虚拟仿真技术在多轴机床后处理定制中的应用

对FIDIA五轴立式加工中心后处理的定制过程进行研究,并利用虚拟仿真技术对后处理的正确性进行验证。通过NX软件的后处理构造器定制了适用于FIDIA C1系统的后处理。为了验证后处理的正确性,在NX中建立简化的机床几何模型,将机床各部件以STL格式文件导出至VERICUT软件中,在VERICUT中进行相应的配置,完成虚拟仿真环境的构建;以鼠标模型作为加工对象,在NX加工模块中创建刀具轨迹,通过定制好的后处理将刀轨源文件转换为机床能够识别的NC代码,在虚拟仿真环境中进行模拟加工,验证无误后传输至机床进行零件的实际加工。结果表明:虚拟仿真技术可以有效避免由于后处理定制不当而导致的机床碰撞,确保机床安全、高效地运行。     

基于VERICUT的变螺距螺杆多轴数控加工仿真研究

针对变螺距螺杆在多轴机床上加工难度大、加工过程复杂的问题,研究了变螺距螺旋线的直接插补算法,并根据刀具加工螺杆时的空间几何关系对刀具刀位点进行求解,得到了设计数控加工程序所需要的全部信息;通过定制变螺距螺杆在VERICUT软件中的加工仿真环境,实现了螺杆的加工仿真过程。该仿真可以在保证刀具轨迹的正确性的前提下,有效的避免干涉和碰撞,可以代替零件在实际加工中的试切过程,提高螺杆加工的效率和安全性,为变螺距螺杆的多轴数控加工提供了参考。     

刀具摆角对复杂曲面轮廓精度的影响研究

目的通过优化五轴联动加工中刀具摆角参数,基于后置处理技术提高复杂零件表面加工的轮廓精度。方法针对回转轴非线性运动造成的刀具姿态误差过大会导致零件轮廓精度低,提出了一种摆角优化方法。首先,对回转轴线性插补产生的刀具姿态误差进行分析,控制回转角的摆动幅度大小和初始位置;其次,将线性插补后的刀轴矢量投射到理论上始末两点矢量构成的平面上获得新的插补矢量,通过线性插补刀轴矢量来优化刀具空间姿态;最后,以某叶轮试件通过仿真及实际加工实验进行了验证。结果通过摆角优化方法后,叶片轮廓与理论轮廓的轮廓误差由0.08 mm减小到0.04 mm,最大过切量也由0.03 mm减小到0.01 mm。刀具摆角优化后,能大大提高复杂曲面零件的轮廓精度。结论基于后置处理技术对五轴机床回转轴摆角进行优化,在通用算法基础上加载角度优化算法,开发专用的后置处理器处理G代码程序,是一种提高复杂曲面加工轮廓精度的可行措施。实验验证了该方法的有效性。     

五轴联动刀轴矢量插补优化算法

目的研究解决五轴联动机床旋转轴角度采用线性插补方式生成的加工轨迹,导致刀具姿态偏离所设计的理想平面,引发刀具姿态误差的问题,减少非线性误差,提高零件表面质量。方法首先对旋转轴角度线性插补方式引发刀具姿态误差的原理进行了分析,提出了一种刀轴矢量插补优化算法。然后在线性插补的基础上,根据提出的刀轴矢量插补优化算法保证首末点间的刀轴插补矢量始终位于首末刀轴矢量所构成的平面内,实现刀具姿态优化,并在MATLAB中对线性插补和矢量插补优化两种方式进行仿真分析,观测出对应方式下刀轴插补矢量的空间位置。最后利用叶片试件在AB型转台摆头类型机床上进行仿真和加工验证,对比两种刀轴矢量插补方式仿真数据。结果在VERICUT同等条件下仿真,刀轴矢量采用线性插补时,叶片进出汽边误差值分别为-0.218 66 mm和-0.312 58 mm;刀轴矢量插补优化后,叶片进出汽边误差值分别为-0.095 46 mm和-0.099 05 mm。刀具姿态经过插补优化算法后,叶片进出汽边的过切值明显降低。结论刀具姿态经过插补优化算法后,叶片过切值的大小和数目明显减少,使得非线性误差明显降低,从而提高了零件表面质量。     

五轴加工刀具矢量压缩平滑定向插补算法研究

为解决五轴加工中刀具矢量变化不均匀引起减速和加速的反复发生,带来加工形状变得粗糙和加工时间变长的问题,提出一种刀具矢量压缩平滑定向插补算法。通过对指令程序进行压缩处理,可以去除刀位点和刀具矢量变化小的指令,对刀具矢量平滑处理,可以使得刀具矢量的变化与线性轴的变化一致,定向插补是对优化后的指令刀位点数据和刀具方向进行插补计算,以实现高速加工。通过仿真实验验证了该算法的有效性和可行性。     

摆头转台五轴机床倾斜面加工的后处理研究

针对五轴机床加工带倾斜面类零件时使用刀尖跟随功能,不能输出圆弧插补且加工时没有锁定旋转轴导致加工精度差及刚性不高的问题,采用五轴联动数控系统的倾斜面加工功能,提出了基于齐次坐标变换的后处理算法。通过在加工时将工件坐标系围绕原点进行旋转使X/Y平面与加工平面平行,然后利用齐次变换矩阵,分析摆头转台混合型五轴数控机床空间运动坐标系,并对其进行齐次变换运算得到机床运动坐标。最后,使用UG NX8.5/Post Builder编写后处理文件,通过NC代码分析、程序仿真及实际加工验证了后处理方法的正确性。     

面向开放式数控系统的高性能自适应插补算法的研究

以PC-based开放式数控系统为平台,提出了一种具有数控代码超前解释功能和微小路径自适应前瞻插补的改进型插补算法,以提高刀具插补的速度和精度,同时还可以减少机床加工时的冲击,提高零件的加工质量。以圆弧的三次NURBS插补为例,经前瞻加减速处理后,能够提前预测曲线的变化趋势,并及时的调整插补进给速度,减少了机床加工时的冲击。仿真测试结果表明,插补运算时间很小,插补运算效率大大提高,达到了较好的实时性和平稳性要求。     

平面变半径螺旋插补原理及应用

通过深入分析圆形/环形平面区域特征3轴数控铣削特点,提出平面变半径螺旋插补原理及算法。以成组技术为背景,采用机床极坐标功能,给出了面向圆形/环形平面区域特征的参数化程序。通过合理赋值,可以实现圆形/环形/平面螺纹特征的3轴数控铣削加工。VERICUT仿真和试验表明,平面变半径螺旋插补算法正确有效。     

基于辨识模型的轨迹误差预测方法

为研究轨迹误差的影响因素及规律,进行加工路径优化和轨迹误差预补偿,并提出一种基于辨识模型的轨迹误差预测方法。采用所建立的数控系统前瞻插补模块对G代码进行插补处理,获得离散位置指令;通过进给系统辨识模型对插补后的位置指令进行加工仿真,得到输出位置;根据插补位置数据和仿真得到的输出位置数据对加工轨迹误差进行计算。仿真结果表明:该方法可以快速计算数控机床联动加工时的轨迹误差值和分布情况,为轨迹误差的成因及规律分析、刀具路径的优化及轨迹误差预补偿的实施提供方法和数据支持。     

基于UG POST的卧式双工位四轴加工中心后处理定制

为了解决卧式四轴加工中心四轴联动插补困难、因为结构问题导致的旋转轴锁死位移变动、回原点旋转碰撞、加工中停止碰撞等问题，通过实践积累和对后处理的研究，基于UG POST软件和沈阳机床厂生产的TH6350卧式加工中心，以TCL语言为开发环境，进行全方位后处理定制，解决了上述问题，详细叙述了此类后处理在构造中的关键问题，公开了核心的算法程序。最后通过实际加工大力神杯验证该后处理的可行性、整体性、稳定性，为双工位卧式加工中心后处理定制方案和加工工艺提供参考。     

航发压气机叶片的加工仿真分析北大核心

航发压气机叶片型面及加工工艺复杂。为降低加工成本、提高加工效率,对某型复杂薄壁航空发动机压气机叶片零件进行加工仿真研究。分析叶片的结构特点,结合加工工艺路线制定原则,制定了叶片加工工艺路线,规划了刀具轨迹;根据五轴机床行程及运动特点,定制了五轴机床专用后处理器,并将刀具轨迹后处理生成了叶片加工的NC程序,同时输出加工总计用时;构建立式五轴数控机床仿真模型,对加工工艺进行仿真验证,取代实际加工试切步骤,节省生产成本和时间。仿真加工结果验证了加工工艺的合理性和后处理的正确性,为加工参数的进一步优化和加工误差分析奠定了基础。     

五轴联动加工中进给速度的控制算法

目的研究刀具进给速度平稳性对五轴联动加工中复杂自由曲面表面粗糙度、轮廓精度的影响。方法首先对五轴联动机床运动过程中的空间线性插补原理进行了分析,推导出插补周期内各轴的分解速度数学模型。根据数控系统中不同的速度指令方式以及刀具在空间的实际运动距离,分端铣和侧铣两种情况,分别建立了刀具空间运动的实际速度计算模型,然后根据机床各轴的最高速度及加速度约束条件,对各轴分速度、分加速度进行校核处理,最终求得刀具实际的合成速度。最后,基于后置处理技术,用开发的专用后置处理软件进行刀位源代码后置处理,采用某叶轮试件进行了验证,并对实验结果进行了分析。结果在复杂曲面加工中,稳定的表面进给速度会获得较高的表面质量及轮廓精度,曲面曲率变化越大,速度变化对加工质量的影响越大。在同等条件下切削,刀具采用恒表面速度与采用恒进给速度相比,获得的叶片进出汽边轮廓误差值由0.1 mm减小为0.04 mm。结论在五轴联动加工中,越稳定的表面进给速度,越能获得较高的表面质量和轮廓精度,对于曲率变化较大的复杂曲面,需要严格控制刀具的进给速度,尽量获得稳定的表面速度以减少过切值,从而提高零件表面质量。     

五轴数控加工后处理关键技术分析与实现

从后处理的角度,分析了五轴数控加工的非线性误差,指出了其影响因素;提出了利用齐次变换矩阵和正向、逆向运动学相结合的误差计算方法以及相应的误差补偿策略;同时,引入了刀轴矢量"平滑化"的概念,提出了基于四元数向量插值的新算法;最后,以一个离心压气机叶轮为例,进行了计算机仿真加工和五轴机床试切加工实验.实验结果表明,所提出的方法改善了曲面加工精度和表面质量.     

UG NX叶轮加工及MCV850 5五轴加工中心后置处理的研究

对叶轮加工工艺和UG NX叶轮加工专用模块进行研究,在阐述后置处理技术的基础上,制作了双转台加工中心(MCV850-5)的专用后置处理文件,并在MCV850-5五轴加工中心上验证了定制的后置处理文件的正确性和实用性。实践证明:UG NX叶轮专用模块和定制的后置处理文件在实际加工中可提高叶轮加工精度,并可缩短加工时间,真正实现了CAD/CAM软件与实际加工设备的无缝对接,具有较好的实践应用价值。     

整体七级叶轮五轴加工工艺设计与研究

以涡轮分子泵的七级叶轮作为研究对象,分析七级叶轮的结构特点及加工难点,制定整体七级叶轮五轴加工工艺方案。研究整体七级叶轮粗、精加工的加工路径及五轴机床后处理。在SurfMill软件中生成各加工阶段加工路径,并运用数字孪生编程技术进行加工路径仿真优化,以避免实际加工过程中出现过切或者碰撞,节约加工时间。利用在机激光测量进行实际加工,所得产品达到了目标加工质量。     

基于MasterCAM9.1的VM-32SA立式加工中心后置处理优化设计与实现研究

以VM-32SA加工中心四轴机床的NC程序的要求为研究对象,重点阐述了对MasterCAM9.1自带后处理文件进行修改、优化的关键技术,制定出符合VM-32SA机床需求的后置处理文件。以搓接鼓实际加工过程为例,检验后置出来NC程序的正确性。实践结果表明:加工过程没有出现报警,而且加工的零件能满足规定的精度要求,从而验证四轴后置文件的正确性,对其他控制系统机床的后置修改有一定的参考作用。     

UG后处理技术的原理和应用

UG软件的加工模块自带的3轴数控铣床后处理器生成的G代码不能直接使用在一般的数控铣床。UG／Postbuilder（后处理构造器）可以编写出特定的后处理器,UG软件的刀路轨迹通过特定的后处理器生成的G代码,适合一般的数控铣床使用。     

Circular tests for HSM machine tools: Bore machining application

Today's High-Speed Machining (HSM) machine tool combines productivity and part quality. The difficulty inherent in HSM operations lies in understanding the impact of machine tool behaviour on machining time and part quality. Analysis of some of the relevant ISO standards [230. Acceptance code for machine tools. Part 4, Circular tests for numerically controlled machine-tools, April 1998, 10791. Test conditions for machining centres. Part 6, Accuracy of feeds, speeds and interpolation, September 1998, 10791. Test conditions for machining centres. Part 7, Accuracy of feeds, speeds and interpolation, September 1998] and a complementary protocol for better understanding HSM technology are presented in the first part of this paper. These ISO standards are devoted to the procedures implemented in order to study the behaviour of machine tool. As these procedures do not integrate HSM technology, the need for HSM machine tool tests becomes critical to improving the trade-off between machining time and part quality. A new protocol for analysing the HSM technology impact during circular interpolation is presented in the second part of the paper. This protocol, which allows evaluating kinematic machine tool behaviour during circular interpolation, was designed from tests without machining. These tests are discussed and their results analysed in the paper. During the circular interpolation, axis capacities (such as acceleration or Jerk) related to certain setting parameters of the numerical control unit have a significant impact on the value of the feed rate. Consequently, a kinematic model for a circular-interpolated trajectory was developed on the basis of these parameters. Moreover, the link between part accuracy and kinematic machine tool behaviour was established. The kinematic model was ultimately validated on a bore machining simulation.