摘要:双主轴车削加工中心结构复杂、运动形式多样,能够一次装夹下完成零件的所有加工工序,但由于机床结构较复杂,在试件加工时往往会发生碰撞、干涉等危险情况,给机床使用带来风险,同时影响机床的高效应用。 基于虚拟仿真技术,以EMCO maxxturn65 双主轴车削中心为研究对象,在VERICUT 中构建机床虚拟仿真加工系统,并进行仿真加工。 通过仿真加工,检验NC 程序的正确性,检测加工中可能出现的干涉、碰撞等情况,预知加工结果;根据仿真加工,对错误的NC 进行纠正,保证机床使用中的安全性,进而提高该类机床的应用效率。

    关键词:双主轴车削加工中心;虚拟仿真;VERICUT 　 　  

    0、引言

    随着机械制造技术的不断发展,零件结构形式越来越复杂,对加工精度的要求也越来越高。 加工过程中的多次换装不仅使得零件的加工质量无法得到保障,同时还因多次的工件安装、对刀等过程大大降低了加工效率。

    双主轴车削加工中心能够使得需要多个加工工序的工件一次装夹下完成所有加工,不仅减少了因多次装夹而导致的加工误差,还提高了加工效率,能很好地满足现代企业生产要求,尤其在航空、航天等领域,双主轴车削加工中心的高效应用具有举足轻重的作用。 然而,由于该类机床的结构及运动形式复杂多样,在实际应用中存在数控程序编写及正确性检测困难的问题,这些问题制约着车削中心的高效应用,给企业快速生产带来困难[1]。

    利用虚拟仿真技术,以实际机床为原型,在虚拟仿真平台中构建机床的仿真加工系统,使其具有与实际机床完全一致的加工功能,对工件进行虚拟仿真加工。 该方式能够在不消耗生产资源的条件下,快速完成工件的虚拟加工,检验数控程序的正确性,同时能够对加工过程中存在的质量问题进行预判,为实际加工过程中机床的安全性及高效性提供可靠保障。

    1　 、虚拟仿真系统构建过程

    虚拟仿真系统是将实际机床在计算机中的完全映射,具有与实际机床一致的加工功能。 该系统在使用过程中不消耗实际的生产资源,加工过程快,且能够不断反复的进行加工,能很好的解决复杂零件试切过程耗时、耗力等问题,对企业新产品研发生产非常重要。

    根据机床的结构及尺寸,在 VERICUT 中建立虚拟机床模型。 其主要过程如图 1 所示。

    2、构建虚拟仿真系统

    2.1　 机床结构分析

    EMCO maxxturn65 双主轴车削中心配备一个带有 X、Y、Z1 运动轴的刀塔,主轴带有C1 旋转轴功能,副主轴带有 Z2、C2 两个运动轴。 如图 2 所示,床身的工作面为高刚度 45°易排屑倾斜结构,其上装有主轴、副主轴和沿床身滑动的床鞍,其中主轴固定于床身,沿床身滑动的副主轴与主轴轴向对置,伺服动力刀架固定于沿床鞍 X 轴方向滑动的滑板上。

2.2　 机床参数测量

    双主轴车削中心加工过程中工件换装时机床不停机,因此机床各部件的空间位置精度要求较高[2]。建立机床的虚拟仿真加工系统时,准确获取机床各运动部件参数是研究的关键之一。 EMCO maxxturn65双主轴车削中心的参数获取主要通过测量以及查询手册来实现,过激光尺、卷尺、板尺等测量工具完成机床主要外形部件及空间尺寸的测量,关键零部件尺寸及机床极限位置等对建模精度有重要影响的尺寸参数通过查询机床手册或者运行机床后在机床控制面板中读取。

    要完整的建立机床模型,所需要的机床参数主要有:主轴、副主轴、刀塔、刀具等重要部件尺寸;机床初始位置、极限位置;运动轴及部件间的空间位置;外形轮廓等。

    2.3　 机床建模

    建立机床的虚拟模型,不仅需要完成各运动部件的三维几何模型,还要赋予其与实际机床相一致的运动关系。 VERICUT 软件中提供了许多运动轴组件,根据实际机床的运动结构,建立其运动树,将各运动部件的三维模型加载到相应的运动组件下即可完成机床模型的建立[3]。 要正确建立机床的运动树,首先要明确机床的运动连。 EMCO maxxturn65 双主轴车削中心包含两条运动链:基座-工件;基座-刀具。

    根据确定好的运动链,在 VERICUT 中依次添加相应的运动组件,完成机床运动组件树的创建,如图 3 所示。 创建组件树仅是完成了机床各运动部件间运动关系的建立,

还需添加相应的几何模型。

    由于机床机构较复杂,各运动部件几何模型在 VERICUT 中创建较困难,因此,在三维模型在 UG 中建立各部件几何模型,然后将模型保存为 STL 格式文件导入到相应的运动组件下即可。