橋式五軸加工中心在NX仿真系統(tǒng)中的開發(fā)

潘 驍 ，李 健

（1沈陽機(jī)床集團(tuán)航空航天行業(yè)事業(yè)部 遼寧 沈陽 110142）

（2沈陽機(jī)床集團(tuán)中捷機(jī)床有限公司 遼寧 沈陽 110142）

1 引言

在橋式五軸加工的過程中，參與切削的聯(lián)動(dòng)軸數(shù)量相對(duì)較多，刀路軌跡也相對(duì)較為復(fù)雜，這樣在加工中心仿真系統(tǒng)仿真的時(shí)候，很容易產(chǎn)生誤差，導(dǎo)致主軸、刀具、夾具等部件之間產(chǎn)生較大的摩擦力和碰撞力，影響了機(jī)械數(shù)控機(jī)械加工的效率[1]。因此，為了提升加工質(zhì)量，逐漸將NX軟件應(yīng)用到其中，加強(qiáng)編程數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，避免主軸、刀具、夾具之間產(chǎn)生較大摩擦和碰撞，進(jìn)而提升系統(tǒng)的精準(zhǔn)度及加工的質(zhì)量。

2 機(jī)床仿真系統(tǒng)分析

在NX軟件的基礎(chǔ)之上，機(jī)床仿真系統(tǒng)主要是由機(jī)床構(gòu)建器、環(huán)境配置器、機(jī)床驅(qū)動(dòng)器、機(jī)床加工模擬等方面組成。同時(shí)，在仿真過程中，對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性都是有著較高要求，任何一項(xiàng)數(shù)據(jù)的誤差，都會(huì)影響機(jī)床仿真系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。

3 加工中心仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型開發(fā)

以我司自主設(shè)計(jì)生產(chǎn)的GMC2060ub系列橋式五軸加工中心為例。該型號(hào)采用Sinumerik840D控制系統(tǒng)；0～25000rpm高轉(zhuǎn)速電軸軸，AC五軸擺頭，高剛性焊接橋梁及鑄造滑枕，雙電機(jī)齒輪齒條驅(qū)動(dòng)[2]。同時(shí)，該機(jī)床以模塊化設(shè)計(jì)為主，可在相關(guān)參數(shù)的基礎(chǔ)之上展開仿真系統(tǒng)的開發(fā)工作。

3.1 建模

在建模的過程中，一定要根據(jù)相關(guān)機(jī)床設(shè)備參數(shù)，以及機(jī)床的大小，在NX軟件中對(duì)基各部件進(jìn)行仿真建模工作。建模前需對(duì)以下數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)，主要包括：機(jī)床地基及固定地腳、X1、X2、Y、Z、A、C軸運(yùn)動(dòng)組建等方面，這樣可保證模型構(gòu)建的全面性及準(zhǔn)確性。如圖1、2所示。

圖1

圖2

3.2 虛擬裝配構(gòu)件模型構(gòu)建

在NX軟件中新建一個(gè)以.asm為后綴的裝配體文件；在裝配構(gòu)件開發(fā)的過程中，將各項(xiàng)元件參數(shù)逐一添加，并完成約束配合。此外，為了后續(xù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的可修改，各個(gè)運(yùn)動(dòng)組建都應(yīng)在正向行程上限的位置[3]。各個(gè)軸所處的方向一定要與坐標(biāo)軸所處的方向一致。

4 運(yùn)動(dòng)模型構(gòu)建

在NX軟件中利用模型創(chuàng)建的方式，展開仿真系統(tǒng)的開發(fā)，并且在開發(fā)的過程中，主要是對(duì)模型中元件之間運(yùn)動(dòng)關(guān)系，以及運(yùn)動(dòng)軸的名稱、方向和行程，進(jìn)行詳細(xì)的確定，如下：

4.1 新元件的添加

在仿真系統(tǒng)的開發(fā)過程中，需要根據(jù)模型的狀態(tài)，不斷添加新的元件，以保證模型構(gòu)建的準(zhǔn)確度。添加過程可從以下幾個(gè)方面展開：

4.1.1 如圖3所示，進(jìn)行模型的編寫和文件創(chuàng)建，其中文件創(chuàng)建的名稱為：sim10moll5ax。

4.1.2 添加的過程中，對(duì)新文件進(jìn)行轉(zhuǎn)換和處理，形成數(shù)據(jù)編碼的形式以后，再用于仿真系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)模型的構(gòu)建[4]。

圖3 NX環(huán)境下主減速箱示意

4.1.3 在進(jìn)入編程環(huán)境以后，可以從原有的和新建的元件文件夾中添加元件參數(shù)。

4.2 構(gòu)建器啟動(dòng)運(yùn)動(dòng)模型的構(gòu)建

在模型構(gòu)建過程中，可利用運(yùn)動(dòng)樹型結(jié)構(gòu)展開設(shè)計(jì)。這樣可以清晰的顯示出各元件運(yùn)動(dòng)之間的位置和關(guān)系，及子組件的變化。為后期模型的構(gòu)建，提供了相對(duì)便利的條件。

5 配置系統(tǒng)入庫仿真系統(tǒng)構(gòu)建

入庫仿真系統(tǒng)主要是對(duì)各項(xiàng)構(gòu)建好的模型，進(jìn)行整理和編輯。同時(shí)進(jìn)行各個(gè)模型的添加工作，進(jìn)而保證仿真系統(tǒng)構(gòu)建的完整性和準(zhǔn)確性，具體內(nèi)容如下：

5.1 系統(tǒng)配置

在系統(tǒng)配置模型創(chuàng)建的過程中，可將創(chuàng)建好的機(jī)床部件模型、裝配模型、運(yùn)行模型放置在一個(gè)grspphics文件中[5]。同時(shí)，將之前處理好的文件與驅(qū)動(dòng)文件放置在postprocessor文件中。利用NX軟件的編輯和處理份功能，對(duì)已經(jīng)復(fù)制好的文件進(jìn)行處理和編寫。

5.2 模型入庫

根據(jù)所指定的仿真系統(tǒng)路徑，進(jìn)行文本路徑的添加，這樣可以有效的保證橋式五軸加工中心仿真系統(tǒng)開發(fā)的準(zhǔn)確性。

6 仿真模擬

以該系列加工中心為例，對(duì)汽車模具進(jìn)行五軸高速加工仿真模擬，在進(jìn)入加工環(huán)節(jié)中，添加postprocessor文件，完成約束、驅(qū)動(dòng)配合。在基本的計(jì)算后，進(jìn)行仿真。在仿真的過程中，結(jié)合實(shí)際對(duì)碰撞檢查、仿真顯示、可視化設(shè)置等方面進(jìn)行設(shè)定。同時(shí)，從多空間和多角度的方面進(jìn)行觀察。通過界面調(diào)整，對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的每個(gè)切削動(dòng)作進(jìn)行分析，對(duì)可能會(huì)發(fā)生碰撞的部件進(jìn)行模擬，進(jìn)而保證了虛擬加工的準(zhǔn)確性。

7 結(jié)語

本文從結(jié)構(gòu)模型、運(yùn)動(dòng)模型、虛擬裝配、入庫仿真系統(tǒng)構(gòu)建等方面，對(duì)橋式五軸加工中心，進(jìn)行了簡要的分析和闡述。橋式五軸完備的模塊化設(shè)計(jì)便于產(chǎn)品的系列化，方便了仿真模型的構(gòu)建。通過這種方法，可在設(shè)計(jì)階段有效規(guī)避潛在干涉、碰撞等風(fēng)險(xiǎn)。

[1]苗剛剛.基于NX橋式五軸龍門加工中心仿真系統(tǒng)的開發(fā)[J].模具技術(shù)，2014(4)：41-45.

[2]高蘇啟.大型龍門式五軸加工中心仿真系統(tǒng)在UGNX7.5上的建立和應(yīng)用[J].模具技術(shù)，2015(4)：59-63.

[3]宋志國，宋艷.基于NX6的五軸加工中心數(shù)控加工仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技信息，2016(35)：94-95.

[4]張淑蘭.高架橋式龍門高速加工中心虛擬建模與動(dòng)態(tài)特性仿真分析[D].北京機(jī)械工業(yè)學(xué)院北京信息科技大學(xué)，2014.

[5]袁興岳，柴世文.基于UGNX10.0和VERICUT7.4平臺(tái)復(fù)雜多面五軸車銑復(fù)合加工一體化數(shù)控仿真研究?[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2016，29(4)：215-218.