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摘要：车铣复合加工中心具有较为复杂的结构，且具备较强的加工能力，能在一次装夹的情况下，有效加工复杂零件，并有效保障工件加工质量。同时，车铣复合加工中心的五轴联动，能高效加工复杂曲面，并有效保障加工质量。本文简述了车铣复合加工中心机床结构，浅析了机床虚拟仿真加工系统的构建，探究了叶轮仿真加工及实际验证，以期为车铣复合加工中心五轴加工仿真应用及研究提供借鉴。
关键词：车铣复合；五轴联动；仿真加工
前言
车铣复合加工中心在实施五轴联动加工时，难以对NC程序的正确性进行检测。以VERICUT为基础，对车铣复合加工中心相应的虚拟仿真加工系统进行构建，并利用整体叶轮零件，将之作为样件，开展五轴联动仿真加工，并对加工过程中潜在的危险状况进行深入分析和科学预知，有效检验NC程序的正确性，并对机床安全进行有效加工。同时，有效检测仿真结果，并对过切以及欠切等加工情况进行分析，对工艺路径实施合理改进，优化NC程序，促进车铣复合加工质量的大幅度提高。对虚拟仿真系统进行应用，能避免对实际物资的占用，实现对NC程序正确性的快速检测，有效保障机床的高效安全运行。
1.车铣复合加工中心概述
本文论述WFL M65车铣复合加工中心，并以VERICUT为基础，对虚拟仿真加工系统进行构建。该车铣复合加工中心的机床结构如下图1所示：
图1 WEL M65车铣复合加工中心机床结构示意图
如上图1所示，WEL M65车铣复合加工中心机床布局形式为卧式车床，其床身采用斜式结构，倾斜角度为60°，车床左端为车削主轴，该主轴包括C轴旋转功能，各类动力单元诸如铣、钻、镗、绞等安装于斜式床上，尾座装置位于车床右端。该机床能沿着X轴、Y轴以及Z轴方向进行直线运动，且能围绕Y轴以及Z轴进行旋转，实现B轴运动以及C轴运动，即具备五轴联动加工功能[1]。
2.对机床虚拟仿真加工系统进行构建
对机床虚拟仿真加工系统进行构建，实质在于借助计算机技术实现对机床的有效完全映射。在VERICUT中，不仅要将机床本体作为基础对之进行建模，还要设置机床参数、刀具系统以及控制系统，有效保障机床虚拟仿真加工系统相应的实际机床具备各项良好的运动功能[2]。
2.1对机床运动结构以及机床结构树进行分析构建
对机床相应的虚拟仿真加工系统进行构建，不仅要对机床各类运动部件对应的几何模型进行构建，还要将相同于实际机床的运动逻辑关系赋予虚拟仿真加工系统。在VERICUT中，借助结构树对机床运动关系进行体现。若要构建机床相应的结构树，需对机床具备的运动链进行科学分析。机床下一级部件随着上一级部件而运动，且相互之间不存在影响。
2.2对机床几何模型进行构建
构建机床相应的结构树后，要把机床各个运动轴对应的实体模型相关组件进行导入，对机床几何模型进行构建。基于VERICUT，获取实体建模所需的各个模块，并将相关具体参数作为依据，对各个机床运动部件所对应的实体模型进行构建。另外，对三维软件技术进行利用，根据机床实际情况，对三维模型进行仿真构建，其保存格式要采用“.STL”，再把此三维模型有效导入VERICUT中[3]。
WEL M65机床呈现出复杂性较强的机床结构，因此，借助三维软件构建机床结合模型。对机床所含的每个运动部件具体的尺寸参数准确测量，并对三维软件UG进行利用，构建仿真的机床模型，并将构建好的模型对相应的结构树进行导入，即构建完成机床模型，如下图2所示：
图2 机床几何模型示意图
2.3对机床刀具库进行构建
刀具组成部分包括刀柄以及刀片。在VERICUT中，可对各类回转类刀具，诸如钻头、铣刀等进行建立。若车刀刀片不同，则其刀柄形状也存在一定差异。因此，车刀刀柄的构建具有较强的复杂性，可借助三维软件对相关模型进行构建，然后将车刀刀柄导入其中。
将叶轮零件工艺处理作为依据，对刀具进行选择，并借助VERICUT具备的刀具管理器，对仿真加工所需的相关刀具进行正确建立，确保在后续使用过程中增强便捷性。在正确建立了相关刀具的仿真模型后，要对各项参数进行准确设置，特别是驱动点以及装夹点等[4]。
2.4对控制系统进行定制
VERICUT对通用控制系统进行了提供，在叶轮加工过程中，用户可依据机床实际情况，合理选择控制系统。WEL M65机床采用Siemens 840D控制系统，但该控制系统部分加工代码较为特殊，难以有效符合加工叶轮的各项具体要求。因此，要对机床具体情况进行考察，并对虚拟仿真系统进行利用，实现二次开发控制系统，对符合叶轮加工要求的各项控制代码进行定制，确保其合理性。
（1）五轴开关功能。若机床开展四轴加工，或者开展四轴下的相关加工，其刀尖不随五轴开关这一功能而打开；在实施五轴联动加工时，两个旋转轴在运动过程中，会导致刀具中心出现位移，对叶轮造成损坏。对于这种情况，操作人员要将刀尖跟随功能打开，直接实现对叶轮加工刀具相应轨迹的正确编制，无需考虑旋转轴呈现出的变化。因此，对于PTCP功能，要对“MILL5AON”这一指令代码以及PTCP功能关相应的指令代码“MILL5AOF”进行定制。
（2）换刀。叶轮加工过程中，通常需要进行换刀操作。WEL M65机床具备的“换刀”功能不同于通用“换刀”功能，其功能实现有赖于“TL—PREP1”以及“TLCH1”这两个代码。实施换刀操作前，要对所换刀具实施正确的预调用，并通过“TLPREP1”代码准备相关刀具；并对“TLCH1”这一代码和附带参数进行利用，有效更换刀具，对于相关附带参数来说，要在换刀操作结束后，对刀轴角度进行准确确定，以有效避免刀具发生碰撞，影响叶轮加工效果。
（3）固定循环。在叶轮加工过程中，机床运行相关的各类固定循环代码诸如钻孔、钻深孔、镗孔以及攻丝等与通用控制系统存在较大差异。通用系统一般采用CYCLE84（，，，，，，，，）等固定循环进行采用，机床控制则采用“DRILL（，，，，，，）”作为钻孔代码；采用“DRDEEP（，，，，，，）”作为钻深孔代码；采用“DRTAP（，，，，，，，）”作为攻丝代码。要将各类固定循环不同的走刀路线作为依据，对叶轮加工相关参数进行正确设定。
2.5对机床参数进行设定
构建机床虚拟仿真系统后，要对机床包含的各项参数，诸如机床初始位置、机床零点、换刀点以及运动轴行程等进行设定，有效实现对实际加工过程的真实反映。另外，要正确对机床干涉、碰撞相应的检查参数进行设置，构建检查组囊括各类易于碰撞的相关部件，并对其相应的临界间隙正确设置[5]。
3.叶轮仿真加工及实际验证
对五轴联动这一技术进行利用，直接从整体上对叶轮进行加工，能促进叶轮具备的动平衡性实现有效增强，并提高其加工精度，还能有效促进叶轮实际加工效率实现大幅度提高，并促进其生产周期实现有效降低。
3.1虚拟仿真加工
借助虚拟仿真加工系统，能通过彩色三维图像对加工刀具走刀的具体路线以及毛坯切削的实际过程进行逼真显示，并对机床各轴以及刀具等运动情况进行直观再现。将叶轮毛坯以及相关零件模型添加于虚拟加工系统，并将NC加工程序对之进行载入，对叶轮零件进行仿真加工。
3.2仿真结果检测
测量仿真加工结果，能实现对实际加工结果的科学预知。VERICUT分析模块测量并比较加工后零件，能对零件加工问题进行科学分析，并对加工残留量进行测量，掌握叶轮加工的实际精度，进而改进加工工艺。叶轮根部具有较小的圆角，在清根时，对圆角过大的刀具进行选用，易导致根部残留。重置刀具，并对走刀路径进行设计，能有效消除根部残留。
3.3实际验证
仿真加工，能直观地对叶轮加工呈现的具体过程进行观察，并科学地对叶轮加工存在的问题以及加工零件质量进行预判。基于相关信息，能判断NC程序是否正确合理，并优化NC程序。可在实际机床中，对相同于仿真加工的NC程序及毛坯进行添加，并观察实际加工叶轮零件的过程是否与仿真加工一致。
4.结语
综上所述，车铣复合加工中心虚拟仿真加工能实现与实际加工相同的加工过程以及加工结果。借助仿真加工，能有效预判五轴联动加工存在的危险情况，并实现对加工结果的提前预知，能实现对实际机床安全的有效保障，并促进机床利用效率实现大幅度提高。对叶轮实施仿真加工，高效应用了车铣复合加工中心五轴联动加工。
参考文献：
[1]曹旭妍. 车铣复合加工中心五轴加工仿真应用及研究[J]. 模具技术，2018（3）.
[2]高丽萍，高建设，杨伟伟，等. 五轴车铣复合加工中心工作空间研究[J]. 机床与液压，2013（7）：9-11.
[3]王帅. HTM40100h车铣复合加工中心关键技术研究[D]. 大连理工大学，2014.
[4]汪雷亮. 基于UG/Post的五轴加工中心后置处理器研究与开发[D]. 哈尔滨工业大学，2016.
[5]丁云飞. 智能电源在五轴卧式车铣复合加工中心的应用[J]. 制造技术与机床，2014（12）：60-62.
论文作者:许伟辉
论文发表刊物:《防护工程》2018年第28期
论文发表时间:2018/12/26
标签：加工论文; 机床论文; 叶轮论文; 刀具论文; 加工中心论文; 模型论文; 并对论文; 《防护工程》2018年第28期论文;