虚拟制造在复杂曲面五轴联动加工中的应用

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1、虚拟制造在复杂曲面五轴联动加工中的应用

2、第1内容加载中....lun)是实际制造系统在不消耗能源和资源的信息世界里的完全映射。虚拟制造是在上世纪80年代由美国率先提出的，是对真实产品制造的动态模拟，是一种在计算机上进行而不消耗物理资源的模拟制造软件技术。虚拟制造机床系统是现实制造机床系统在虚拟空间的映射，它是由虚拟的机床→刀具→夹具→工件所组成的虚拟系统，具备现实机床加工系统的全部功能、特征和行为，能够完成现实机床加工系统同样的虚拟生产任务。通过虚拟制造机床对复杂曲面的五轴联动数控加工进行仿真，能够真实地反映制造加工过程中的过切、碰撞等干涉现象，为程序的修改提供了数据；能够对加

3、工程序进行反复调试，在不消耗材料、能源，不占用机床时间的情况下得到正确的数控加工程序。虚拟制造机床系统能够提供加工过程中的关键数据，如优化后的切削参数、总的加工时间等，通过它们可以评价加工策略的优劣并改进加工方案；能够进一步对加工程序进行优化，缩短切削加工过程中的空行程走刀时间和调整复杂曲面不同位置的加工进给率。二、虚拟制造机床系统针对复杂曲面五轴联动系统加工存在的问题，运用商业软件建立虚拟制造机床系统，需要进行以下的技术研究。1.虚拟制造机床的构成虚拟制造机床要能够完全真实地反应现实机床，无论是在机床拓扑结构、外型尺寸，还是运动功能方面都同现实机床一致或相似。虚拟制造机床的建

4、立主要包括机床几何结构、控制系统和刀具库的建立。虚拟机床要能够真实地反应现实机床，首先要求有同样的机床拓扑结构，其次机床各运动轴的几何尺寸要求同现实机床一致，特别是五轴联动机床有两个旋转轴的NC铣头和Z轴滑枕的尺寸更需要同现实机床完全一致，另外，机床各运动轴的运动极限及相对关系也要同现实机床一致。控制系统的建立目的是使虚拟控制系统具备同现实系统相同的功能，并且能够对机床功能，如G代码、M代码等功能代码进行定义，并实现对虚拟机床的控制功能。建立机床刀具库主要是建立用于实际制造系统中相同尺寸规格的各种刀具，以真实模拟切削的过程。2.机床仿真及校验在虚拟制造机床上添加工件毛坯、刀具和

5、夹具，设置编程坐标系和机床坐标系的相对位置关系，加载加工程序后，就可以实现对现实机床加工的仿真了。仿真能够真实地模拟出过切、碰撞等各种现象，并发出警报，标明发生该现象的位置。3.程序优化程序优化首先需要针对不同的产品材料和刀具材料建立个性化的程序优化库，这个优化库需要通过做大量的切削试验来建立。在程序优化时根据不同的加工材料和刀具，选择优化库中的实例对程序进行优化。通过优化后，在复杂曲面不同的加工区域自动设置不同的切削进给率，来保持每齿切削量和金属去除率的恒定，从而提高加工效率。三、虚拟制造在复杂曲面加工中的应用实例水轮机叶片的加工属于大型复杂雕塑曲面的加工，其毛坯体积大，材料

6、价格昂贵，采用虚拟制造技术对加工过程进行加工仿真，能够很好的规避各种制造中的风险，提高零件加工质量和加工效率。用虚拟制造技术对水轮机叶片进行机床仿真的流程如图1所示。图1水轮机叶片加工仿真流程示意图我们应用VERICUT机床仿真软件，通过它在计算机上建立虚拟制造机床，就能够实现对水轮机叶片加工过程的机床仿真、程序校验以及程序优化。下面以某混流式水轮机叶片的机床仿真为例介绍运用VERICUT软件实现复杂曲面虚拟机床制造的方法。（1）FKSA1800机床模型系统的建立FKSA1800是某水轮机制造厂的一台单臂五轴联动铣床，具有X、Y、Z三个直线轴和B、C两个旋转轴。Y轴依附于Z轴，

7、旋转轴C轴依附于Z轴，旋转轴B轴依附于C轴，属于Head-Head型的五轴联动机床。工作台大小为1.6m×4m，X、Y、Z轴行程分别为3m、2m、1m，C轴行程0°～＋360°，B轴行程-105°～＋105°。通过VERICUT软件首先建立机床的拓扑结构，然后添加机床以及各运动轴的三维几何实体。对于形状复杂的几何实体，如两轴NC铣头等，可通过CAD软件造出实体模型，再通过数据接口读入到VERICUT，并按正确的位置关系装配。FKSA1800的控制系统为SIEMENS840D的系统，VERICUT带有多种控制系统模板库，可以挑选适当的控制系统，并根据需要，运用VERICUT自带的

8、编程语言，添加适当的G代码和M代码功能。加工叶片的刀具为φ100R10面铣刀、φ63立铣刀、φ6钻头等，在VERICUT中定义这些所需刀具。运用VERICUT软件建立的FKSA1800虚拟机床模型如图2所示。图2FKSA1800虚拟机床模型（2）复杂曲面五轴联动加工机床仿真、校验以及程序优化在VERICUT上仿真时，调入FKSA1800机床，添加毛坯、夹具，加载加工程序以及所需刀具就可以进行加工仿真。通过机床仿真能够真实地反映出水轮机叶片实际加工情况，能够检查过切、碰撞等现象，能够计算加工所