[发明专利]一种双转台五轴数控机床虚拟装配和数控加工仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及数控加工技术领域，特别是涉及一种双转台五轴数控机床虚拟装配和数控加工仿真方法。

背景技术

在制造业中，自由曲面通常都是通过五轴数控机床进行加工的。五轴机床是在通常使用的三轴机床的基础上增加另外两个旋转轴。其最简单的五轴机床构成方式为：在通用的立式三轴机床上，安装一个双转台，即构成双转台五轴数控机床。这两个旋转轴提供了更大的灵活性，使得先前不能加工的高质量复杂自由曲面的加工成为可能。从切削的效果讲，五轴加工有很多优点，一是切削效率高，二是加工后工件表面精度高，三是可以减少手工打磨量。然而由于增加了两个旋转轴，五轴数控加工时很容易发生干涉。干涉可能发生在运动的刀具(刀具和夹具)和机床之间，如工件和工具夹具。有时候甚至出现在刀具和机床本身之间。这严重影响了五轴数控机床的广泛应用。

虚拟制造技术的发展使得对数控加工过程进行计算机仿真成为可能。数控加工仿真就是利用三维图形技术对数控加工过程进行模拟仿真，它已成为CAD／CAM技术的重要组成部分。数控仿真技术不需要原材料，校验过程具有敏捷性、直观性和柔性等特点，尤其是解决了一些大型复杂零件加工无法采用实物验证的问题。因此，数控加工仿真方法的研制与应用对于节约原材料、提高制造业的技术水平都具有重要的意义。同时，它亦是提高刀具轨迹验证效率的有效途径，具有十分可观的经济价值。

五轴数控机床的加工仿真在一些CAM软件中已经集成，如UG、Cimatron等软件，这些集成软件适合于生成数控代码，尽管可进行一些加工仿真，但对于数控代码中的连接部分代码无法进行仿真，另外无法定制特有的宏程序仿真，不能对实际机床行程、单位时间体积切削量等参数进行设置，使数控仿真的正确性不能得到完全保证。如果采用VC++和OpenGL技术，开发数控仿真软件，其工作量非常大，难度也比较高，对于机床结构发生局部修改、机床数控系统发生变化等，需要重新修改软件代码，使仿真效率比较低。

如何快速建立双转台五轴数控机床加工仿真以及在保证仿真正确性前提下提高仿真效率是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种能够在保证仿真正确性前提下提高仿真效率的双转台五轴数控机床虚拟装配和数控加工仿真方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种双转台五轴数控机床虚拟装配和数控加工仿真方法，其特征在于，包括下述步骤：

（1）建模：对机床各运动部件、机床床身、数控加工中所需毛坯和夹具进行三维建模；

（2）利用Pro/E三维平台根据运动关系连接机床各运动部件、机床床身进行虚拟装配：先进行局部小组件的装配，最后对机床总体进行装配；

对于局部小组件的装配：把相互间无相对运动的部件组成一个小装配体，在装配图的环境下，分别调入需要装配的零部件和小装配体，通过约束条件对各零部件和小装配体进行位置和方向的约束，三个线性轴采用滑动杆连接方式，两个旋转轴采用销钉连接方式；

对机床床身部分采用完全约束方式；

（3）虚拟仿真机床运行：装配完成后，制作虚拟装配得到的装配体的爆炸图；同时在Pro/E机构运动环境下，添加驱动条件，模拟机床运行，通过三维可视化方式确认机床各轴的行程允许范围；

（4）基于同一坐标系输出STL格式的各个组件模型：在Pro/E中完成装配后，将相互间无相对运动的部件输出为一个组件，组件的格式为STL格式，有相对运动的部件则分开进行输出；在Pro/E输出部件时，各部件都采用同一坐标系统进行输出，以A轴和C轴的交点作为输出坐标系的原点；

（5）创建双转台五轴数控机床虚拟模型：根据双转台五轴数控机床结构特点，在VERICUT中建立模型树，模型组件顺序为：机床床身Base—Y轴—X轴—A轴—C轴—夹具—毛坯和机床床身Base—Z轴—主轴—刀具两条分支；利用Pro/E所输出的STL组件模型直接导入到VERICUT中相应部件下，即创建了双转台五轴数控机床虚拟模型；

（6）运行数控加工仿真：对加工零件建模和数控编程，根据双转台五轴机床结构，利用UG/Post Builder建立机床后处理文件，生成数控程序，进行数控加工仿真。

步骤（6）的后处理设置时机床零点到A轴中心的偏移距离都为0，A轴中心到C轴中心偏移距离也都为0。

在建模过程中，对于在机床实际运行时，机床运动部分不会最先接触到的部件，在不减少该部件几何空间大小的前提下，做相应简化，以加快仿真速度。