崔娜 ，王貴和，于天彪

（1.鐵嶺師范高等?？茖W校，遼寧 鐵嶺 112001；2.遼東學院，遼寧 丹東 118003；3.東北大學，沈陽 110004）

1 引言

21 世紀被稱為計算機時代。產品的市場競爭日趨激烈，客戶對產品多樣化和個性化的要求越加迫切，市場競爭的核心是產品創(chuàng)新，產品創(chuàng)新主要體現在對客戶的響應速度和品質上。隨著計算機技術的不斷提高，現代制造技術逐漸向集成化方向發(fā)展。傳統(tǒng)的物理樣機的產品研發(fā)已經越來越無法滿足多變的、持續(xù)發(fā)展的市場需求，數控鉆銑將銑與鉆的功能融為一體，實現鉆、擴、鉸孔和銑削加工，是我國數控機床發(fā)展的趨勢，研究數控鉆銑復合加工對提高我國制造業(yè)水平具有重要意義［1-2］。本文以某機床責任有限公司的ZXK5140B為研究對象，對數控鉆銑床相關技術進行研究。

2 機床模型的構建

VERICUT7.0 帶有建模功能，但其所能創(chuàng)建的內部實體模型相對比較簡單，可以進行簡單的仿真，為此，首先基于Pro/E 建立模型，以*.stl 文件格式導入到VERICUT軟件中，VERICUT 將實際機床實體按照運動邏輯關系進行分解，并為各部件構筑相對較為簡單的數學模型，然后按照它們之間的邏輯結構關系進行裝配，實現工作臺的移動和各旋轉軸的旋轉運動等［3-4］。

圖1 機床結構拓補關系

根據機床各部件間的運動邏輯關系，建立機床各運動軸組件的拓補結構，按照拓補關系添加相應的機床組件。模型主要分為六大部分：即底座和立柱不動部分；Y 向運動部分；X 向運動部分；Z 向運動部分；機床夾具部分；毛坯工件部分。其拓補結構如圖1 所示。

VERICUT7.0 提供了多種類型的組件，可以描述加工中的三維實體模型，包括機床基礎件、X/Y/Z 軸、主軸、毛坯、夾具和切削刀具等組件［5-7］。組件定義了實體模型的功能，通過增加模型到組件，使組件具有三維尺寸及形狀。基于上述機床的拓撲結構，遵循機床各運動部件間的邏輯結構關系和運動依附關系，構建了機床的組件樹，如圖2 所示。

圖2 機床組件樹結構及模型

圖3 鉆銑床模型

由圖中可以得出，各組件間的依附關系和機床的拓撲結構一致，各組件的坐標軸方向即為各運動軸的運動方向。X 軸依附于Y軸運動，夾具與工件依附于X 軸運動，刀具與主軸依附于Z軸運動，而刀具與主軸做旋轉運動?；谒鶚嫿ǖ臋C床組件樹，將機床零部件模型讀入組件樹中，構成機床的仿真幾何模型。在實際加工過程中，底座、立柱、Z 向進給電機為不動組件，因此將其添加到base 組件樹中去，其它各組件的添加可遵循機床各運動部件間的邏輯結構關系和運動依附關系進行，所構建機床模型如圖3 所示。

3 仿真參數的設定

利用UGNX6的數控加工功能可以實現2～5 軸的銑削加工，根據加工零件的結構特征和加工精度的要求選擇合適的加工方法，并在UGNX6的數控模塊強大的仿真環(huán)境中觀察生成刀具的路徑及其整個加工過程［5］。

為了對刀以及VERICUT 仿真方便，將工件坐標系設置在毛坯的邊緣以簡化數控加工程序，UGNX6 輸出的程序需要與VERICUT中的程序相吻合。將各部件導出坐標均設置在主軸前段中心處以便于定位，因此，在UGNX6 與VERICUT中坐標系應相差一個刀具長度的Z 向距離。實現正確的刀具切削仿真，需要建立合理的程序零點坐標，程序零點選在零件三個方向的邊緣交點，如圖4 所示。

圖4 程序零點坐標

機床的運動主要包括X 向進給運動、Y向進給運動、Z 向進給運動和主軸回轉運動，機床各軸的運動方向可以由機床各部件的依附關系中的各軸方向進行調整，考慮到該數控系統(tǒng)能識別G 代碼程序，因此給機床配置fan160m 控制系統(tǒng)。

4 鉆銑加工過程仿真的實現

數控鉆銑床所能實現的主要功能包括三軸聯動銑削的加工及鉆床加工，分別對銑削加工和鉆削加工進行仿真。

4.1 銑削加工仿真的實現

銑削是鉆銑床的主要功能，其運動方式主要包括：主軸和刀具的回轉運動，X 軸進給運動、Y 軸進給運動和Z軸進給運動。以所建立的機床模型為基礎，在主件模型書中添加已建立的刀具模型，設定fan160m 數控系統(tǒng)，將UGNX6中輸出的數控程序代碼讀入組件樹中，實現銑削加工過程的仿真，如圖5 所示。

由仿真結果可以得出：（1）在銑削加工仿真過程中，各個進給運動沒有出現超程現象，說明機床仿真參數的設定和數控驅動系統(tǒng)選擇合理；（2）刀具與所設定的機床各部件沒有出現干涉報警提示信息，說明機床結構設計合理，數控程序代碼加載正確；（3）獲得理想的工件模型，說明所構建的機床模型能夠完成三軸聯動的銑削運動。

圖5 銑削加工過程仿真

4.2 鉆削加工仿真的實現

鉆削加工以主軸和刀具的回轉運動、Z 軸進給運動為主，同時具有X 軸和Y 軸進給運動，將UGNX6中輸出的數控程序代碼讀入組件樹中，將VERICUT中機床模型復位，其仿真過程如圖6 所示。

圖6 鉆削加工過程仿真

由圖6 仿真結果可以得出：在鉆削加工仿真過程中，進給運動沒有出現超程現象，刀具與所設定的機床各部件沒有出現干涉報警提示信息，說明機床模型結構和數控驅動系統(tǒng)選擇合理，數控程序代碼加載正確，可實現鉆削加工。

5 結論

針對數控鉆銑加工的特點，建立了機床模型，以*.stl文件格式導入到VERICUT中，建立符合實際機床結構的組件樹，定義機床各導軌的運動方向，添加刀具庫并在UG中輸出的數控代碼程序，選擇與機床匹配的數控系統(tǒng)，進行機床的銑削和鉆削的加工仿真，仿真結果表明，所建立的機床模型是正確的。

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