机床运动仿真
一、前言
计算机仿真技术就应用计算机对系统的数学模型求解，以研究实际系统运行的性能的技术，由于计算机仿真是应用计算机中的数学模型做实验，与用实物做实验比较，具有经济、安全、实验周期短等特点。
机床制造业是其它机械加工行业的基础行业，机床做为其它机械产品制造的基础、其作为"母机"作用的重要性是鲜而易见的。在机床的设计制造过程中引进仿真技术可以大大缩短机床的研发周期、降低机床的研发成本、提高机床的可靠性。
本文通过对一简化机床从建立模型、装配、到机床运动仿真、分析的全过程，简述了仿真技术在机床行业机床设计过程中的应用。
二、机床建模、装配、仿真、分析
2.1机床设计目标确定：
假设该机床要实现螺纹加工的功能
2.2设计目标分析
机床要实现螺纹加工，就要求，机床的主运动部分和工件进给部分有一个确定的传动关系，
1(主轴)×U×T1 = S
U--从主轴到丝杠的总传动比；
T1--机床丝杠的导程（例如：CA6140型机床的T1=12mm）；
S--被加工螺纹的导程；
1(主轴)--主轴转动一转。
由上式可知，改变U就能加工出不同的螺纹。
最终由以上公式把机床模型简化为：
齿轮组、蜗轮蜗杆传动组、齿轮齿条传动组；
其中数U由齿轮组实现；
参数T1由蜗轮蜗杆传动组、齿轮齿条传动组共同实现，也可由丝杠螺母组实现，本文采用前者。
软件选择：Pro/ENGINEER,Pro/Mechanism
Pro/ENGINEER作为一款集成了CAD/CAM/CAE/PDM的工程软件，其三维建模能力很强，而其中的Mechanism模块又具有运动/动力学仿真、动态、静态、力平衡等多种仿真、分析功能，并且Mechanism提供了各种机构配合方式，能够进
行连杆机构，凸轮机构、齿轮机构、齿轮系、螺旋机构、多种复合机构等进行仿真、分析。
2.3设计
2.3.1建模
用Pro/E中的"从方程"方法应用渐开线方程实现齿轮齿型轮廓的建模
正齿轮设计的渐开线方程为：
将其转化为Pro/E中的关系式为：
r=DB/2
theta=t×45
x=r*cos(theta)+sin(theta)*theta*pi/180
x=r*sin(theta)-cos(theta)*theta*pi/180
z=0
由以上公式在Pro/E中就可建立出一般正齿轮模型：
在建立了模型之后可以应用Pro/E中参数设计功能为齿轮各个尺寸参数建立"关系"，样就可由一个齿轮实现相同类型、不同尺寸齿轮的建模了。与之配合的正齿轮，只需修改一下"参数"中的数值就可完成建模。
蜗轮、蜗杆、齿条的建模方法和步骤与正齿轮建模基本相同，仅仅是蜗轮、蜗杆、齿条所用的齿廓方程与正齿轮不同而已。
蜗轮的齿廓方程为：
r=D5/2
theta=t*45
x=r*cos(theta)+sin(theta)*theta*pi/180
x=r*sin(theta)-cos(theta)*theta*pi/180
z=m*q/2
蜗杆的齿廓方程为：
1）螺线方程：
r=m*q/2
theta=t*tx*360
z=-t*la
2）渐开线方程：
r=D4/2
theta=t*60
x=r*cos(theta)+sin(theta)*theta*pi/180
x=r*sin(theta)-cos(theta)*theta*pi/180
z=0
齿条的剖面为一连续的梯形，建模较简单，无须方程。
就此实现了机床各个功能部件的建模。
2.3.2装配、仿真、分析
首先在Pro/E的装配模块中对机构进行组装然后转入Pro/Mechanism中进行仿真分析，由于机构比较复杂、可能出现的错误比较多，所以采用部分装配再仿真、分析，仿真、分析数据正确后再加入新部件，再分析、仿真的方法逐渐由部分到整体的实现机床模型的正确建立。
在Pro/Mechanism中可进行的分析测量的量有：位置、速度、加速度、连接反作用、净负荷、冲力。
在Pro/Mechanism中测量对模型各种运动参数进行测量，假如不符合要求，则重新建立模型，再次进行仿真、分析，直至模型达到设计要求为止。
由仿真、分析结果进行改进再仿真，直至达到设计要求，接着进行各部分功能细化，机床样机最终定型。
三、结论
本文借助Pro/E实现了对简化机床从建立模型、装配到仿真分析的全过程，最终实现了对机床样机的设计。借助像Pro/E这样的三维CAD软件和仿真技术，大大缩短了新产品设计的周期；而且通过对数字化模型的分析可以提早发现产品的缺陷并加以修改，达到了优化设计的目的；直接在数字化模型上进行各种运动及材料特性的仿真分析而不用投入大量的力、财力进行产品试制，有效节约了生产成本。应用仿真技术对机床行业，及各个机械行业都是大有裨益的。
发布时间：2006-11-27
?相关主题关键字:
?机床
?仿真
?theta
?分析
数控机床三维建模与设计I 数控机床三维建模与设计 摘要 数控车床是装有数字程序控制系统的自动化车床。其通过数字化信号由伺服系统对机床运动及加工过程进行控制，最终实现车床自动完成对零件的加工。与其他控制相比，数控的最大特点是运动的执行与程序的编制相互独立。其集中了自动化机床、精密机床和通用机床的优点，具有高效率、高质量和高柔性的特点。 计算机建模技术将机械设计的参数化应用于数控机床的设计与研究，以提高机床产品的质量，加快数控机床的更新换代。在传统机械设计的基础上，使用功能强大的Pro/e 工程建模软件建立数控机床主轴部件的实体模型，并模拟机床主轴部件的装配过程、主传动、换刀运动等过程，使设计者在制造样机之前，及时发现设计过程中潜在的缺陷，为下一步的设计提供良好的条件。 关键字：计算机建模，参数化，数控机床，主轴部件，装配过程，主传动，换刀运动
陕西科技大学毕业设计说明书II NUMERICAL CONTROL MACHINE THREE DIMENSIONAL MODELLING AND DESIGN ABSTRACT Numerical control (NC) lathe is an automatic lathe that installed numerical program control system. It transmits numerical signal to control the machine tool’s movement and machining process by servo system, eventually realizes that it automatically completes to processing of parts. With NC’s biggest characteristics that other control compare, Discharge movement and program mutually independent. It collects the advantages of automatic machine tools, precise machine tools and general purpose machine tools, having the characters of high-efficiency, high-quality and high-flexibility. The calculator is set up the mold technique to turn the parameter that the machine design to apply in the design and researches that the number control the tool machine, with the quantity of the exaltation tool machine product, the renewal that speeds number to control the tool machine changes the generation. On the foundation that the traditional machine design, the strong engineering of Pro/ e of the usage function sets up the entity model that the mold software builds up number to control the tool machine principal axis parts, and imitate the assemble process, lord of the tool machine principal axis parts to spread to move, change the knife the sport etc. process, make design is before make the kind machine, discovering to design the process in time in the latent blemish, provide the good condition for the design of the next move. KEYWORDS: Computer modelling，Parametrization，Numerical control machine，Main axle part，Assembly process，Master drive，The knife movement trading
数控车床编程加工模拟仿真实验指导书 一、实验目的 1.了解数控车床编程仿真软件。 2.利用仿真软件，学习数控车床的编程加工仿真过程，为实际FANUC 0 i—TC数控车床操作加工打下良好基础。 3.能够对给出零件图进行模拟仿真编程加工。 二、实验设备 计算机、宇龙数控仿真软件 三、预习与参考 1.数控车床的加工特点 数控车床是数字程序控制车床（CNC 车床）的简称，它集通用性好的万能型车床、加工精度高的精密型车床和加工效率高的专用型普通车床的特点于一身，是国内使用量最大、覆盖面最广的机床之一。 数控车床主要用于轴类和盘类回转体零件的加工，能够自动完成内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、螺纹等工序的切削加工，并能进行切槽、钻、扩、铰孔和各种回转曲面的加工。数控车床具有加工效率高，精度稳定性好，加工灵活、操作劳动强度低等特点，特别适用手复杂形状的零件或中、小批量零件的加工。 2.车床原点、车床参考点、程序原点 车床原点又称机械原点，它是车床坐标系的原点。该点是车床上的一个固定点，是车床制造商设置在车床上的一个物理位置，通常不允许用户改变。车床原点是工件坐标系、车床参考点的基准点。车床的机床原点为主轴旋转中心与卡盘后端面的点。 车床参考点是机床制造商在机床上用行程开关设置的一个物理位置，与机床原点的相对位置是固定的，车床出厂之前由机床制造商精密测量确定。 程序原点是编程员在数控编程过程中定义在工件上的几何基准点，有时也称为工件原点，是由编程人员根据情况自行选择的。 3. FANUC 0 i—TC车床面板操作说明
按钮名称功能说明 进给倍率调节进给倍率，调节范围为0~150%。置光标于旋钮上，点击鼠标左键，旋钮逆时针转动，点击鼠标右键，旋 钮顺时针转动。 单段将此按钮按下后，运行程序时每次执行一条数控指令。空运行进入空运行模式 跳段当此按钮按下时，程序中的“/”有效。 机床锁住机床锁住 尾架暂不支持 回零进入回零模式，机床必须首先执行回零操作，然后才 可以运行。 手轮倍率X1、X10、X100分别代表移动量为0.001mm、0.01mm、 0.1mm。 轴选择手轮方式时按下表示手轮移动Z轴，否则表示手轮移 动X轴 复位机床复位 主轴倍率每按一次主轴转速减少10%，每按一次主轴转速增加10%，按主轴转速恢复为100% 机床移动手动方式下-X/+X/-Z/+Z方向移动机床 快速移动手动方式下配合-X/+X/-Z/+Z方向快速移动机床自动进入自动加工模式。 编辑进入编辑模式，用于直接通过操作面板输入数控程序 和编辑程序。 MDI 进入MDI模式，手动输入指令并执行。 JOG 手动方式，连续移动。 手摇进入手轮模式 主轴控制主轴正转/停止/反转 循环启动程序运行开始，系统处于自动运行或“MDI”位置时按下有效，其余模式下使用无效。 停止运行程序运行停止，在程序运行过程中，按下此按钮运行暂停，再按循环启动从头开始执行。 系统开关系统启动、系统停止紧急停止紧急停止 手轮将光标移至此旋钮上后，通过点击鼠标的左键或右键 来转动手轮。
南京斯沃 斯沃数控机床调试与维修仿真软件说明书 南京斯沃软件技术有限公司 2009/07版本
前言 南京斯沃软件技术有限公司是一支专业从事可视化软件开发的队伍。主要提供CAD/CAM、数控仿真的推广和应用。面向企业的新产品开发和创新设计，提供贴近用户个性化需求的产品整体设计、技术咨询。根据客户要求进行专业CAD/CAM的软件开发，以及数控系统、面板仿真的开发，缩短新产品研发周期，降低改型设计开发成本，提高产品设计质量。 随着数控机床的广泛使用，数控机床维修技术人才的需求已迫在眉睫，庞大的市场需求与掌握专业技能人才的奇缺使得数控维修工程师更是“一将难求”。南京斯沃软件技术有限公司为配合学校培养该专业人才，开发出数控机床调试与维修仿真软件(以下简称维修仿真软件)。该软件是以数控机床电气及多年从事数控维修教学教授、专家的教学经验，利用计算机三维虚拟现实技术、将数控机床结构、电气元器件布局调试以及故障排查过程等通过微机活灵活现地显示出来。数控维修软件适合本科、高职、高专、技校等不同层次人才培养的需求，适用于数控技术、机电一体化、数控设备与维修、自动控制、工业自动化等相关专业，是国内第一款专业化程度非常高的维修仿真软件。 斯沃维修仿真软件直观、安全、易学易用、上手快、经济性好。通过本软件可以学到数控机床的电气安装、数控系统参数调试、交流
伺服参数调试、变频器参数调试、数控机床故障诊断与维修技术以及PLC编程等专业技术。同时本软件可以丰富教师的教学手段、提高学生的学习兴趣，增强学生的实际动手能力，无疑是投资少、见效快的必选软件。 南京斯沃软件技术有限公司 2009年7月 3 / 55
机床运动仿真 一、前言 计算机仿真技术就应用计算机对系统的数学模型求解，以研究实际系统运行的性能的技术，由于计算机仿真是应用计算机中的数学模型做实验，与用实物做实验比较，具有经济、安全、实验周期短等特点。 机床制造业是其它机械加工行业的基础行业，机床做为其它机械产品制造的基础、其作为"母机"作用的重要性是鲜而易见的。在机床的设计制造过程中引进仿真技术可以大大缩短机床的研发周期、降低机床的研发成本、提高机床的可靠性。 本文通过对一简化机床从建立模型、装配、到机床运动仿真、分析的全过程，简述了仿真技术在机床行业机床设计过程中的应用。 二、机床建模、装配、仿真、分析 2.1机床设计目标确定： 假设该机床要实现螺纹加工的功能 2.2设计目标分析 机床要实现螺纹加工，就要求，机床的主运动部分和工件进给部分有一个确定的传动关系， 1(主轴)×U×T1 = S U--从主轴到丝杠的总传动比； T1--机床丝杠的导程（例如：CA6140型机床的T1=12mm）； S--被加工螺纹的导程； 1(主轴)--主轴转动一转。 由上式可知，改变U就能加工出不同的螺纹。 最终由以上公式把机床模型简化为： 齿轮组、蜗轮蜗杆传动组、齿轮齿条传动组； 其中数U由齿轮组实现； 参数T1由蜗轮蜗杆传动组、齿轮齿条传动组共同实现，也可由丝杠螺母组实现，本文采用前者。 软件选择：Pro/ENGINEER,Pro/Mechanism Pro/ENGINEER作为一款集成了CAD/CAM/CAE/PDM的工程软件，其三维建模能力很强，而其中的Mechanism模块又具有运动/动力学仿真、动态、静态、力平衡等多种仿真、分析功能，并且Mechanism提供了各种机构配合方式，能够进
共享知识分享快乐 南京斯沃 斯沃数控机床调试与维修仿真 软件说明书 南京斯沃软件技术有限公司 2009/07版本
前言 南京斯沃软件技术有限公司是一支专业从事可视化软件开发的队伍。主要提供CAD/CAM、数控仿真的推广和应用。面向企业的新产品开发和创新设计，提供贴近用户个性化需求的产品整体设计、技术咨询。根据客户要求进行专业CAD/CAM的软件开发，以及数控系统、面板仿真的开发，缩短新产品研发周期，降低改型设计开发成本，提高产品设计质量。 随着数控机床的广泛使用，数控机床维修技术人才的需求已迫在眉睫，庞大的市场需求与掌握专业技能人才的奇缺使得数控维修工程师更是“一将难求”。南京斯沃软件技术有限公司为配合学校培养该专业人才，开发出数控机床调试与维修仿真软件(以下简称维修仿真软件)。该软件是以数控机床电气及多年从事数控维修教学教授、专家的教学经验，利用计算机三维虚拟现实技术、将数控机床结构、电气元器件布局调试以及故障排查过程等通过微机活灵活现地显示出来。数控维修软件适合本科、高职、高专、技校等不同层次人才培养的需求，适用于数控技术、机电一体化、数控设备与维修、自动控制、工业自动化等相关专业，是国内第一款专业化程度非常高的维修仿真软件。 斯沃维修仿真软件直观、安全、易学易用、上手快、经济性好。通过本软件可以学到数控机床的电气安装、数控系统参数调试、交流
伺服参数调试、变频器参数调试、数控机床故障诊断与维修技术以及PLC编程等专业技术。同时本软件可以丰富教师的教学手段、提高学生的学习兴趣，增强学生的实际动手能力，无疑是投资少、见效快的必选软件。 南京斯沃软件技术有限公司 2009年7月
五轴机床分类运动学建模及后置处理验证# 章鸿 (四川信息职业技术学院，四川广元628017) 摘要：针对常见的三大类型正交结构的五轴机床，根据齐次坐标变换和运动链关系，推导建立了双转台型、摆头转台型、双摆头型五轴机床的运动学模型。根据矩阵方程的逆解，确定了 轴的旋转角 度取值范围，基于UG-post开发了后置处理器，在U G环境中以凹球面为例，生成5轴铣削刀路，型五轴机床的实际加工验证了后置处理算法的正确性和有效性。 关键词：五轴机床;运动学建模;后置处理;UG/NX;刀路轨迹 中图分类号:TH16 文献标识码:B DOI：10.19287/https://www.doczj.com/doc/1a1924048.html,ki.1005-2402. 2019. 04. 036 数控技术N C T e c h n o l o g y________________________________________2019年細 Kinematics modeling and post-processing verification of five-axis machine tool Z H A N G Hong (Sichuan Vocational College of Information Technology,Guangyuan 628017, C H N) Abstract：According t o the homogeneous coordinate transformation and the kinematic chain relation,the kinematics model of the double table-tilting five-axis machine (T A T C)i s established,so as t o the spindle-tilting machine (S C S A)and the hybrid-type machine (S A T C)tool i s deduced for the common orthogonal structure.According t o the inverse matrix equation,the range of rotation angle of A and C axis i s deter- mined.Based on U G-post,a post-processor i s developed for machining in t h i s paper.Within U G envi- ronment,the 5-axis milling t ool path and the actual machining of a concave spherical surface part on an AC five-axis machine verifies the correctness of the post-processing algorithm. Keywords：five-axis machine；kinematics modeling；post-processing；U G/N X；t ool path 五轴联动机床在航空发动机叶轮，螺旋桨叶片整 体铣削，复杂曲面加工，模具开发等重要领域发挥着 不可替代的优势，因其特殊的机床结构，灵活的工作 空间和对刀具姿态的控制，使其在智能制造、产品定 制和军工生产占有核心地位。仅正交类型五轴机床 有十几种结构形式，每种机床结构的加工特点各不相 同，而后置处理与机床的运动学方程有着直接的映射 关系[1]。 文献[2]重点研究了双转台五轴机床坐标系和 工件坐标系的转换方程，建立了机床运动学方程，重 点关注后处理过程的转角和坐标转换公式，其开发了 后处理程序，但缺少实际加工验证。文献[3]主要针 对一种非正交结构的转台五轴机床，研究了机床 的运动学方程，在V E R I C U T软件环境中完成了仿真 验证，对运动学建模的原则方法有启发作用。文献[4]研究了机床坐标运动变换，同样是完成了仿真分 *析，缺少实际加工。文献[5]用齐次坐标变换和正向 运动学分析得到通用五轴机床结构的形状创成函数，通过形状创成函数得到五轴数控数据完整的表达式。相对而言，此模型的矩阵函数晦涩难懂。文献[6]以型五轴机床运动方程为例，探讨后置处理误差补 偿算法，融入到后置处理开发中，考虑的误差补偿类 型比较全面。 现代五轴机床的发展趋势，除了由运动学方程建 立后置处理程序算法，还需要考虑在后置处理开发过 程中旋转轴的转角问题，以避免奇异性[7_1()]。根据正 交结构的五轴机床的分类，将五轴机床主要分为三大 类，分别建立其运动学方程，并推导刀位点和刀具矢量 的坐标转换关系。基于UG-post开发了后处理程序，在U G环境中生成了刀具路径并完成了仿真，最后在 一台型五轴加工中心上实际加工，验证了运动学 模型及后处理算法程序的正确性。 *教育部教育管理信息中心（JYB-EMIC-15011);四川省教育厅资助资金（17ZB0387)? 180 ?
五轴联动数控机床技术现状与发展趋势 摘要：介绍五轴联动数控机床在工业加工中的优势和重要性，从国内、国外两个方面阐述目前五轴联动数控机床发展的现状，最后从目前机床工业发展动态出发展望五轴联动数控机床的发展趋势。 关键词：五轴联动数控机床技术现状发展趋势 一、简介 五轴联动数控机床是一种科技含量高、精密度高专门用于加工复杂曲面的机床，这种机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业有着举足轻重的影响力。目前，五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段。 二、国内外研究现状 陈则仕，张秋菊2005年提出一种五轴联动机器人运动学建模与仿真研究，探讨在VC ＋＋6．0集成编程环境下，调用OpenGL实现机器人的建模与仿真。对一种五轴联动机器人首先建立几何模型，对其正逆运动学问题进行分析求解，然后建立友好人机交互界面，对机器人示教再现过程进行模拟，最终实现让机器人走空间直线路径的轨迹规划仿真。该方法为五轴联动机器人研究开辟新的道路，为五轴联动机器人的实用化做好理论实践经验。 赵世田，孙殿柱，孙肖霞2006年提出基于UG／POST五轴联动加工中心专用后置处理器的研发，通过结舍UG／Post Builder后置处理器开发工具和上述后置处理算法，开发了该机床的专用后置处理器，并通过试验进一步验证了该后置处理器的正确性和实用性。 德国兹默曼公司2007年开发出FZ25龙门铣床，标志着Zimmermann（兹默曼）公司再次扩展了其高度专业化的五轴联动HSC龙门铣床的应用范围。FZ 25非常适合大工件的干式切削，尤其是轻型的复合材料的加工，例如碳纤维和玻璃纤维强化塑料、环氧树脂、亚安酯、聚苯乙稀等。 杜玉湘，陆启建，刘明灯2007年提出五轴联动数控机床的结构和应用，介绍了五轴联动数控机床的几种结构及其特点和发展趋势；阐述了几种五轴联动机床加工的加工造型、编程(CAD／CAM系统)及其优缺点；详细描述了五轴联动数控机床对数控系统的要求及四开公司五轴联动数控系统的关键参数；列举了四开公司历年来参展的五轴联动数控机床及现场加工工件的情况。 燕红波，杨庆东，刘芳在2007年提出五轴联动的数控加工技术的研究及应用，五轴联动加工以其高柔性,高复合性,优良的切削位置姿态赢得越来越多用户的青睐,但编程的抽象和操作的复杂已经成为提高数控加工技术的一大瓶颈问题.本文介绍了多轴联动数控加工中心的结构模型,提出了基于典型的CAD/CAM软件UG的多轴后处理方法和加工实例,并对某一新型的五轴联动机床阐述了其各轴的坐标变换关系,开发了后处理系统,为多轴联动加工方案的制定提供了参考。 李培楠，郭锐锋，黄艳等在2008年提出四元数五轴联动插补算法的研究，设计一种基于四元数五轴联动的插补算法，不仅简化了插补计算量，同时能够使刀具从一点平稳的运动到另一点，而且插补的轨迹更光滑连续．文章引入四元数理论，重点研究了四元数在构造数学模型和运动变换中的应用，并在Matlab中成功的进行了仿真．实验结果表明了该算法的可行性。四元数是最简单的超复数，那可不可以引入其他元数理论，产生的效果将会是怎么样呢？ 刘士玉,徐树洛在2008年提出五轴联动龙门加工中心现状与发展探讨，通过对五轴联动龙门加工中心现状的分析，总结了机床总体结构特点，找出了国内外机床在技术上的差距。
斯沃数控机床调试与维修仿真软件说明书
南京斯沃 斯沃数控机床调试与维修仿真软件说明书
操作编程软件斯沃数控仿真软件概述 南京斯沃软件技术有限公司 2009/07版本
前言 南京斯沃软件技术有限公司是一支专业从事可视化软件开发的队伍。主要提供CAD/CAM、数控仿真的推广和应用。面向企业的新产品开发和创新设计，提供贴近用户个性化需求的产品整体设计、技术咨询。根据客户要求进行专业CAD/CAM的软件开发，以及数控系统、面板仿真的开发，缩短新产品研发周期，降低改型设计开发成本，提高产品设计质量。 随着数控机床的广泛使用，数控机床维修技术人才的需求已迫在眉睫，庞大的市场需求与掌握专业技能人才的奇缺使得数控维修工程师更是“一将难求”。南京斯沃软件技术有限公司为配合学校培养该专业人才，开发出数控机床调试与维修仿真软件(以下简称维修仿真软件)。该软件是以数控机床电气及多年从事数控维修教学教授、专家的教学经验，利用计算机三维虚拟现实技术、将数控机床结构、电气元器件布局调试以及故障排查过程等通过微机活灵活现地显示出来。数控维修软件适合本科、高职、高专、技校等不同层次人才培养的需求，适用于数控技术、机电一体化、数控设备与维修、自动控制、工业自动化等相关专业，是国内第一款专业化程度非常高的维修仿真软件。 斯沃维修仿真软件直观、安全、易学易用、上手快、经济性好。通过本软件可以学到数控机床的电气安装、数控系统参数调试、交流
伺服参数调试、变频器参数调试、数控机床故障诊断与维修技术以及PLC编程等专业技术。同时本软件可以丰富教师的教学手段、提高学生的学习兴趣，增强学生的实际动手能力，无疑是投资少、见效快的必选软件。 南京斯沃软件技术有限公司 2009年7月
产品需求及技术规范 一、建设目标： 项目建成后，为数控技术专业提供现代化数控技术类专业的学习平台、学生学习数控机床操作的实训仿真平台和考核平台，建成后将达到以下应用目标： 1、建立数控技术专业教学仿真实训软件平台，该平台能完成数控机床仿真实训操作； 2、建设一个资源丰富的专业教学学习平台； 3、建设一个能完成学生课程考核系统平台； 4、建设一个能管理学生教学过程的管理平台。 二、项目组成 项目主要包括三个部分：数控技术专业教学仿真实训软件平台建设、数控机床仿真终端设备开发集成系统、仿真平台教学资源开发。 （一）数控技术专业仿真实训软件平台建设 系统平台建设主要包括：实训系统开发和考核系统开发等。 （二）数控机床仿真终端设备开发集成 数控机床仿真终端设备主要包括：基于安卓系统的平板触摸式仿真数控机床终端操作面板的开发。 （三）仿真平台教学资源开发 开发基于工作过程的课程教材，适用于虚拟仿真平台的教学使用；开发基于网页的教学学习资源。 三、系统功能需求说明 （一）数控技术专业仿真实训软件平台包括5部分：工厂及车间虚拟场景系统、数控机床虚拟仿真系统、教学考核系统、积分管理系统、管理功能。各子系统的主要功能如下： （1）工厂及车间虚拟场景系统 能提供工厂厂区平面图； 能在制作的工厂环境中漫游； 工厂由若干个车间组成，每个车间大小可以定制； 能在制作的车间环境中漫游，能在车间虚拟环境中完成着装、领取工具、刀
具、量具等职业行为动作。 漫游中提供多个人物角色，分男和女，各种人物角色有不同形象。 车间环境是小组团队实训学习的虚拟实训环境，在该环境中，有完整清晰的标示线，指明各个区域的作用，并在各个区域中完成相关职业活动学习任务、实训任务和实际的工作任务； 车间虚拟环境中能在规定区域中由教师或者学生自由摆放数控机床、钻床等设备和工具车、材料车等辅助设备； 车间虚拟环境提供的设备种类包括：数控车床、数控铣床（3轴）；提供是辅助设备包括：工具车、材料车、钳工台。 提供进入其他模块的入口功能。 （2）数控机床虚拟仿真系统 能完成以下系统的仿真操作功能： a、加工中心：华中22m、法那科oi MD b、数控车床：华中世纪星、广数系统； 能完成刀具选择，毛坯选择和装夹功能； 能完成程序仿真； 能完成零件的仿真加工； 能完成加工产品的测量； 能完成加工产品测量数据的填写，并能发回服务器提供给老师，并能通过系统进行自动评分； 能独立完成数控车床、数控铣床学习任务； 能采用团队合作的方式完成数控车铣复合学习任务； 提供任务导向的教学工作任务； （3）教学考核系统 能提供理论考核和实训考核； 能提供理论试题录入功能； 能提供实训任务录入功能，并提供工艺表书写功能； 能自动组卷，并通过网络的方式传递到每个学生界面； 能自动阅卷和手工阅卷模式； 能自动将成绩录入；
五轴数控机床的动态特性测定和调整方法 摘要：五轴机床对机床装备制造业意义非凡，RTCP功能是衡量五轴机床性能的重要指标。在执行RTCP过程中，由于旋转轴的加入，需要对直线轴进行非线性补偿，因此旋转轴和直线轴的伺服动态特性需要进行测定和调整，才能保证加工动态精度。本文对RTCP原理进行了简单介绍，设计了一种五轴动态精度测定算法，通过该算法对五轴机床的5个伺服轴特性进行了强弱排序，从而对伺服参数进行优化和调整。以五轴叶轮加工为例，将伺服参数调整前后所加工的叶轮的加工质量进行对比，证明该方法取得了较好的效果。 关键字：RTCP；五轴动态精度；伺服不匹配度 Abstract: Five-axis machine is significant for tool equipment manufacturing industry, and the function of RTCP is a very important reference to evaluate the performance of a five-axis machine tool. During the process with the RTCP function turning on, it needs a nonlinear position compensation for the linear axes because of the rotary axes, so the ability of servo following of the linear axes and rotary axes is required to guarantee the processing dynamic precision. In this paper, the principle of RTCP is introduced and a kind of five-axis dynamic precision measurement algorithm is designed. According to the algorithm ,the five axes are ordered, which helps to optimize and adjust the servo parameters . Taking five axis impeller machining as an example, the machining quality of the impellersis compared before and after the adjustment of the servo parameters, and it shows that the better results are obtained. Keywords: RTCP; five-axis dynamic precision; servo dismatching degree 五轴数控机床比原有的三轴数控机床拥有更多优点，如加工复杂曲面、减少加工工序从而提高加工效率。但是由于旋转轴的存在，在执行RTCP过程中，旋转轴和直线轴会进行非线性运动，因此需要对五轴机床的动态特性进行控制，其动态精度成为影响加工精度的主要原因之一。五轴数控机床动态精度主要源于伺服系统加减速响应性能、零件受力变形、刀具振动、主轴转速、机床进给大小等]1[。按照常规的伺服匹配测定方法无法准确对直线轴和旋转轴进匹配，五轴动态精度测定方法以RTCP功能特性为基础，建立直线轴和旋转轴联动模型，通过测定后的结果为依据，来调整五轴数控机床的伺服参数，使伺服系统达到更好的状态，从而提高五轴联动数控机床的动态精度，提高机床的加工精度。 1.RTCP原理介绍 RTCP是Rotation Around Tool Center Point的英文缩写，即图1中刀具中心点编程。启用RTCP，控制系统会自动计算并保持刀 具中心始终在编程的XYZ位置上，刀具中心 始终在编程坐标系中，转动坐标每个运动都 会被编程坐标系XYZ的直线位移所补偿]2[。 使用RTCP，可以直接编程刀具中心的轨迹， 而不用考虑五轴机床结构参数，大大简化了 五轴工艺编程和提高了加精度。 2.RTCP动态精度测定原理 在三坐标机床中，经常采用圆度测试 来检测任意直线轴间的动态特性是否匹配，但在五坐标机床运动过程中，由于旋转轴的加入，必须在每个插补点对旋转轴运动而带来的直线轴偏差进行非线性补偿，因此也必须对旋转轴和直线轴间的动态特性进行伺服匹配。由于旋转轴和直线轴的控制单位不一样，不能像直线轴那样直接采用圆度测试，采用本方法，可以对五个轴的动态特性进行测试和排序，从而为伺服参数调整提供依据。 * 基金项目:“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项课题（2012ZX04001-012)
精品文档 南京斯沃 斯沃数控机床调试与维修仿真软件说明书 南京斯沃软件技术有限公司 2009/07版本
前言 南京斯沃软件技术有限公司是一支专业从事可视化软件开发的队伍。主要提供CAD/CAM、数控仿真的推广和应用。面向企业的新产品开发和创新设计，提供贴近用户个性化需求的产品整体设计、技术咨询。根据客户要求进行专业CAD/CAM的软件开发，以及数控系统、面板仿真的开发，缩短新产品研发周期，降低改型设计开发成本，提高产品设计质量。 随着数控机床的广泛使用，数控机床维修技术人才的需求已迫在眉睫，庞大的市场需求与掌握专业技能人才的奇缺使得数控维修工程师更是“一将难求”。南京斯沃软件技术有限公司为配合学校培养该专业人才，开发出数控机床调试与维修仿真软件(以下简称维修仿真软件)。该软件是以数控机床电气及多年从事数控维修教学教授、专家的教学经验，利用计算机三维虚拟现实技术、将数控机床结构、电气元器件布局调试以及故障排查过程等通过微机活灵活现地显示出来。数控维修软件适合本科、高职、高专、技校等不同层次人才培养的需求，适用于数控技术、机电一体化、数控设备与维修、自动控制、工业自动化等相关专业，是国内第一款专业化程度非常高的维修仿真软件。 斯沃维修仿真软件直观、安全、易学易用、上手快、经济性好。通过本软件可以学到数控机床的电气安装、数控系统参数调试、交流
伺服参数调试、变频器参数调试、数控机床故障诊断与维修技术以及PLC编程等专业技术。同时本软件可以丰富教师的教学手段、提高学生的学习兴趣，增强学生的实际动手能力，无疑是投资少、见效快的必选软件。 南京斯沃软件技术有限公司 2009年7月
基于D-H模型的机器人运动学参数标定方法 摘要：通用机器人视觉检测站中的机器人是整个测量系统中产生误差的最主要环节，而机器人的连杆参数误差又是影响其绝对定位精度的最主要因素。借助高精度且可以实现绝对坐标测量的先进测量设备——激光跟踪仪，及其功能强大的CAM2 Measure 4.0配套软件，并利用串联六自由度机器人运动的约束条件，重新构建起D-H模型坐标系，进而对运动学参数进行修正，获得关节变量与末端法兰盘中心位置在基坐标系下的准确映射关系，以提高机器人的绝对定位精度，最后通过进一步验证，证明取得了较为理想的标定结果。 关键词：视觉检测站；工业机器人；绝对定位精度；激光跟踪仪；D-H模型； Robot kinematic parameters calibration based on D-H model Wang Yi (State key laboratory of precision measuring technology and instruments, Tianjin University, 300072,China) Abstract：Robot for universal robot visual measurement station is the most primary part causing errors in the entire system and link parameter errors of industrial robot have a great influence on accuracy. Employing laser tracker, which can offer highly accurate measurement and implement ADM (absolute distance measurement), as well as relevant software, making use of movement constrain of series-wound six-degree robot, D-H model coordinates were rebuilt. Accordingly, kinematic parameters were modified, and precise mapping from joint variables to the center of the end-effector in base coordinate was obtained and accuracy got improved. At last, result is proved acceptable by validation. Keywords: visual measurement station; industrial robot; accuracy; laser tracker; D-H model; 引言：随着立体视觉技术的不断完善与发展，利用机器人的柔性特点，发展基于立体视觉的通用测量机器人三维测试技术逐渐成为各大机器人生产厂家非常重视的市场领域。机器人的运动精度对于工业机器人在生产中的应用可靠性起着至关重要的作用。机器人各连杆的几何参数误差是造成机器人系统误差的主要环节，它主要是由于制造和安装过程中产生的连杆实际几何参数与理论参数值之间的偏差造成的。通常，机器人以示教再现的方式工作，轨迹设定好之后，只在某些固定点之间运动，这种需求使得机器人的重复性精度被设计得很高，可以达到0.1毫米以下，但是绝对定位精度很差，可以到2、3毫米，甚至更大[1]。常见的标定方法可分为三类：一、建立微分运动学模型，然后借助标定工具测量一定数目的机器人姿态，最后用反向求解的方法得到真实值与名义值之间的偏差[2]。二、使用标定工具获得一系列姿态的数据，然后对数据用线性或非线性迭代求解的方法得到机器人几何参数的修正值[3],[4]。 三、建立机器人运动学模型，用直接测量的方法修正模型参数[5],[6],[7],[8]。最近，世界著名工业机器人生厂商ABB公司运用了莱卡激光跟踪仪以保证其产品的精度。使用激光跟踪仪标定机器人不再需要其它的测量工具，从而也就省去了标定测量工具的繁琐工作；同时，这一方法是对机器人的各个运动学几何参数进行修正，结果会使机器人在整个工作空间内的位姿得到校准，而不会像用迭代求解的方法那样，只是对某些测量姿态进行优化拟合，可能会造成在非测量点处残留比较大的误差；再者，随着机器人的机械磨损，机器人的运动学参数需要重新标定，而激光跟踪仪测量系统配置起来简单，特别适合于工业现场标定。正是鉴于以
数控机床仿真模拟加工实验报告 实验目的 1、熟悉典型数控加工仿真软件——宇龙数控加工仿真软件的特点及其应用； 2、通过软件系统仿真操作和编程模拟加工，进一步熟悉实际数控机床操作，提高编写和调试数控加工程序的能力。 3、了解如何应用数控加工仿真软件进行加工过程预测，以及验证数控加工程序的可靠性、防止干涉和碰撞的发生。 实验基本原理 宇龙数控加工仿真软件是模拟实际数控机床加工环境及其工作状态的计算机仿真加工系统；应用该软件，可以基于虚拟现实技术，模拟实际的数控机床操作和数控加工全过程。本实验在熟悉软件的用户界面及使用方法的基础上，针对典型零件进行机床仿真操作运行和零件数控编程模拟加工，从而预测加工过程，验证数控加工程序的可靠性、防止干涉和碰撞的发生。 实验内容及过程 本实验通过指导老师讲解和自己的实际操作练习，分两个阶段完成实验任务；具体如下： 一、初步熟悉数控加工仿真软件的用户界面及基本使用方法： 通过实际练习，了解应用宇龙数控加工仿真软件系统进行仿真加工操作的基本方法，包括： 如何选择机床类型； 如何定义毛坯、使用夹具、放置零件； 如何选择刀具； FANUC 0i 数控系统的键盘操作方法； 汉川机床厂XH715D加工中心仿真操作方法等。 二、针对汉川机床厂XH715D数控加工中心，应用宇龙数控加工仿真软件对凸轮零件进行机床仿真操作运行和数控编程模拟加工： 凸轮零件图如下所示：
机床仿真操作运行和数控编程模拟加工过程如下： 1、机床开启 启动数控铣系统前必须仔细检查以下各项：1.所有开关应处于非工作的安全位置；2.机床的润滑系统及冷却系统应处于良好的工作状态；3.检查工作台区域有无搁放其他杂物，确保运转畅通。之后打开数控机床的电器总开关，启动数控车床。 2、机床回参考点 启动数控铣系统后，首先应手动操作使机床回参考点。将工作方式旋钮置于“手动”，按下“回参考点”按键，健内指示灯亮之后，按“+X”健及“+Z”键，刀架移动回到机床参考点 3、设置毛坯，并使用夹具放置毛坯 通过三爪卡盘将工件夹紧。 4、选择刀具并安装
多轴机床运动学建模原理探究与运用 第1章绪论 1.1研究背景及意义 自动编程的前置处理部分按照规划的工艺生成包含工件坐标系下刀具位置和姿态等信息的刀位文件,后置处理的主要任务是代码编译和机床各轴运动量求解。机床的运动学模型是实现机床运动求解和控制的基础。同时在机床的进给速度控制、加工精度控制、机床几何误差补偿等方面都要使用机床的运动学模型。 五轴机床一般是在三个平动轴的基础上增加两个转动轴,因此与三轴机床相比,虽然五轴联动加工可以提供丰富的刀具路径规划策略,但五轴机床的运动变得复杂,机床坐标系下无法直观想象刀具相对于工件的运动。同时转动轴和平动轴有多种布置方式,所以五轴机床的结构也变得多样。因此寻求一种具有通用性、可移植性及程式化的五轴机床运动学建模方法,并能够应用到机床的设计、分析、装配、控制及制造等过程中,对五轴机床的幵发研究具有重要的现实意义及应用价值。 1.2国内外研究现状 1.2.1五轴机床运动学建模的研究 五轴机床运动学模型给出了机床各个运动轴的运动量与刀具坐标系和工件坐标系下的刀具位置和姿态表达的关系。在此基础上可以进行后置处理、进给速度控制等工作。国内外学者主要从以下角度出发来描述机床运动学建模过程和方法:机构学、机器人学、多体系统。 五轴机床也可看作一个空间机构,可以采用机构学来描述五轴机床的运动学模型。Takeuchi[3],Lee[4],She[5][6][7],彭芳瑜[8],郑躍默[9],李永桥等学者从机构学角度出发,或者针对具体结构的五轴机床,或者针对结构相似的一类五轴机床这种分类处理的方式,利用齐次坐标变换矩阵表示机床各轴运动,在此基础上建立机床的运动学模型。何耀雄等[11]采用机构学方法对机床的型和结构参数进行了分析和表达,给出了任意结构机床(串联形式)的机构模型综合表达式,结合坐标变换得到了任意结构机床的运动模型表达式。但是机床的机构模型将机床机构分为两条运动链,这就导致建模过程需要区分两条运动链的型数目。同时以上研究均假定机床机构的所有的坐标系均与机床坐标系平行,增加了表示非正交形式运动轴的几何误差等固有误差的难度。 1.2.2五轴机床后置处理及转角求解的研究
设计课程：机电一体化实训 学院： _____________ 职业技术学院 专业： ___________机电一体化技术_______ 年级：2011 级_________ 学生姓名： ____________ 贞丰有你___________ 学号：0226 _______________ 2014年3月15日
数控综合实训 (1) 第1章数控车床仿真加工实例 (2) 第1节数控车床仿真加工零件图 (2) 第2节零件加工工艺分析 (2) 1.2.1设定工件坐标系 (2) 1.2.2刀具选择 (2) 第3节编写数控加工程序 (2) 第4节数控仿真软件的安装运行 (3) 第5节数控仿真加工过程 (4) 1.5.1机床回零 (4) 1.5.2安装零件 (4) 1.5.3装刀具 (5) 1.5.4对刀和设定刀补 (5) 1.5.6输入NC程序 (5) 1.5.7检查运行轨迹 (6) 1.5.8仿真自动加工 (6) 第2章数控铳床仿真加工 (6) 第1节数控铣床仿真加工零件图 (6) 第2节数控铣床加工程序 (6) 第3节零件加工工艺分析 (7) 2.3.1设定工件坐标系 (7) 2.3.2刀具选择 (7) 第4节数控铣床仿真加工 (7) 2.4.1 FANUC 0iM 数控铣床操作面板 (7) 2.4.2铣床回零、工件装夹、刀具选择 (7) 2.4.3数控铣床对刀方法 (7) 2.4.4 仿真加工 (9)
总结 (9)
数控综合实训 幵学第三周，通过前两周的实地实体观察学习，我们初步了解了数控机床、立式加工中心、数控十字工作台和六自由度机械手的结构、组成、运动控制及其作用。 本周老师带领我们来到计算机机房，学习用数控机床仿真软件来仿真加工零件产品。 说到数控机床仿真软件，我们应该知道计算机数控仿真是应用计算机技术对数控加工操作过程进行模拟仿真的一门新技术。该技术面向实际生产过程的机床仿真操作，加工过程三维动态的逼真再现，能使每一个学生, 对数控加工建立感性认识，可以反复动手进行数控加工操作，有效解决了因数控设备昂贵和有一定危险性，很难做到每位学生“一人一机”的问题, 在培养全面熟练掌握数控加工技术的实用型技能人才方面发挥显著作用。 我们知道数控编程是数控加工准备阶段的主要内容之一，通常包括分析零件图样，确定加工工艺过程；计算走刀轨迹，得出刀位数据；编写数控加工程序；制作控制介质；校对程序及首件试切。数控编程有手工编程和自动编程两种方法。总之，它是从零件图纸到获得数控加工程序的全过程。 为了让我们能更好的掌握数控编程的方法，本次仿真实训对于我们本专业来说就更为重要了。因为经过本次实训我们可以了解和掌握一些数控仿真软件的使用方法，对于即将踏入社会的我们来说，目前我们学习和了解最多的就是数控机床，我们毕业后如果接触到与数控机床相关的工作时，懂一些数控机床的操作就显得非常重要和有必要了！