数控铣床虚拟装配建模及其加工仿真研究.docx

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径学海无涯苦作舟页码：数控铣床虚拟装配建模及其加工仿真研究为有效预防数控加工中机床、刀具、夹具相互之间的干涉碰撞问题通过基于虚拟样机技术的数控机床虚拟装配建模方法确定了数控铣床的虚拟装配体。借助于UG/ISV加工仿真模块建立了数控铣床虚拟加工环境并进行了加工过程仿真。仿真结果证明该虚拟装配建模方法可行加工仿真可有效判断机床工艺系统的相互干涉问题。www.kostech.com.cn0引言数控加工过程中出现机床、刀具、夹具相互碰撞问题的概率虽然小但却是最容易导致加工事故、损坏主轴乃至损坏机床的诱因因此加工碰撞仿真在实际生产中具有重要的现实意义。目前多数商品化CAD/CAM软件不具备机床仿真功能少数独立的机床仿真软件建模功能又十分有限对于结构较复杂的机床和工装夹具装配模型通常都做了简化从而失去了许多有用信息不能真实反映实际加工环境不能进行后续的机床动力学仿真研究。UG/ISV(IntegratedSimulation&Verification)仿真加工模块能很好地解决这些问题。作者基于该仿真模块通过数控机床虚拟装配建模方法建立了数控铣床虚拟装配体介绍了在UG/ISV模块中实现数控加工仿真的方法步骤并成功地实现了数控铣床的加工仿真可为加工过程研究提供数据参考和方法借鉴。1数控机床的虚拟装配建模过程1.1装配模型的信息组成数控机床装配模型的信息组成主要包括：(1)管理信息即与机床零部件管理相关的信息包括机床各构成组件的名称、代号、材料、存储路径等；(2)几何信息即与各组成零件几何实体构造相关的信息包括零件的尺寸大小和零部件的定位信息；(3)拓扑信息一种是有关机床装配结构树的层次结构关系信息另一种是零部件之间的几何配合约束关系信息如贴合(Mate)、对齐(Align)、相切(Tangent)等。这些信息在机床装配过程中逐步建立最终将保存于机床装配体文件中。1.2装配模型树及零部件的标识图1机床装配树组成装配体的零部件内部结构关系可以用具有层次结构的树状图即装配模型树表示如图1所示。零件在装配模型树中用最底层的叶节点表示。机床零部件的标识是装配模型在计算机内存储和检索的关键。零部件的标识和拓扑定位关系可通过图1说明。如图1所示机床由若干个子装配和零件组成各装配零部件为该树的节点。每一节点的拓扑位置可用数组P[i](i=12…n)表示其中n表示该零部件在机床装配模型树中所处的层数P[i]则表示该零部件在第i层节点的标识号。利用这一机制零部件在机床装配模型树中的拓扑位置就可以很方便地确定以达到快速存储和检索的目的。1.3建立数控铣床装配模型建立机床装配模型首先根据机床结构和运动特性准确划分各运动子模块找出目标机床的两条运动链：“工件一机架”运动链和“刀具一机架”运动链旧1。根据这两条运动链找出动力源、传动件和执行件并以此为依据划分出床身、主轴模块、X向进给模块、y向进给模块、z向进给模块、工作台以及这些模块所包含的零部件等。根据运动链上运动传递的先后顺序按照前一级是后一级子装配的原则确定各模块在模型树中的层次和位置进而绘出机床装配模型树(图1)。然后根据自底向上的装配原则先进行各子装配体的装配由底层子装配体和相关零件组装成上一层子装配这样逐层即可建立机床总装配模型。机床装配模型和机床零件文件应保存到默认的文件夹＄UGⅡ_BASE-DIR＼MACH＼resource＼library、machine＼graphics中。作者以北京第一机床厂的XKA713B/E型立式数控铣床为对象对该机床进行结构分析按照前述建模方法找出两条运动链：(1)刀具(TOOL)→主轴(SPINDLE)→Z向进给模块(Z_BASE)→机座(MACHINE_BASE)(2)工件夹具装配模型(SETUP)→X向进给模块(X_SLIDE)→Y向进给模块(Y_SLIDE)→机座(MACHINE_BASE)图2机床装配模型参考这两条运动链绘出装配模型树在UG软件中建立了机床装配模型如图2所示。2数控铣床加工过程仿真2.1UG/ISV机床仿真模块简介UG/ISV是UG软件中用来进行机床加工过程仿真的集成化模块。其主要功能是对用户建立的2-5轴虚拟机床进行加工过程仿真。用户可以建立任意复杂的逼近真实的机床装配模型、刀具装配模型可以按工艺要求建立符合实际工件尺寸、装夹位姿的零件夹具装配模型从而建立起与实际加工环境相一致的虚拟机床加工周边环境。借助仿真可以预先检查出刀具与夹具、压板刀具与工作台主轴与夹具、压板等的干涉碰撞问题。2.2建立数控铣床虚拟加工环境数控机床加工环境由机床模型、刀具模型和工件、夹具装配模型及