双摆头五轴联动加工中心后置处理仿真与优化

admin管理员组

文章数量:1531754

2024年5月22日发(作者：)

第

5

期

2021

年

5

月

组合机床与自动化加工技术

Modular

Machine

Tool

&

Automatic

Manufacturing

Techinnue

DOI

：

10.

13462/j.

cnki.

mmtamt.

2021.05.034

No.5

May

2021

文章编号

#

1001

-2265

(

2021

)

05

-0146

-03

双摆头五轴联动加工中

佛新岗

理仿真与优化

*

*

(

西安航空职业技术学院

，

西安

710089

%

摘要

：

为了提升数控机床加工的

综

合效能

，

基于

UG

软件开发了

WALDRIEH

COBUR

五轴联动龙门

加工中心机床配套的

Heidenhain530

数控

用后处理程序

。

以航空叶轮为载体

，

通过

VERICUT

软件

构建了虚拟机

床模型

，

并对后处理

输

出的

NC

程序进行了验证

化

。

实 ：

优化

后的

NC

程序加工进

更加合理

，

减

少了刀

具磨损

，

降低了

成本

，

同时提高了加工

和质量

，

具有较

的实践

应

用价

值

。

关键词

双摆头

；

后置

处理

；

VERIUT

；

虚拟机床

;

优

化

中图分类号

TH133

TG71

文献标识码

A

:

:

:

:

Simulation

and

Optimization

of

Post-Processing

of

5-

Axis

Machining

Center

with

Dual

Rotary

Heads

FO

Xin-gang

(

Xi'an

Aeronautical

Vocation

and

Technical

Co/eye

,

Xi'an

710089

,

China

)

Abstrad;

:

In

order

W

improve

We

comprehensive

efficiency

of

NC

machine

tools

,

the

special

post

proces

s

­

ing

program

for

Heidenhain

530

NC

system

is

developed

with

UG

software

,

which

is

used

in

WALDRICH

COBUR

5

-axis

machining

center.

Taking

the

aviation

imp—

ler

as

We

carrier

,

the

virWal

machine

tool

mod-

e3isconstructed

by

VERSCUTsoftware

,

and

the

NC

program

outputby

post-proce

s

ing

wasverified

and

optimi

eed.

The

practice

shows

that

the

optimi

eed

NCprogram

proce

s

ing

feed

rateismorereasonab

e

,

re

­

ducing

too3wear

,

reducing

production

costs

,

whieimproving

theproce

s

ing

e

f

iciency

and

quaity

,

with

good

practica3app

ication

va3ue.

Key

wors

:

dual

rotary

heads

；

post

processing

；

VERICUT

；

virtual

machine

tool

；

optimization

0

引言

着航空航天

、

汽车

、

国防工业

、

、

模具等行业

的快速

，

机

产品的

设计越来越复杂

，

同

对

工效率和质量提出了

的

，

特别是空间复杂

曲面

工难度不

，

联数控加工中

在这一

得到了广泛应用

。

针对特定的产品模

,

联动数控加工中心在企业中也已普遍

使用

，

其中

一个非常关键的技术环节

,

决定了机床的使用效率和产品加工质量

。

近年来

，

许

学者对

联

工中

进行了研

究

:

文

［

1-4

］

对

机床的旋转角进行了研

究与优化汶

［

5

+

基于

MasterCAM

研究了针对

机床钻孔的

基本方法

;

文

［

6-8

］

'

对

联

工中

工质量的因素进行

了研究

。

总的来说

，

偏于

研究

，

实

用较少

，

特

别

NC

程序的优化研究更少

。

本文以航空

工为

，

基于

UG

和

VERI-

CUT

对

联

数控

工中

的

及

NC

程序优化进行了深

讨

，

加工率

、

加工质

收稿日期

：

2020

-06

-

17

;

修回日期

：

2020

-07

-14

量

、

刀具寿命均得到了有效提高

。

1

航空

叶轮

加工工艺

分析与设计

1.1

工

艺

分析

航空

模型如图

1

所示

，

航空

机的核

部件之一

，

在对其进行加工工艺设计

意的

几个

如下

：

(

1

)

由于航空

片

的

及

薄

厚不同

，

加

工难度不同

，

加工程中

铝

容易黏刀

，

如

的加工参数

关键

;

其

次由于

铝

性差

，

精加

工时容易振刀

，

如

控制表面质量是加工

!

(

2

)

在工流道

图

1

空叶轮

的航空

，

应优先

度的球头铳刀

，

这样既

可以提高刀具的刚性

，

又可以避免干涉

！

(

3

)

采用

3

+2

工

、

联

工相结

*

基金项目

：

作者简介

：

科研计划

(

1981

—

),

男

，

mail)xgfo@

163.

com.

(

17JK0402

)

；

西安航空职业技术学院

2017

年度科研计划

(

17XHZH-016

)

，

西安航空职业技术学

授

，

工学

，

研究方向为计算机辅助设计与制造

、

数控加工技术

，

(

E-

2021

年

5

月

佛新岗

：

双摆头五轴联动加工中心后置处理仿真与优化

-

147

-

的

工策略

，

是航空

工效率提高的.途

，

可以实

均匀的精加工余量

，

同

证加工的

效率和质量

。

1.2

工艺设计

航空

工

为

A2618

,

为预加工件

，

部

分

度

、

已精加工到位

，

无

工

。

工设

用

5

轴联数控加工中心

，

通过自

定

进行

，

遵循先

精加工原则

：

工

o

精加工

0

精加工

。

工程序单如表

1

所

8

。

1

件加工

单

序号

程序名

工内容

刀

号

刀

规

1

YCKC

一次

T01

R2B3

2

ECKC

二次

T02

R0.9B5

3

LGJJG

精加工

T02

R0.9B5

4

ZYPJJG

主叶片精加工

T02

R0.9B5

5

FLYP

J

G

分流叶片精加工

T02

R0.9B5

转速

S/

(

r

•

min

一

1

)

进给

；

/(

mm

&

min

1

)

部件余量

/mm

8000

2000

0.2

8000

2000

0.15

7000

1200

0

5500

1000

0

5500

1000

0

以

UG

NX12.

0

软件为平台

，

采用

mili_multi

-

blade

模块功能

航空

工的

刀

设计

，

生

成的刀具轨迹如图

2

所示

。

(

a

)

叶轮开粗

(

b

)

轮毂精加工

(

o

)

主叶

片

精加工

(

d

)

分流叶片精加工

图

2

航空叶轮加工刀具轨迹

2

五轴数控机床及后处理

2.

1

WALDRICH

COBUR

五轴机床结构

德国

WALDRICH

COBUR

五轴联动龙门加工中心

是一

的

BC

轴双摆头五轴联

工中心

，

配置

数控系统为

Heidenhain530

，

具有

RTCP

(

刀

功

能)功能

。

这种机床即可

联

可单动

，

其主要特点

可以加工复杂曲面的模具和

的

等

，

其

如图

3

所示

，

实

机床如图

4

所示

。

其主要参数有:

U/]/Z

轴行程为

7200/3100/1450

mm

-

B

轴旋转范围

为

±95X

C

轴无极限

、

主轴转速为

25

-4500

r/min

、

横

到工

度

2200

mm

、

工

可过双柱

(

龙门

)

宽度

为

2500

mm

等

。

2.2

后处理开发

基于

UG/Post

Builder

软件模块开发后处理主要

步骤如下

。

(

1

)

机

运动学设置

。

主

机床类型

、

机床

行程

、

机

转角等相关内容设置

。

图

3

机床结构

图

4

BC

双摆头五轴联动龙门加工中心

(

2

)

实用功能设置

。

Heidenhain530

数控系统主要实用

功能指令有

M126/M127/M128/M129/CYCLE

7/CY-

CLE

32

等

。

其中：

①

M126

示机

转轴以

路径移

指定

角度位置,一般设置在工序起始序列中

，

起到防止超程

与

的

；

M127

示取消该功能

，

一般设置在程

序开始与程序结束序列中

。

②

M128

示

立

RTCP

功能

，

原理如图

5

所示

，

一般设置在工序起始序列中

；

M

129

示取消该功能

，

一般设置在程序开始和程序结束序列中

。

③

CYCLE

7

表示

立坐标平移功能

，

可以在工件

不同位置进行重复加工

。

④

CYCLE

32

表示公差设置

，

原理如图

6

所示

，

可

以保护机床并提供加工质量

。

图

5

M128

功能原理

图

6

CYCLE 32

功能原理

(

3

)

辅设置

。

主

、

液

、

主轴

、

退

刀

、

程序结束等相关指令设置

，

设置流程如图

7

所示

。

图

7

实用功能设置

-

148

-

组合机床与自动化加工技术

第

5

期

3

产品加工

3.1

仿真与

优

化

VERICUT

—

款仿真真实度

的数控仿

真加工软件

，

可以对

文件输出的

NC

程序进行仿真验证并优化

，

确仿真过程中无

、

少

、

、

干等

。

VERICUT

的优化功能主要指

的

对

NC

程序中

定

、

恒定

进给率的优化

，

采用的

方式进行优化

。

其中

，

恒定

方式主要用于

工

，

以提

工效率

;

恒定

方式主要用于精加工

，以提

工质量

。

但这

种优化方 考虑加工过程中刀

的因素

，

严

了刀具的使用寿命

。

图

9

FORCE

优化前

、

后最大削厚和总力曲线对比

本文采用

VERICUT

软件中的

FORCE

优化模式进

行对

NC

程序进行优化

，

这

一种基于

3.2

实

体

加工

在

WALDRICH

COBUR

五轴联动龙门加工中心机

进行航空

的实

工

，

验证

文件的正

确性

、

实用性

，

加工

程和

如图

10

、

图

11

所示

。

专

业检测设

测之后

，

产

品的形状

、

位置

、表面

度等检验指标均在设计

内

，

产

品设

计

。

的

方面计算

进给速度的优化模式

，

主参考

依

据有刀

状

、

刀

、

以及机床功率等参数

。

(

1

)

在刀具的优化模

&力

优化模

式

，

据数控机

关加工指标设置

进给

、

最

进给

、

空进给等相关初始优化参数

，

进行切削力

和

度的预测

，

预测

如图

8

所示

。

图

10

找

正工

件

图

11

实

体零件

4

结束语

本文基于

UG.

的

器模

了双

联

工中心的专用后置

文件

。

以航空

为

，

利用

VERICUT

仿真

验证了

：

理

NC

程序的

性

，

并以

FORCE

优化模式对加工进给

率进行了

优化

，

可以得出以下

：

①

FORCE

优

模式可以

度提

产效率

，缩

产

；

②

FORCE

优化模

基于恒定

的优化

，

避免了由

于

导致的断刀

，

了刀具寿命

;

③

在难切

工和

联动侧铳很有优势

。

［

参考文献

］

［

1

］

春晖

，

图

8

FORCE

优化前最大削厚和总力曲线

(

2

)

从图

8

可以获知

，

切削厚度和切削力两项加

工指标均不稳定

，

严

了加工质量和刀具寿命

。

为了获得更加稳定的切削效果

，

选取

0.016

mm

的最

、

900

N

的

均

进行优

，

如图

9

所

示

。

坐标机床建模中的多解选择

控制与算法验证

［

J

］制

造技术与

机床

，

2013

(

4

)

：

29

-

32,

，

.

(

3

)

从图

9

可以获知

，

经过

FORCE

优化之后

NC

［

2

］

唐清春

，

马仲亮

，

刘谦

，

等.

(

A-C

)

式双摆头五轴机床旋

转

角

的

程序

，

获得了较为稳定的

加工

的

而

度和

，

护

工

角

度的

，

及优化

［

J

］

c

，

峰

，

等

)

机床

与自动化加工技术

，

了刀具

，

又

提高了加工质量

。

优

的进给速度随着

，

以

稳定的

2015

(

1

)

：

16

-18.

［

3

］

赛赛

，

龙门

数控淬火

机床

，

同时可以节约加工时间近

30%

。

置

法

研究

［

J

］.西

安理工大学学报

，

2018

,

34

(

3

)

：

349

-353.

(下转第

152

页)

-

152

-

组合机床与自动化加工技术

第

5

期

通过优化前后结果的对比可以看出锥筒加工区最

量

了

11%

,

了

工

于

0.02

mm

的

并得

一

使

量

的设计参数

。

拉紧力

量

工

F/kN

的

关

系

3

结论

变形的影响

(

o

)

；

与加工

加工

图

7

设计变量

运用

ANSYS

Workbench

的有限元分析及优化设

以上为单个设计变量对

工

的影

，

其中分布

r

对

工区最

，

安

角

&

次之

，

F

最小

。

定系

统初始设计分布

『

取

295

mm

,

安

角

&

取

85

。

,

拉紧力

F

均取

15

kN

,

静力学分析得出锥筒加工

量为

0.009

mm

。

计功能

，

对

工

的多个因素进行

了分

,

单一

量设计确定各

素与

工

的关系

，

初步确定

定位系统的安装

置

。

阐述了以分布

r

、

安

角

&

及

F

等多个参数为设计变量

，

工

量小于

0.02

mm

为优

标

一

使

工

量

为

0.008

mm

的参数

,

对于单一

量设计,

采用优化设计极大减少了运算量

准确度高

为采用

定位系统的相似部

的优化设计提供

2.3

优

化设计

单变量设计时设计参数在一定

内只能选取有

限设计点

，

不

改变设计参数进行循环计算

，

确定

各

素与

工

的关系

，

计量较

不一定

确

。

以分布

r

、

安

角

&

及

；

为设计变量

，

工

量小于

0.

02

mm

为优

标

，

运用

Ansys

Workbench

优

设计

一组使

工

量

的参数组

合

。

基准点拉钉所在分布圆半径对应参数

G

1

，

P

2~

P

4

为第

2

~第

4

个拉钉所在分布圆半径的参数,

G

5

为第

4

个拉钉与基准点之间的安

角参数,

G

6~

G

9

为

对应的参数

，

设定各参数值取

[

9

]

,其中

G

6

~G

9

参数的上下限值为

10

kN

和

20

kN

,

求解得出

三个优化设计点如表

2

所示

。

表

2

优

化结果

设计

1

G

了一种

、

可行的方法

。

定系统重复定位精

度为

0.005

mm

提高了

定位精度

，

端

与小端之间

采用同一标准接

决了专用工装数

量多

，

程复杂等

。

[

参考文献

]

[

1

]

郭诗瑶

，

郝泽升

，

姜涛

，

等.多品种变批量数控生产中快速

用技术

[

J

]

.制造技术与机床

,

2017

(

4

)

：

43

-47.

[

2

]

思涛

，

，

李国华.柔性

技术的研究与应用

定位技术的中小航

[

J

]

.制造技术与机床

,

2017

(

4

)

：

138

-141.

[

3

]

唐林

，

空

，

刘卫武

，

等

.

基于

速换装技术研究

[

J

]

.

制造业自动化，

2015

,

1/mm

G

2/mm

G

3/mm

G

4/mm

G

5/(

o

)

37

(

21

)

：

19

-21.

290.5

292.5

294.5

G

291.75293.28

292.64

285.7

75.99

80.39

84.79

[

4

]

陈思涛

，

温良.基于

[

5

]

姜衡，

125

-133.

定位系统缩短数控机床停机时间

2

3

294.5

291.13

P

291.06

289.87

G

288.56

G

[

J

]

.

制造技术与机床

,

2015

(

11

)

：

40

-42

,

57.

，

设计

1

6/N

7/N8/N

9/N

工

大变形

/mm

0.008

1

0.008

3

0.007

8

，

等.基于

面法的立式加工中心

标优化

[

J

]

.机械工程学报

,

2011

,

47

(

11

)

：

[

6

]

李兵.

ANSYS

Workbench

设计

、

仿真与优化

[

M

]

.北京

：

华大学出版社

,

2008.

14

955

13

136

11

318

15

654

16

559

15

382

16

565

2

3

14 115

12

577

15

816

14

763

14

206

优

得

设计

3

对

的

工

量

，

由于

从

11.318

kN

-

14.

763

kN

取

对

工

程度

不显著

，

故

P6-P

9

均取值

15

kN

并将设计点

3

產

模型再次仿真计算

[

]

,优

对比如表

3

所示

。

[

7

]

,,

晶

，等.螺栓连接结构有限元计算模型简

*

研究

J

]

.机械设计与制造

,

2015

(

5

):

140

-143.

[

8

]

兰夏燕

，

舟

，

李进

，

等

.

ANSYS

Workbench

软件中两种螺

接仿真方法的研究

[

J

]

.机械制造

,

2017

,

55

(

6

)

：

59

-61

，

65.

10

表

3

优化前后对比

设计

G

[

9

]

任工昌

，

王晨

，

田川.基于

ANSYS

Workbench

龙门铳床横

1/mm

G

2/mm

295

G

3/mm

295

G

4/mm

工

G5/

(

。

)

大变形

/mm

85

的

龙门铳

标优化

[

J

]

.煤矿机械

,

2016

,

37

(

2

):

65

-67.

[

10

]

程彬彬

，

黄美

，吴常林

，

等.基于

ANSYS

Workbench

的

前

后

295

295

0.009

0.008

标优化设计

[

J

].

组合机床与自动化

294.5291.13

289.87

288.56

84.79

加工技术

，

2015

(

2

):

10-12.

(编辑

李秀敏

)

(

上接第

148

页

)

艳

，

王

.A/C

轴双摆头

C

轴限位技术研究

[

J

]

.机

工程

，

2020

(

3

)

：

145

-146

，

149.

[

5

]

张绪祥

，

詹华西.纟

工后处理的修改及编程验

证

[

J].

机床与液压

,

2014

,

42

(

20

)

：

166

-168.

[

4

]

[

6

]

郭宏伟

，

张亮

，

李洪涛

.

A/C

精度误差的预

防与补偿方案

[

J

]

.制造技术与机床

,

2013

(

6

):

94

-96.

[

7

]

，

刘艳红

，

仇

，

等

.A

、

C

：

机床工作精

度检验方法研究[

J

]

.工具技术

,

2013

,

47

(

4

)

：

67

-69.

[

8

]

琳,杨庆东.

C

联动数控加工步长的计算

[

J

]

.机床

与液压

,

2011

,

39

(

7

)

：

35

-37.

(编辑

李秀敏

)

本文标签： 加工机床优化设计技术