五轴加工中心虚拟机床及后置处理应用研究
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摘要：在我国经济飞速的发展下，机械制造慢慢的变成了我国比较重要的产业，机械制造行业的发展也随着数字信号的发展飞速更新。通过使用数控机床对现在的高精度部件进行精密加工，成为了当今机械制造业的发展趋势。机械加工过程中会出现一些意外危险，对操作人员的安全带来一定的隐患。所以对机械加工过程中需要进行有效的模拟，这样才能够避免危险的发生。
关键词：五轴加工;后置处理;虚拟加工
数控加工仿真是在虚拟加工环境中对真实数控加工过程建立的数学模型，它是虚拟制造的重要组成部分。数控技术是指用数字信号对一台或几台机械设备的运行及其加工过程进行控制的一门自动化技术。数控技术已经在工业生产上普遍应用，是现代先进制造技术的基础和核心。五轴加工中心可以将复杂的零件加工的工艺水平进行提高，主要应用在仪器仪表、汽车制造以及航天航空等行业。通过对五轴加工中心应用的研究，推动了我国高精密零件加工的发展，并使我国的工业水平也得到提高。
一、五轴联动数控机床的结构特点
五轴联动机床是通过XYZ三轴和ABC其中两个轴相互配合完成的，一般情况下，规定Z轴需要和主轴平行，其中离工作台距离远的作为正，X轴需要和主切削方向一致，需要确定其主方向，Y轴的方向由右手法则确定，ABC轴的正方向，可依据右手螺旋法则确定。一般五轴机床分三种：
（一）双转台型五轴数控机床
此类机床有两个旋转轴参与工作，一般在立式升降的三轴铣床的基础上增加一个可以旋转、斜切的工作台即可。此类机床在工作的时候，主轴不动，工件夹在工作台上就能够完成加工工作。优点就在于此类机床结构简单，廉价的生产成本。不足的地方就是，此类机床的工作台不易过大，能够承受的载荷较小。因此，双转台型五轴数控机床只适合用于质量轻、体积小的工件加工。
（二）双摆头型五轴数控机床
此类机床的两个旋转轴工作在主轴一侧，使用主轴能够进行旋转的设计，在工作的时候主轴能够旋转一定的角度，能够让球头铣刀工作时避免定点的洗消，可以使刀具保持线性速度进行工作，这样可以使部件的表面质量变得更好。双摆头型五轴数控机床的优点在于主轴的灵动性好，工作台的尺寸也大，适合大型发动机外壳的加工生产。劣势就是主轴结构复杂，刚性差。
（三）摆头转台型五轴数控机床
此类机床的两个旋转轴分别在工作台和主轴上，此类性能在以上两者之间。
五轴联动数控機床和传统机床比较，多出了两个能够旋转的轴，因此能够在工件不运动的情况下，在刀具允许工作的范围内进行对工件的加工工作。五轴联动数控机床适合加工一些复杂的空间曲面工件，高精度的复杂零件。
二、虚拟机床的模型建立
使用仿真软件进行模拟机床的创建，首先根据机床本身以及各个部件进行模型数据的创建，之后使用装配功能将各个部件装配成完整的机床模拟型数据，并创建约束关系，限制其自有程度。之后将各轴部件数据设置成实际机床的初始位置，完成模拟机床的创建。
之后需要完成虚拟机床运动模型的创建。在创建完虚拟机床之后，需要定义其运动模型，确立装配零部件之间的关系，以及各轴的名称、行程等数据信息。
三、后置处理的开发
首先需要通过CNC控制器内部程序进行机床驱动器的建立，CNC控制器具有可编程界面的功能，能够根据现场实际机床模型进行合理的设定，同时还能够显示其运动显示进行设定。在机床进行仿真工作的时候，可以将机床的运动反馈交由MTD来实现。在功能方面来讲，MTD和机床仿真器相差不大，而且CNC控制器也和控制机床类似。对于机床库中的那些机床模型来讲，每个机床都有自己对应的MTD驱动器，如果要创建新的模拟机床，只需要对MTD进行修改就能够满足新模拟机床的要求。
四、仿真机床设计的运行测试
五轴加工中心在创建虚拟机模型和运用模型之后，还需要安装合适的CNC控制器对每一个运用进行控制。在虚拟仿真软件中MTD功能就能够对CNC控制器进行模拟程序的编写。MTD主要通过TCL语言进行程序的编写，而且还可以通过高级编程语言进行其开发工作，MTD可以对特定循环、宏和其他与CNC控制器存在关联的事件但加工环境无法有效支持的功能。
机床设计工作完成之后，需要测试虚拟机床的仿真加工，首先选的铣刀盘零件，进行其仿真加工测试，该零件具有五轴定向加工面、五轴联动加工面、等。使用这个零件进行测试，能够全面的测试机床的各项功能（坐标轴行程超程、机床几何体碰撞、五轴联动转换角度干涉、五轴定向加工退刀）以及实际加工中遇到的危险，这样既能保障生产加工的安全系数也能够提高生产的速度。
五、结语
通过使用虚拟机床的加工，能够直观形象的看到完成的模拟加工过程，还可以对数控程序进行检验，更加快捷的分析出工件的可加工性和工序的合理性，大大的缩短了产品的研发生产的时间，减低了生产的成本并且提高了生产的质量，目前越来越多的制造业需要复杂曲面的加工，零件表面的复杂程度也越来越高，从而在多轴数控加工技术上针对如何提高加工质量以及效率方面的研究对于制造业的发展有重要意义。
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[3]梁铖，刘建群.五轴联动数控技术现状与发展趋势.机械制造[J].2010，48（545）：57.
作者简介：李岩（1988），男，汉族，辽宁锦州人，本科，教师，主要从事数控机床应用方向研究。
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