基于VERICUT软件的五轴仿真机床开发的技术研究

鲁 柱

(苏州技师学院 机电工程系，江苏 苏州 215009)

基于VERICUT软件的五轴仿真机床开发的技术研究

鲁 柱

(苏州技师学院 机电工程系，江苏 苏州 215009)

由于DMU50 eVolution 双转台五轴属于非正交结构,加工程序的后置处理困难,为了避免五轴机床碰撞事故，在对机床各部件进行测量的基础上，首先利用UG 软件对各部件建模；然后将机床三维模型导入VERICUT中，配置机床运动关系，并构建仿真机床；最后对叶轮产品进行了模拟仿真加工，验证了UG 后置处理的正确性。

建模；VERICUT ；后置处理；仿真

DMU50 eVolution 五轴加工机床因其具有高精度、高性价比而被广泛使用。由于集成的数控旋转圆形工作台带有数字驱动，使得最复杂的工件在机器上仅需两次装夹就可以完成整个加工。工作台配备了液压锁紧装置，允许旋转范围达到115° (-5°～110°)，可以进行高达20 °的负角度加工。从结构上看，该机床属于双转台结构，机床主轴可实现X，Y，Z方向的运动，双转台实现B轴和C轴的转动，该机床工作台上的B轴方向不与机床Y轴重合，且机床不处于YZ平面内，属于非正交五轴联动机床，使得加工程序的后置处理相对困难。考虑到五轴数控机床的使用成本较高，选择VERICUT数控加工仿真软件，模拟实际加工中机床的结构类型、尺寸、控制系统等进行切削，就成为降低支出的一种有效手段。

1 UG软件构建五轴机床模型

图1所示为DMU50 eVolution双转台五轴机床，机床工作台结构如图2所示。该机床工作参数为：3个平动轴X，Y，Z，2个旋转轴B，C；X轴行程范围为-450～0mm；Y轴行程范围为-580～0mm;Z轴行程范围为-460～0mm;B轴行程范围为-5°～ 110°；C轴行程范围为0°～ 360°。采用三维UG软件，根据机床工作参数构建机床三维模型，同时按机床实际尺寸，逐个对机床部件进行建模，最后在UG中进行机床虚拟装配，具体步骤如下：

步骤1，在UG中根据实际机床各部分部件的尺寸，应用拉伸、旋转、扫描、基准轴、基准平面特征等命令分别进行X轴模型、Y轴模型、Z轴模型、B轴模型、C轴模型、机床外壳模型部件建模，同时要注意各部件装配时的坐标系位置关系。

图1 DMU50 eVolution五轴加工机床

图2 机床工作台结构

步骤2，虚拟装配机床各部件三维模型，装配时利用接触对齐、平行、中心约束关系，装配完成后的模型如图3所示。

图3 五轴机床三维模型

步骤3，装配完成后需进行检查，若没有装配错误，分别以Stl格式导出各运动轴模型，便于VERICUT识别。

2 VERICUT搭建仿真五轴机床

根据实际机床的相对运动关系，在项目树上添加机床基座和机壳，添加线性运动轴X，Y，Z；各轴相互关系是Z轴依附在Y轴上，Y轴依附在X轴上,C轴依附在B上。各运动轴用不同颜色表示。机床框架搭建完后，导入各运动轴的Stl格式的三维模型，完成后如图4 所示[1]。

图4 搭建运动轴

控制系统选项里选择海德汉TNC530系统，变量选项里设置M128、M126都生效，使得仿真机床支持Rtcp。C转台上添加毛坯，确定好位置，同时在毛坯上添加加工坐标系，注意坐标值的控制。完成后的界面如图4所示。

在刀具库里定义直径为4mm的球头刀，同时添加刀具号，并保存到刀库里。在机床行程控制部分，设定B,C的角度限制，完成后如图5所示。数控程序选项位置添加叶轮程序[2]。在验证叶轮五轴数控程序的整个过程中没有出现干涉提示，同时零件未有红色碰撞，说明刀具和机床、零件安全，完成后如图6所示。

图5 B,C的角度限制

图6 仿真模拟叶轮和五轴机床搭建效果

3 实际加工验证

通过仿真后，在DMU50 eVolution 双转台五轴机床上对叶轮进行现场加工，图7 所示为叶轮加工实物图。在加工过程中刀具无干涉、碰撞现象，加工后的叶轮曲面及叶片跟叶毂圆角过渡处光滑。将实际加工效果和仿真模拟效果相对比可以看到，叶轮的实际形状、尺寸与仿真加工叶轮形状、尺寸一致，加工精度达到工艺规范要求。

图7 叶轮加工实物图

4 结束语

对DMU50 eVolution 五轴仿真机床进行的仿真模拟，没有出现干涉情况，说明五轴仿真机床可以与企业和学校实际使用的五轴数控机床保持一致，不仅能为企业生产和学校教学用五轴数控机床提供安全保障，同时还可以缩短首件试切时间，大幅度提高加工效率和节约加工成本。文中研究的方法可被借鉴到其他B轴、C轴与X轴、Y轴、Z轴不重合的五轴数控仿真机床的搭建和研究中，对提高我国五轴数控加工水平具有重要的现实意义。

[1] 杨胜群. VERICUT 数控加工仿真技术[M].北京：清华大学出版社，2010.

[2] 姜厚文,杨浩. UG NX6固定轴与多轴铣培训教程[M].北京：清华大学出版社，2010.

Studyondevelopmenttechnologyoffive-axissimulationmachinebasedonVERICUT

LU Zhu

(Suzhou Technician Institute, Jiangsu Suzhou, 215009, China)

The Dmu50 eVolution five-axis double-turntable is the non-orthogonal structure, the rear processing program becomes difficult. Based on the measurement of all the machine parts, it uses UG software to model various components, imports the 3D model into VERICUT, configures the movement relation of machine tool, and builds the simulation machine tool. On the basis of the above, it simulates the processing of impeller products, optimizes the program and demonstrates the validity of the UG rear processing. This guarantees the enterprise production.

modeling; VERICUT; post processing; simulation

10.3969/j.issn.2095-509X.2014.10.014

2014-09-22

鲁柱(1979—)，男，安徽明光人，苏州技师学院讲师，主要从事CAD/CAM 技术应用、模具加工等方面的技术研究工作。

TH122；TG65

A

2095-509X(2014)10-0062-03