UGNX的盒盖数控加工工艺分析及数控加工仿真
UGNX的盒盖数控加工工艺分析及数控加工仿真[20200123183202]
【摘要】
随着社会生产力的不断提高，我国机械制造行业发展迅速，五轴联动加工技术已经成熟并且应用越来越广泛。从机床制造的角度，五轴机床比三轴机床多两个角度轴，即转台或摆头。本课题研究双转台五轴联动机床的建模与仿真，主要研究了如何利用VERICUT软件进行机床的建模，并且在双转台机床上对典型零件进行仿真与加工。
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关键字:】五轴机床；双转台；仿真；建模
引言 1
一、五轴联动数控机床的概念与特点 2
（一）五轴联动数控机床的概念 2
（二）五轴联动数控机床的优点 2
二、多轴机床的常见类型 3
（一）双转台结构五轴机床 3
（二）双摆头结构五轴机床 5
（三）单摆头单转台结构五轴机床 6
三、五轴联动数控系统的特点 7
（一）动态碰撞监控功能 7
（二）五轴机床的校验和优化补偿 8
（三）虚拟轴功能 8
四、基于VERICUT的数控加工仿真 8
（一）VERICUT软件概述 8
（二）仿真构建 8
（三）机床构建 9
（四）数控系统配置 17
（五）刀具库构建 17
（六）多面体加工 18
总结 22
参考文献 23
谢辞 24
引言
随着中国加入世界贸易组织,全球制造业出现向中国转移的倾向,国内对数控加工的需求也呈现出持续增长的趋势,大批大量的生产加工逐渐普及，如汽交通工具与家用电器的零件，为了解决高产、优质的问题，多采用专用的工艺装备、专用自动化机床或专用的自动生产线和自动车间进行生产。但是应用这些专用设备进行生产，生产准备周期长，产品改型不易，因而使产品的开发周期增长。在机械产品中，但见于小批量产品占到70%~80%,这类产品一般都采用通用机床加工，当产品改变时，机床与工艺装备均需作相应的变换和调整，而且通用机床的自动化程度不高，基本上由人工操作，难以提高生产效率和保证产品质量。特别是一些曲线、曲面轮廓组成的复杂零件，只能借助靠模和仿形机床，或者借助划线和样板用于手工操作的方法来加工，加工精度和生产效率受到很大的限制。
五轴联动数控机床是一种科技含量高、精密度高专门用于加工复杂曲面的机床，这种机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业有着举足轻重的影响力。 目前，五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段。
一、五轴联动数控机床的概念与特点
（一）五轴联动数控机床的概念
五轴联动数控机床不明思议就是有五个轴，即X,Y,Z,和分别绕其某两个轴的旋转轴(A,B或B,C或A,C),l联动就是这五个轴能同时同步运动，能实现空间任意曲面的加工。
（二）五轴联动数控机床的优点
1.五轴联动数控机床可加工更加复杂型面
在没有多轴加工机床时，加工复杂曲面通常是使用三轴数控铣床和球头铣刀加工，为了避免干涉，有时还需要把一个零件分解为若干个部分分别加工。但是如果利用多轴机床设备，就可以加工三轴数控机床不能加工的复杂曲面，并且使定位夹紧装置更为简单，利用多轴机床设备可加工某些复杂模具型面、叶片型面、整体叶轮、凸轮等，如图1-1、图1-2所示。
图1-1 凸轮 图1-2 整体叶轮零件
2.五轴联动数控机床可以明显提高曲面加工质量
利用3个直线轴联动加工曲面时，通常采用球头刀加工。
如图1-3(a)所示，当球头铣刀加工到很平缓的区域时，由于球尖处的半径非常小，所以那里的切削速度几乎为零，那时的切削状况基本上是刀具在挤压被切削材料而不是在做切削运动。所以那个区域的已加工表面质量很差。如果采用多轴加工方法，把球刀的刀轴倾斜一定的角度，就可以使刀具与工件接触点的切削速度明显提高，切削质量可以被改善。
(a) (b)
图1-3 三轴加工与五轴加工比较图
如图1-3（b）所示,对于变斜角平面零件，如果采用三轴机床加工此零件，可采用分段加工，即把零件用不同的倾斜角度分段铣削，然后再在衔接处人工修磨。这种加工方法不但耗费很多人工，而且加工时间长，表面质量差。
如果使用多轴数控铣床加工此零件，那么就可以通过逐渐改变立铣刀的倾斜角度，一次就将变斜角平面加工出来。这样加工出零件表面质量要比三轴机床加工的表面质量好许多，精度也能保证。
3五轴联动数控机床可以明显提高加工效率
对于图1-4(a)所示的直纹斜面，五轴机床可通过刀具侧刃一次加工成型。对于图1-4(b) 所示的大尺寸曲面，多轴机床采用端铣刀加工比三轴机床采用球头铣刀加工的效率要高。
(a) (b)
图1-4 五轴联动数控机床加工示意图
二、多轴机床的常见类型
多轴数控机床是指在一台机床上至少具备第4轴。如四轴数控机床有3 个线坐标轴和l 个旋转坐标轴，并且4个坐标轴可以在计算机数控(CNC)系统的控制下同时协调运动进行加工。五轴数控机床具有3个直线坐标轴和两个旋转坐标轴，并且可以同时控制联动加工。
（一）双转台结构五轴机床
1.机床结构
两个旋转轴均属转台类，A轴旋转平面为YZ平面，C轴旋转平面为XY平面。刀具轴线的变化时通过A轴的摆动加C轴的转动来实现，再加上X,Y,Z三个直线轴的运动构成了五轴联动。一般两个旋转轴结合未能一个整体构成双转台结构，放置在工作台面上，如图3-1所示；或者两个旋转轴构成摇篮式的结构直接作为工作台面，如图3-4所示。双转台结构的五轴机床有立式结构的，也有卧式结构的，我们以立式结构为例，如图2-1，图2-2所示属于立式结构的五轴机床。
图2-1 普通数控转台 图2-2 双转台结构机床
2.加工特点
加工过程中工件固定在工作台上，旋转轴和摆动轴在运动的过程中带动工件转动和摆动。该机床的缺点是可加工工件的尺寸受转台尺寸的限制，适合加工体积小，重量轻的工件。加工过程中主轴始终竖直方向，刀具的切削刚性比较好，可以进行切削量较大的加工。
图 2-3 双转台五轴机床
3.旋转台结构
蜗轮蜗杆结构 双转台的机械结构一般是蜗轮蜗杆形式，第四轴和第五轴的结构都是伺服电动机通过传动带带个、动蜗轮蜗杆来实现的，结构如图2-4，图2-3所示。蜗轮蜗杆传动结构如图2-5所示
图2-4 转台内部结构中的蜗轮，蜗杆 图2-5 蜗轮蜗杆传动结构
零传动结构 电动机和摆动轴和旋转轴直接联接，如图2-6所示。
【摘要】
随着社会生产力的不断提高，我国机械制造行业发展迅速，五轴联动加工技术已经成熟并且应用越来越广泛。从机床制造的角度，五轴机床比三轴机床多两个角度轴，即转台或摆头。本课题研究双转台五轴联动机床的建模与仿真，主要研究了如何利用VERICUT软件进行机床的建模，并且在双转台机床上对典型零件进行仿真与加工。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】五轴机床；双转台；仿真；建模
引言 1
一、五轴联动数控机床的概念与特点 2
（一）五轴联动数控机床的概念 2
（二）五轴联动数控机床的优点 2
二、多轴机床的常见类型 3
（一）双转台结构五轴机床 3
（二）双摆头结构五轴机床 5
（三）单摆头单转台结构五轴机床 6
三、五轴联动数控系统的特点 7
（一）动态碰撞监控功能 7
（二）五轴机床的校验和优化补偿 8
（三）虚拟轴功能 8
四、基于VERICUT的数控加工仿真 8
（一）VERICUT软件概述 8
（二）仿真构建 8
（三）机床构建 9
（四）数控系统配置 17
（五）刀具库构建 17
（六）多面体加工 18
总结 22
参考文献 23
谢辞 24
引言
随着中国加入世界贸易组织,全球制造业出现向中国转移的倾向,国内对数控加工的需求也呈现出持续增长的趋势,大批大量的生产加工逐渐普及，如汽交通工具与家用电器的零件，为了解决高产、优质的问题，多采用专用的工艺装备、专用自动化机床或专用的自动生产线和自动车间进行生产。但是应用这些专用设备进行生产，生产准备周期长，产品改型不易，因而使产品的开发周期增长。在机械产品中，但见于小批量产品占到70%~80%,这类产品一般都采用通用机床加工，当产品改变时，机床与工艺装备均需作相应的变换和调整，而且通用机床的自动化程度不高，基本上由人工操作，难以提高生产效率和保证产品质量。特别是一些曲线、曲面轮廓组成的复杂零件，只能借助靠模和仿形机床，或者借助划线和样板用于手工操作的方法来加工，加工精度和生产效率受到很大的限制。
五轴联动数控机床是一种科技含量高、精密度高专门用于加工复杂曲面的机床，这种机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业有着举足轻重的影响力。 目前，五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段。
一、五轴联动数控机床的概念与特点
（一）五轴联动数控机床的概念
五轴联动数控机床不明思议就是有五个轴，即X,Y,Z,和分别绕其某两个轴的旋转轴(A,B或B,C或A,C),l联动就是这五个轴能同时同步运动，能实现空间任意曲面的加工。
（二）五轴联动数控机床的优点
1.五轴联动数控机床可加工更加复杂型面
在没有多轴加工机床时，加工复杂曲面通常是使用三轴数控铣床和球头铣刀加工，为了避免干涉，有时还需要把一个零件分解为若干个部分分别加工。但是如果利用多轴机床设备，就可以加工三轴数控机床不能加工的复杂曲面，并且使定位夹紧装置更为简单，利用多轴机床设备可加工某些复杂模具型面、叶片型面、整体叶轮、凸轮等，如图1-1、图1-2所示。
图1-1 凸轮 图1-2 整体叶轮零件
2.五轴联动数控机床可以明显提高曲面加工质量
利用3个直线轴联动加工曲面时，通常采用球头刀加工。
如图1-3(a)所示，当球头铣刀加工到很平缓的区域时，由于球尖处的半径非常小，所以那里的切削速度几乎为零，那时的切削状况基本上是刀具在挤压被切削材料而不是在做切削运动。所以那个区域的已加工表面质量很差。如果采用多轴加工方法，把球刀的刀轴倾斜一定的角度，就可以使刀具与工件接触点的切削速度明显提高，切削质量可以被改善。
(a) (b)
图1-3 三轴加工与五轴加工比较图
如图1-3（b）所示,对于变斜角平面零件，如果采用三轴机床加工此零件，可采用分段加工，即把零件用不同的倾斜角度分段铣削，然后再在衔接处人工修磨。这种加工方法不但耗费很多人工，而且加工时间长，表面质量差。
如果使用多轴数控铣床加工此零件，那么就可以通过逐渐改变立铣刀的倾斜角度，一次就将变斜角平面加工出来。这样加工出零件表面质量要比三轴机床加工的表面质量好许多，精度也能保证。
3五轴联动数控机床可以明显提高加工效率
对于图1-4(a)所示的直纹斜面，五轴机床可通过刀具侧刃一次加工成型。对于图1-4(b) 所示的大尺寸曲面，多轴机床采用端铣刀加工比三轴机床采用球头铣刀加工的效率要高。
(a) (b)
图1-4 五轴联动数控机床加工示意图
二、多轴机床的常见类型
多轴数控机床是指在一台机床上至少具备第4轴。如四轴数控机床有3 个线坐标轴和l 个旋转坐标轴，并且4个坐标轴可以在计算机数控(CNC)系统的控制下同时协调运动进行加工。五轴数控机床具有3个直线坐标轴和两个旋转坐标轴，并且可以同时控制联动加工。
（一）双转台结构五轴机床
1.机床结构
两个旋转轴均属转台类，A轴旋转平面为YZ平面，C轴旋转平面为XY平面。刀具轴线的变化时通过A轴的摆动加C轴的转动来实现，再加上X,Y,Z三个直线轴的运动构成了五轴联动。一般两个旋转轴结合未能一个整体构成双转台结构，放置在工作台面上，如图3-1所示；或者两个旋转轴构成摇篮式的结构直接作为工作台面，如图3-4所示。双转台结构的五轴机床有立式结构的，也有卧式结构的，我们以立式结构为例，如图2-1，图2-2所示属于立式结构的五轴机床。
图2-1 普通数控转台 图2-2 双转台结构机床
2.加工特点
加工过程中工件固定在工作台上，旋转轴和摆动轴在运动的过程中带动工件转动和摆动。该机床的缺点是可加工工件的尺寸受转台尺寸的限制，适合加工体积小，重量轻的工件。加工过程中主轴始终竖直方向，刀具的切削刚性比较好，可以进行切削量较大的加工。
图 2-3 双转台五轴机床
3.旋转台结构
蜗轮蜗杆结构 双转台的机械结构一般是蜗轮蜗杆形式，第四轴和第五轴的结构都是伺服电动机通过传动带带个、动蜗轮蜗杆来实现的，结构如图2-4，图2-3所示。蜗轮蜗杆传动结构如图2-5所示
图2-4 转台内部结构中的蜗轮，蜗杆 图2-5 蜗轮蜗杆传动结构
零传动结构 电动机和摆动轴和旋转轴直接联接，如图2-6所示。
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