數控車床加工5軸龍門機床的虛擬加工系統開發

syjy2 2020-04-23 19:42 新聞動態
  數控車床加工行業中,為確保數控機床安全有效運行,須在零件正式加工前對加工的程序代碼進行檢測。傳統的代碼檢測采用試切法,即在正式加工前,零件在數控機床上進行試切,根據試切結果反復排查、修改程序中的錯誤,待程序核查無誤后,再進行零件的正式加工。然試切法不僅費時費力,還占用寶貴的機床時間,造成極大的浪費。
數控車床加工
  隨著計算機的發展,數控代碼可通過計算機的模擬仿真進行檢驗,避開了試切過程,避免了人力、物力的嚴重浪費,亦能有效避免機床切削時的碰撞事故,更可依據模擬切削結果進行誤差分析,檢驗加工精度,一舉多得。
 
  對于數控加工模擬仿真的研究,國外起步較早,現已開發出若干優秀的商用仿真軟件,如法國Spring公司的NCSimul,美國CGTech公司的Vericut,以色列Cimatron中的仿真模塊等。盡管起步較晚,國內亦開發了若干有價值的數控仿真原型系統,如清華大學和華中理工大學研制的HMPS、南京航空航天大學研制的SupermanCAD/CAM-2000等。上述軟件目前主要適用于一些典型的常用機床。對于結構特殊、控制系統復雜的新型機床,如并聯/混聯機床、機械手和特殊結構的車銑復合機床,前述商用軟件靈活性較差,均難以完成加工過程的模擬仿真,因此需要研究開放和靈活性較大的仿真系統來滿足本文研究對象的虛擬加工需求。
 
  目前,常用數值法對5軸運動下的刀具掃掠體包絡面進行求解,包括Jacobian秩虧損方法、掃掠微分方程方法、包絡理論方法、隱式建模方法。嚴思杰和CHIOU等推導了APT刀具在5軸線性插補運動下的瞬時特征線的求解公式。朱利民等針對錐刀、鼓刀和環刀的空間運動,應用雙參數球族包絡理論進行刀具掃掠體包絡面的建模,得到了精確的解析解,可用于加工仿真的精度校驗。然而,上述建模過程相對復雜,且需要數值求解高階常微分方程或超越方程,計算量極大。為滿足大型運載火箭的制造需求,在國家重大專項的支撐下,現研發出了橫向跨距為8.5m的龍門移動式數控5軸車銑復合機床XKA2780。該型機床的數控系統和床身結構均與普通機床差異較大,無法通過成熟商業仿真系統完成設備加工過程的虛擬仿真。本文創新性采用組件結構樹關聯方法,將機床各軸模型和對應構型運動學相對接,并同步引入部件碰撞干涉快速檢測方法,實現任意復雜構型機床的虛擬仿真和碰撞檢測;其次,通過求解刀具運動軌跡掃描臨界線和刀具截面,可精確建立刀具掃描包絡體,提升零件的材料去除仿真精度。最后,以某典型航空零部件為例,將其加工代碼在仿真系統上進行驗證。
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