，這一步驟非常重要，運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系表述加工中心的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，即機(jī)床各個(gè)部件之間的附屬關(guān)系。F軸和ZfS與Base加工中心床身接觸,附屬于Base加工中心床身;C軸在5軸之上附屬于5軸;B軸在Z軸之上附屬于Z軸;Z軸在F軸之上附屬于]7軸；五軸加工中心的運(yùn)動(dòng)關(guān)系設(shè)置完成后如圖2所示。
然后按照VERICUT中建立好的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，在左側(cè)項(xiàng)目樹中導(dǎo)入三維模型，首先導(dǎo)入Base模型去頂加工中心的床身，然后導(dǎo)入3個(gè)線性軸Z/F/Z的三維模型，最后導(dǎo)入4/C軸和主軸的三維模型，導(dǎo)入順序?yàn)?/span>:Base添加床身模型—F軸添加r模型軸添加Z模型—5軸添加5模型—C軸添加C模型一HBase添加Z模型一^Spindle添加主軸模型如圖3 (q)所示，完成模型導(dǎo)入后得到圖3的所示五軸加工中心整體效果模型。
完成運(yùn)動(dòng)關(guān)系建立和模型導(dǎo)入后，仿真環(huán)境即建立完成，可以通過CAM軟件生成小葉輪的NC程序并將NC程序輸入到VERICUT仿真環(huán)境中進(jìn)行切削仿真，從而驗(yàn)證五軸加工中心模型的運(yùn)動(dòng)是否正確，以及模型間是否存在干涉。
2實(shí)例仿真驗(yàn)證
2.1整體葉輪五軸編程 為驗(yàn)證五軸加工中心的結(jié)構(gòu)合理性，以及各部件間是否存在干涉能否正確運(yùn)動(dòng)，在完成VERICUT仿真環(huán)境建立后需要采用CAM軟件生成切削驗(yàn)證實(shí)例零件的NC程序，本文以圖3 Q所示的整體葉輪模型為加工對象，采用
Powermill 2014編程軟件進(jìn)行整體葉輪自動(dòng)編程。整體葉輪加工主要包括開粗、葉片加工、輪轂加工三部分內(nèi)容。該Powermill 2014具有獨(dú)立的葉輪加工策略，分別為葉輪粗加工，葉片加工策略和流道加工策略，通過3個(gè)策略的合理使用，生成如圖3 ©、圖3 (d)、圖3 (<|所示加工軌跡。實(shí)際加工中需要對葉片和輪轂進(jìn)行反復(fù)精加工才能達(dá)到理想精度。生成加工軌跡后，生成VERICUT仿真環(huán)境的控制系統(tǒng)可讀取執(zhí)行的NC代碼，功能VERICUT仿真加工使
用。
2.2整體葉輪加工仿真
采用Powermill 2014編程軟件完成NC程序后,將葉輪的加工程序?qū)氲?/span>VERICUT中，但在仿真加工前需要完成以下準(zhǔn)備工作,其具體步驟為：1)根據(jù)加工需求設(shè)計(jì)繪制夾具模型和毛坯模型，并將繪制好的模型導(dǎo)入到VERICUT也導(dǎo)入夾具是選擇左側(cè)項(xiàng)目樹中的Fixture下面的模型進(jìn)行添加，導(dǎo)入毛坯模型時(shí)選擇Stock下面的模型進(jìn)行添加;3進(jìn)行工件坐標(biāo)系建立，將工件坐標(biāo)系設(shè)定在毛坯上表面中心位置，與生成NC程序時(shí)選擇的工件坐標(biāo)系相同；3)進(jìn)行G代碼偏置設(shè)置，將選項(xiàng)設(shè)置為從組件Tool到坐標(biāo)原點(diǎn)G54,這樣可以使仿真環(huán)境中的坐標(biāo)系原點(diǎn)與C A M軟件中N C程序生成原點(diǎn)重合;4建立加工刀具,為簡化仿真加工過程J且加工和精加工選擇同一把刀具;沒導(dǎo)入NC程序，重置仿真環(huán)境,進(jìn)行切削仿真，如存在干涉或者碰撞，則提不錯(cuò)fe丨曰息。
對于Z/Y/Z三個(gè)線性軸在仿真過程中需要注意是否出現(xiàn)超行程現(xiàn)象，對于S/C兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸觀察是否存在角度超程信息，以及在整個(gè)加工過程中是否出現(xiàn)過切、干涉和碰撞等紅色顯示的報(bào)警信息，如出現(xiàn)此類信息，首先檢查刀具、工件、夾具、NC程序之間是否存在問題，通過調(diào)整* 達(dá)到了較好的仿真效果，且完成圖5所示小葉輪的仿真切削。完成第一次仿真驗(yàn)證后將存在問題的部件進(jìn)行調(diào)整和修改，經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證和模型修改，最終制作完成圖6所示搖籃結(jié)構(gòu)教學(xué)型五軸數(shù)控加工中心。
3結(jié)論
本文為驗(yàn)證搖籃結(jié)構(gòu)五軸加工中心是否能夠正常工作，以及運(yùn)動(dòng)關(guān)系是否合理，將搖籃結(jié)構(gòu)五軸加工中心導(dǎo)入到VERICUT中，建立了仿真環(huán)境，并以整體葉輪為加工對象進(jìn)行了仿真切削，最后得到了較好的仿真切削效果，并成功地制作出一臺搖籃結(jié)構(gòu)五軸加工中心，通過VERICUT的使用簡化了五軸加工中心的設(shè)計(jì)難度，且避免了因設(shè)計(jì)失誤引起的重大錯(cuò)位，對實(shí)際制作五軸加工中心以及實(shí)際切削葉輪具有一定意義。
伯特利數(shù)控是一家集銷售、應(yīng)用及服務(wù)于一體的公司。產(chǎn)品包括：CNC加工中心、鉆攻中心、龍門加工中心、雕銑機(jī)、石墨機(jī)、五軸加工中心、立式加工中心、臥式加工中心等。我們機(jī)床的生產(chǎn)工廠設(shè)在廣東省東莞市，目前其生產(chǎn)的加工中心70%出口，其中出口到歐洲占到50%。我們盡心、盡力、盡意的服務(wù)！
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