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摘要:雙主軸車削加工中心結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)動(dòng)形式多樣,能夠一次裝夾下完成零件的所有加工工序,但由于機(jī)床結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,在試件加工時(shí)往往會發(fā)生碰撞、干涉等危險(xiǎn)情況,給機(jī)床使用帶來風(fēng)險(xiǎn),同時(shí)影響機(jī)床的高效應(yīng)用。 基于虛擬仿真技術(shù),以EMCO maxxturn65 雙主軸車削中心為研究對象,在VERICUT 中構(gòu)建機(jī)床虛擬仿真加工系統(tǒng),并進(jìn)行仿真加工。 通過仿真加工,檢驗(yàn)NC 程序的正確性,檢測加工中可能出現(xiàn)的干涉、碰撞等情況,預(yù)知加工結(jié)果;根據(jù)仿真加工,對錯(cuò)誤的NC 進(jìn)行糾正,保證機(jī)床使用中的安全性,進(jìn)而提高該類機(jī)床的應(yīng)用效率。
關(guān)鍵詞:雙主軸車削加工中心;虛擬仿真;VERICUT
0、引言
隨著機(jī)械制造技術(shù)的不斷發(fā)展,零件結(jié)構(gòu)形式越來越復(fù)雜,對加工精度的要求也越來越高。 加工過程中的多次換裝不僅使得零件的加工質(zhì)量無法得到保障,同時(shí)還因多次的工件安裝、對刀等過程大大降低了加工效率。
雙主軸車削加工中心能夠使得需要多個(gè)加工工序的工件一次裝夾下完成所有加工,不僅減少了因多次裝夾而導(dǎo)致的加工誤差,還提高了加工效率,能很好地滿足現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)要求,尤其在航空、航天等領(lǐng)域,雙主軸車削加工中心的高效應(yīng)用具有舉足輕重的作用。 然而,由于該類機(jī)床的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)形式復(fù)雜多樣,在實(shí)際應(yīng)用中存在數(shù)控程序編寫及正確性檢測困難的問題,這些問題制約著車削中心的高效應(yīng)用,給企業(yè)快速生產(chǎn)帶來困難[1]。
利用虛擬仿真技術(shù),以實(shí)際機(jī)床為原型,在虛擬仿真平臺中構(gòu)建機(jī)床的仿真加工系統(tǒng),使其具有與實(shí)際機(jī)床完全一致的加工功能,對工件進(jìn)行虛擬仿真加工。 該方式能夠在不消耗生產(chǎn)資源的條件下,快速完成工件的虛擬加工,檢驗(yàn)數(shù)控程序的正確性,同時(shí)能夠?qū)庸み^程中存在的質(zhì)量問題進(jìn)行預(yù)判,為實(shí)際加工過程中機(jī)床的安全性及高效性提供可靠保障。
1 、虛擬仿真系統(tǒng)構(gòu)建過程
虛擬仿真系統(tǒng)是將實(shí)際機(jī)床在計(jì)算機(jī)中的完全映射,具有與實(shí)際機(jī)床一致的加工功能。 該系統(tǒng)在使用過程中不消耗實(shí)際的生產(chǎn)資源,加工過程快,且能夠不斷反復(fù)的進(jìn)行加工,能很好的解決復(fù)雜零件試切過程耗時(shí)、耗力等問題,對企業(yè)新產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)非常重要。
根據(jù)機(jī)床的結(jié)構(gòu)及尺寸,在 VERICUT 中建立虛擬機(jī)床模型。 其主要過程如圖 1 所示。
2、構(gòu)建虛擬仿真系統(tǒng)
2.1 機(jī)床結(jié)構(gòu)分析
EMCO maxxturn65 雙主軸車削中心配備一個(gè)帶有 X、Y、Z1 運(yùn)動(dòng)軸的刀塔,主軸帶有C1 旋轉(zhuǎn)軸功能,副主軸帶有 Z2、C2 兩個(gè)運(yùn)動(dòng)軸。 如圖 2 所示,床身的工作面為高剛度 45°易排屑傾斜結(jié)構(gòu),其上裝有主軸、副主軸和沿床身滑動(dòng)的床鞍,其中主軸固定于床身,沿床身滑動(dòng)的副主軸與主軸軸向?qū)χ?伺服動(dòng)力刀架固定于沿床鞍 X 軸方向滑動(dòng)的滑板上。
2.2 機(jī)床參數(shù)測量
雙主軸車削中心加工過程中工件換裝時(shí)機(jī)床不停機(jī),因此機(jī)床各部件的空間位置精度要求較高[2]。建立機(jī)床的虛擬仿真加工系統(tǒng)時(shí),準(zhǔn)確獲取機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件參數(shù)是研究的關(guān)鍵之一。 EMCO maxxturn65雙主軸車削中心的參數(shù)獲取主要通過測量以及查詢手冊來實(shí)現(xiàn),過激光尺、卷尺、板尺等測量工具完成機(jī)床主要外形部件及空間尺寸的測量,關(guān)鍵零部件尺寸及機(jī)床極限位置等對建模精度有重要影響的尺寸參數(shù)通過查詢機(jī)床手冊或者運(yùn)行機(jī)床后在機(jī)床控制面板中讀取。
要完整的建立機(jī)床模型,所需要的機(jī)床參數(shù)主要有:主軸、副主軸、刀塔、刀具等重要部件尺寸;機(jī)床初始位置、極限位置;運(yùn)動(dòng)軸及部件間的空間位置;外形輪廓等。
2.3 機(jī)床建模
建立機(jī)床的虛擬模型,不僅需要完成各運(yùn)動(dòng)部件的三維幾何模型,還要賦予其與實(shí)際機(jī)床相一致的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。 VERICUT 軟件中提供了許多運(yùn)動(dòng)軸組件,根據(jù)實(shí)際機(jī)床的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu),建立其運(yùn)動(dòng)樹,將各運(yùn)動(dòng)部件的三維模型加載到相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)組件下即可完成機(jī)床模型的建立[3]。 要正確建立機(jī)床的運(yùn)動(dòng)樹,首先要明確機(jī)床的運(yùn)動(dòng)連。 EMCO maxxturn65 雙主軸車削中心包含兩條運(yùn)動(dòng)鏈:基座-工件;基座-刀具。
根據(jù)確定好的運(yùn)動(dòng)鏈,在 VERICUT 中依次添加相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)組件,完成機(jī)床運(yùn)動(dòng)組件樹的創(chuàng)建,如圖 3 所示。 創(chuàng)建組件樹僅是完成了機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件間運(yùn)動(dòng)關(guān)系的建立,
還需添加相應(yīng)的幾何模型。
由于機(jī)床機(jī)構(gòu)較復(fù)雜,各運(yùn)動(dòng)部件幾何模型在 VERICUT 中創(chuàng)建較困難,因此,在三維模型在 UG 中建立各部件幾何模型,然后將模型保存為 STL 格式文件導(dǎo)入到相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)組件下即可。