平艷玲

五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工后置處理技術(shù)及高速切削仿真技術(shù)分析

平艷玲

（長治職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西長治046000）

基于五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工的操作，對后置處理算法和高速切削技術(shù)展開了分析，并通過仿真分析對后置處理過程和高速切削工藝進(jìn)行了闡述，從而為關(guān)注這一技術(shù)的人們提供參考。

五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工；后置處理技術(shù)；高速切削仿真技術(shù)

在復(fù)雜零件加工方面，五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床能夠完成零件的高效、高精度加工。通過后置處理技術(shù)，能將零件加工刀具源文件轉(zhuǎn)化為數(shù)控加工NC代碼，應(yīng)用高速切削仿真技術(shù)，可以進(jìn)行切削速度和切削厚度的合理選擇，從而達(dá)到數(shù)控加工的效率和精度要求。

1 五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工的技術(shù)分析

在五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中，后置處理技術(shù)為數(shù)控編程技術(shù)的核心部分，高速切削技術(shù)為數(shù)控加工的先進(jìn)技術(shù)。后置處理技術(shù)可利用CAM獲得的編程內(nèi)容轉(zhuǎn)化為NC程序[1]。高速切削技術(shù)可獲得較高主軸切削速度，可在增大進(jìn)給切削量的同時(shí)獲得加工質(zhì)量更好的零件。

2 五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工后置處理技術(shù)及高速切削仿真技術(shù)

2.1 后置處理原理

在五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中，數(shù)控系統(tǒng)軟件將自動(dòng)生成數(shù)控程序，包含工藝信息和操作信息等多個(gè)程序段。加工事件采用字符指令和數(shù)值信息表示，走刀事件包括刀具長度和半徑偏置等，確保刀具行走位置精確。這些信息包含在刀位源文件中，與數(shù)控加工程序保持對應(yīng)聯(lián)系[2]。在后置處理中，要結(jié)合這種聯(lián)系將源文件指令轉(zhuǎn)化為加工指令。

數(shù)控加工后置處理流程如下圖1所示，該部分為CAM軟件運(yùn)行的一部分，可以根據(jù)加工要求將刀位源文件轉(zhuǎn)換為加工程序。

圖1 數(shù)控加工后置處理流程

五軸數(shù)控機(jī)床擁有X、Y、Z三個(gè)移動(dòng)坐標(biāo)軸和A、B、C三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，機(jī)床加工時(shí)采用X、Y、Z三個(gè)軸和A、B、C中的兩個(gè)軸，擁有“機(jī)架-刀具”和“機(jī)架-工作臺(tái)”兩個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)。數(shù)控加工后置處理時(shí)，如機(jī)床選取的軸為X、Y、Z、A、C，工件坐標(biāo)利用OwXwYwZw表示，機(jī)床坐標(biāo)利用OmXmYmZm表示。在擁有相同坐標(biāo)系方向的情況下，二者的間距為d，假設(shè)刀具長L，分別繞X軸和Z軸進(jìn)行A角度和C角度旋轉(zhuǎn)，則刀心位置可設(shè)為（x，y，z），刀軸矢量為（ai，aj，ak）。后置處理時(shí)，需將矢量移動(dòng)至坐標(biāo)系原點(diǎn)，即利用OwT =（ai，aj，ak）進(jìn)行單位矢量的表示，然后將其繞Z軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)C，并繞X軸旋轉(zhuǎn)A，從而使其與Z方向保持平行。經(jīng)過推導(dǎo)轉(zhuǎn)化，根據(jù)空間結(jié)構(gòu)原理獲得刀具在工件坐標(biāo)系中的位置，即（X-0 Y-0 Z-d 1-0）=（0 0 L 1）R（A）R（C）+（x y z 1）.經(jīng)過計(jì)算，得到下式（1）.

2.2 后置處理仿真分析

對上述技術(shù)進(jìn)行仿真時(shí)，可以用VERICUT軟件進(jìn)行數(shù)控加工過程的模擬。該軟件，能對刀位源文件和后置處理程序進(jìn)行仿真，驗(yàn)證加工程序是否正確。采用的仿真載體為5DGBC50五軸加工中心，選取的仿真加工對象為葉輪，如下圖2.在實(shí)際仿真時(shí)要結(jié)合實(shí)際加工情況完成機(jī)床幾何模型、工件模型和刀具模型等模型的創(chuàng)建，完成模型間相對運(yùn)動(dòng)關(guān)系的定義，然后調(diào)入NC程序完成加工參數(shù)設(shè)置[3]。利用后置處理程序和軟件仿真功能進(jìn)行加工軌跡的生成，經(jīng)過后置處理的程序可以較好用于葉輪數(shù)控加工，因此應(yīng)用該技術(shù)能夠獲得正確的NC程序。

圖2 葉輪代碼仿真效果

2.3 高速切削技術(shù)原理

高速切削技術(shù)，可利用切削速度和切削溫度的關(guān)系進(jìn)行切削加工質(zhì)量的控制。按照薩洛蒙高速切削理論，在一定的切削溫度下，存在相互對應(yīng)的低速度和高速度，在二者之間為一般切削區(qū)域，超出高速度為高速切削區(qū)域[4]。應(yīng)用高速切削技術(shù)，能保持一定的切削溫度和較淺的切削量，因此刀具和機(jī)床主軸只需承擔(dān)較低的徑向力，能減少數(shù)控加工對機(jī)床和刀具的磨損。

2.4 高速切削仿真分析

對高速切削技術(shù)進(jìn)行分析時(shí)，考慮到鈦合金對切削工藝有較高的效率和質(zhì)量要求，可以對其高速切削情況展開分析。仿真分析時(shí)，可以采用硬質(zhì)合金刀具YG6X.在實(shí)際切削加工時(shí)，受刀具擠壓剪切作用影響，工件易產(chǎn)生膨脹變形或塑性變形。所以在加工結(jié)束后，有較大殘余應(yīng)力在加工表面產(chǎn)生，進(jìn)而對零件的尺寸穩(wěn)定性和性能產(chǎn)生影響[5]。因此在應(yīng)用高速切削技術(shù)進(jìn)行零件加工前，可采用仿真法對零件加工表面的殘余應(yīng)力分布展開分析，完成加工工藝的合理選取。

在實(shí)際模擬過程中，需完成刀具進(jìn)給、刀具推刀、工件停止和工件冷卻這四個(gè)階段的工件表面殘余應(yīng)力模擬分析。選取的切削速度為300 m/min，切削厚度為0.4 m.如下圖3所示，刀具在沿著X方向切削過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力最大能達(dá)544.2 MPa，在0.12 mm工件表層厚度得到了集中分布。隨著深度的增加，工件殘余應(yīng)力大幅度減少。因此，通過合理選取切削厚度，就能加強(qiáng)零件加工精度控制。

圖3 高速切削仿真結(jié)果

在實(shí)際進(jìn)行五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工的高速切削仿真分析時(shí)，可以在CM6140機(jī)床上進(jìn)行鈦合金切削的仿真分析。分析仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)，主切削力絕對誤差能控制在200 N以內(nèi)，進(jìn)給切削力絕對誤差可控制在20 N以內(nèi)。由于二者的相對誤差都在15%的范圍內(nèi)，所以采用該種仿真技術(shù)能對五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工的殘余應(yīng)力進(jìn)行分析，滿足數(shù)控加工的效率和精度要求。

3 結(jié)束語

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行較高加工精度要求的復(fù)雜零件數(shù)控加工時(shí)，采用五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床可以運(yùn)用后置處理技術(shù)和高速切削仿真技術(shù)滿足零件的加工效率和質(zhì)量要求。

[1]范清華.五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工后置處理研究[J].新技術(shù)新工藝，2015（12）：62-64.

[2]唐清春，張仁斌，何俊，等.基于VB BV100五軸聯(lián)動(dòng)加工中心后置處理的研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2012（02）：73-75.

[3]佐景濤.雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸數(shù)控加工中心后置處理的算法研究[J].黑龍江科技信息，2012（15）：25，6.

[4]黃云林，袁軍堂，汪振華.基于PowerMill的整體葉輪五軸聯(lián)動(dòng)高速加工后置處理的研究[J].機(jī)床與液壓，2012（17）：12-14.

[5]李響.五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床（A-B轉(zhuǎn)臺(tái)）后置處理設(shè)計(jì)及數(shù)控仿真[J].電子世界，2012（17）：121-124.

Five Axis NC Machining Post Processing Technology and High Speed Cutting Simulation Technology Analysis

PING Yan-ling
（Changzhi Vocational and Technical College，Changzhi Shanxi 046000，China）

Five Axis NC machining based on the operation,analyzes the algorithm and technology of high speed cutting and post processing，post processing and high speed cutting process was discussed through simulation and analysis，so as to provide reference for people to pay attention to this technology.

five axis NC machining；post processing technology；high speed cutting simulation technology

TG659

A

1672-545X（2017）07-083-03

2017-04-22

平艷玲（1984-），女，山西長治壺關(guān)人，本科，助教，研究方向：數(shù)控加工。