[發(fā)明專利]一種雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸數(shù)控機(jī)床虛擬裝配和數(shù)控加工仿真方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210405371.9
• 申請(qǐng)日: 2012-10-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102866638A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王勇;邵文全;寇金寶;田建偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津商業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B17/02
• 分類號(hào): G05B17/02
• 代理公司: 天津市三利專利商標(biāo)代理有限公司 12107
• 代理人: 肖莉麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)控加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸數(shù)控機(jī)床虛擬裝配和數(shù)控加工仿真方法。

背景技術(shù)

在制造業(yè)中，自由曲面通常都是通過(guò)五軸數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工的。五軸機(jī)床是在通常使用的三軸機(jī)床的基礎(chǔ)上增加另外兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸。其最簡(jiǎn)單的五軸機(jī)床構(gòu)成方式為：在通用的立式三軸機(jī)床上，安裝一個(gè)雙轉(zhuǎn)臺(tái)，即構(gòu)成雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸數(shù)控機(jī)床。這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸提供了更大的靈活性，使得先前不能加工的高質(zhì)量復(fù)雜自由曲面的加工成為可能。從切削的效果講，五軸加工有很多優(yōu)點(diǎn)，一是切削效率高，二是加工后工件表面精度高，三是可以減少手工打磨量。然而由于增加了兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，五軸數(shù)控加工時(shí)很容易發(fā)生干涉。干涉可能發(fā)生在運(yùn)動(dòng)的刀具(刀具和夾具)和機(jī)床之間，如工件和工具夾具。有時(shí)候甚至出現(xiàn)在刀具和機(jī)床本身之間。這嚴(yán)重影響了五軸數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用。

虛擬制造技術(shù)的發(fā)展使得對(duì)數(shù)控加工過(guò)程進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真成為可能。數(shù)控加工仿真就是利用三維圖形技術(shù)對(duì)數(shù)控加工過(guò)程進(jìn)行模擬仿真，它已成為CAD／CAM技術(shù)的重要組成部分。數(shù)控仿真技術(shù)不需要原材料，校驗(yàn)過(guò)程具有敏捷性、直觀性和柔性等特點(diǎn)，尤其是解決了一些大型復(fù)雜零件加工無(wú)法采用實(shí)物驗(yàn)證的問(wèn)題。因此，數(shù)控加工仿真方法的研制與應(yīng)用對(duì)于節(jié)約原材料、提高制造業(yè)的技術(shù)水平都具有重要的意義。同時(shí)，它亦是提高刀具軌跡驗(yàn)證效率的有效途徑，具有十分可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

五軸數(shù)控機(jī)床的加工仿真在一些CAM軟件中已經(jīng)集成，如UG、Cimatron等軟件，這些集成軟件適合于生成數(shù)控代碼，盡管可進(jìn)行一些加工仿真，但對(duì)于數(shù)控代碼中的連接部分代碼無(wú)法進(jìn)行仿真，另外無(wú)法定制特有的宏程序仿真，不能對(duì)實(shí)際機(jī)床行程、單位時(shí)間體積切削量等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，使數(shù)控仿真的正確性不能得到完全保證。如果采用VC++和OpenGL技術(shù)，開(kāi)發(fā)數(shù)控仿真軟件，其工作量非常大，難度也比較高，對(duì)于機(jī)床結(jié)構(gòu)發(fā)生局部修改、機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)發(fā)生變化等，需要重新修改軟件代碼，使仿真效率比較低。

如何快速建立雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸數(shù)控機(jī)床加工仿真以及在保證仿真正確性前提下提高仿真效率是目前亟待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷，而提供一種能夠在保證仿真正確性前提下提高仿真效率的雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸數(shù)控機(jī)床虛擬裝配和數(shù)控加工仿真方法。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的技術(shù)方案是：

一種雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸數(shù)控機(jī)床虛擬裝配和數(shù)控加工仿真方法，其特征在于，包括下述步驟：

（1）建模：對(duì)機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件、機(jī)床床身、數(shù)控加工中所需毛坯和夾具進(jìn)行三維建模；

（2）利用Pro/E三維平臺(tái)根據(jù)運(yùn)動(dòng)關(guān)系連接機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件、機(jī)床床身進(jìn)行虛擬裝配：先進(jìn)行局部小組件的裝配，最后對(duì)機(jī)床總體進(jìn)行裝配；

對(duì)于局部小組件的裝配：把相互間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部件組成一個(gè)小裝配體，在裝配圖的環(huán)境下，分別調(diào)入需要裝配的零部件和小裝配體，通過(guò)約束條件對(duì)各零部件和小裝配體進(jìn)行位置和方向的約束，三個(gè)線性軸采用滑動(dòng)桿連接方式，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸采用銷釘連接方式；

對(duì)機(jī)床床身部分采用完全約束方式；

（3）虛擬仿真機(jī)床運(yùn)行：裝配完成后，制作虛擬裝配得到的裝配體的爆炸圖；同時(shí)在Pro/E機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)環(huán)境下，添加驅(qū)動(dòng)條件，模擬機(jī)床運(yùn)行，通過(guò)三維可視化方式確認(rèn)機(jī)床各軸的行程允許范圍；

（4）基于同一坐標(biāo)系輸出STL格式的各個(gè)組件模型：在Pro/E中完成裝配后，將相互間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部件輸出為一個(gè)組件，組件的格式為STL格式，有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部件則分開(kāi)進(jìn)行輸出；在Pro/E輸出部件時(shí)，各部件都采用同一坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行輸出，以A軸和C軸的交點(diǎn)作為輸出坐標(biāo)系的原點(diǎn)；

（5）創(chuàng)建雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸數(shù)控機(jī)床虛擬模型：根據(jù)雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在VERICUT中建立模型樹(shù)，模型組件順序?yàn)椋簷C(jī)床床身Base—Y軸—X軸—A軸—C軸—夾具—毛坯和機(jī)床床身Base—Z軸—主軸—刀具兩條分支；利用Pro/E所輸出的STL組件模型直接導(dǎo)入到VERICUT中相應(yīng)部件下，即創(chuàng)建了雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸數(shù)控機(jī)床虛擬模型；

（6）運(yùn)行數(shù)控加工仿真：對(duì)加工零件建模和數(shù)控編程，根據(jù)雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸機(jī)床結(jié)構(gòu)，利用UG/Post?Builder建立機(jī)床后處理文件，生成數(shù)控程序，進(jìn)行數(shù)控加工仿真。

步驟（6）的后處理設(shè)置時(shí)機(jī)床零點(diǎn)到A軸中心的偏移距離都為0，A軸中心到C軸中心偏移距離也都為0。

在建模過(guò)程中，對(duì)于在機(jī)床實(shí)際運(yùn)行時(shí)，機(jī)床運(yùn)動(dòng)部分不會(huì)最先接觸到的部件，在不減少該部件幾何空間大小的前提下，做相應(yīng)簡(jiǎn)化，以加快仿真速度。