五轴加工与数控仿真

整体叶轮是涡轮式发动机和涡轮增压发动机的核心部件，是具有代表性且造型较规范的典型的通道类复杂零件。

叶轮叶片表面的加工精度和加工质量直接影响发动机运作效率。

整体式叶轮加工的难点主要是因为叶片的扭曲幅度大和加工精度高。

此次加工叶轮，编程使用的CAM软件是HyperMILL2018，由德国OPEN MIND公司所开发。

使用HyperMILL加工编程叶轮的优点在于，它有专用的特征模块设定叶轮的叶片结构参数，能够将这些成熟的加工工艺定义成特征，减少软件编程的时间并优化刀轨路径，生成与海德汉系统-640五轴加工中心参数相匹配的NC代码。

本文主要使用HyperMILL软件对叶轮的复杂曲面设计合理的加工工艺参数，且进行加工仿真研究，通过实际加工试验确定此加工工艺的实用性，为提高叶轮的加工效率和加工精度提供参考。

1　整体式叶轮叶轮的组成部分主要是叶片和轮毂。

本次加工的叶轮有12个均匀圆周分布的叶片，叶轮的最大外径为100mm，叶片的厚度为3mm，相邻叶片最短的间距为5mm，加工的叶轮实体如图1所示。

图1　叶轮根据以上数据和叶轮的结构，分析加工叶轮的难点如下：（1）叶轮尺寸偏小，流道较窄，对刀具的尺寸大小和刚度要求较高，增加了刀具的成本；（2）整体叶轮曲面结构复杂，叶片扭曲较大，且相邻叶片间距小，加工时容易产生过切和干涉等问题，难度较大；（3）叶片较薄，在加工过程中易出现振动等现象，影响叶轮曲面加工质量和精度。

2　整体式叶轮加工刀具和加工工艺参数加工过程中，为了防止刀具在切削流道时出现振动，进而影响加工表面质量，引起过切及干涉问题。

刀具需保持一定的刚性、强度和硬度等。

加工时往往使用锥度球头铣刀，锥度为3，材料为硬质合金。

整体叶轮在切削过程中容易变形，叶片的间距很小，叶片较薄，故粗精铣加工用的是同一把刀具，通过改变切削参数达到粗精加工效果。

切削用量的大小关系到整体叶轮表面质量，切削速度的不均匀又容易造成加工区域变形。

VERICUT软件构建五轴机床仿真模型的方法及应用作者：王晓勇王晓强来源：《科技创新与应用》2016年第01期摘要：文章以数控仿真软件VERICUT为开发平台，以企业内一台五轴加工机床UCP600为例，探讨了构建五轴机床仿真模型的方法和步骤，并针对典型零件叶轮，进行了数控程序仿真、优化和试切加工，实际验证仿真系统的有效性，提高了企业五轴设备的加工效率和可靠性。

关键词：数控加工；仿真软件；五轴机床1 概述五轴联动加工常用来加工连续、平滑的自由曲面，能够有效提高曲面的加工精度、质量和效率，在加工复杂曲面类零件方面具有很大优势。

但五轴机床加工程序复杂，刀具路径和机床各组成部件的位置关系不直观，在加工过程中，容易发生干涉，碰撞，严重时甚至会损坏机床，造成重大损失。

VERICUT是美国CGTech公司开发的一款数控加工过程仿真软件，具有数控程序验证、机床加工模拟、程序优化等多种功能，尤其适合五轴或车铣复合机床的仿真加工，能避免机床碰撞、消除程序中的错误并优化切削过程，提高加工效率、延长刀具寿命，达到降低加工成本的目的。

文章针对企业一台五轴加工机床UCP600为实施对象，在VERICUT软件上建立机床的仿真模型，进行数控程序的仿真和优化，并在机床上试切加工，取得较好的效果。

2 五轴机床仿真模型的建立机床仿真模型的建立是进行机床仿真的关键。

建立机床仿真模型的一般步骤为：建立机床的运动模型；添加机床各部件几何模型，建立刀具库，配置控制系统等。

2.1 分析机床结构，确定机床运动链UCP600机床属于工作台回转+摆动的五轴加工中心，结构模型如图1所示。

机床工作台可绕A轴和C轴转动，机床刀具安装在主轴上，主轴通过立柱沿Z向运动，立柱连接滑台实现Y向运动，刀具-主轴-Z向立柱-Y向滑台形成了刀具传动链。

毛坯和夹具在工作台上装夹，可绕C轴360°转动，工作台与A轴转台连接，可以绕A轴摆动；A轴转台与X向滑台连接，实现X方向运动，工件-夹具-C轴工作台-A轴转台-X向滑台形成了工件传动链。

2012年12月第40卷第23期机床与液压MACHINE TOOL ＆HYDRAULICS Dec.2012Vol.40No.23DOI ：10．3969/j.issn.1001－3881.2012.23.035收稿日期：2011－11－11基金项目：湖北省教育厅自然科学研究项目（D2*******）；三峡大学研究生科研创新基金资助项目（2011CX031）作者简介：姜雨（1988—），硕士研究生，研究方向为非金属材料高速加工。

E －mail ：jiangyuhb@ 。

工作台回转式五轴数控机床虚拟样机建模与数控仿真姜雨，李立军，丁明(三峡大学机械与材料学院，湖北宜昌443002)摘要：以工作台回转式五轴数控机床为研究对象，通过UG 的CAD 模块建立该机床和被加工件的虚拟模型并输出各组件的STL 模型，再导入VERICUT 中，完成机床在VERICUT 中的虚拟建模。

对建立好的虚拟模型进行设置，调用数控程序完成工作台回转式五轴数控虚拟样机的建模和仿真。

关键词：虚拟机床；建模；数控仿真；UG ；VERICUT 中图分类号：TG659文献标识码：A文章编号：1001－3881（2012）23－132－4Modeling and Simulation of Five-axis NC Rotary Table Virtual Prototype MachineJIANG Yu ，LI Lijun ，DING Ming（College of Mechanical and Material Engineering ，China Three Gorges University ，Yichang Hubei 443002，China ）Abstract ：Taking five-axis machine tool with rotary table as the research subject ，through the CAD module of UG ，the STL mod-els of machine tool and the parts to be machined were built．Then they were transfered into VERICUT to complete the virtual model of the machine tool．Making a series of setting for the established virtual model ，the NC programs were called to complete the modeling and simulation of five-axis NC rotary table virtual prototype machine．Keywords ：Virtual machine ；Modeling ；NC simulation ；UG ；VERICUT在20世纪90年代中后期随着虚拟制造的发展，虚拟机床技术作为一项新的技术被提出。

五轴联动数控机床的设计与研究随着机械制造业的发展，五轴联动数控机床已经成为了工业制造中不可或缺的一部分。

这种机床具有越来越广泛的应用前景，可以满足复杂薄壁零件的加工需求。

本文将从设计和研究两个方面介绍五轴联动数控机床的相关内容。

一、五轴联动数控机床的设计五轴联动数控机床是一种能够及时调整工作坐标系的机器，其中螺旋插补系统控制器的主轴是一种独特的五轴联动系统。

设计一个五轴联动数控机床需要考虑以下主要因素：1、传动系统传动系统是机床中一项非常重要的部分，直接影响到机床的性能。

在五轴机床中，采用齿轮传动和链传动的方法。

齿轮传动比链传动更加稳定、准确、耐用，一些精密机床也会使用直接驱动技术。

2、处理器和控制器五轴数控机床的处理器系统需要能够准确执行各种计算和运算任务，以便实现高度的控制精度和精准度。

同时，相关的控制器也需要能够实现高速的数据传输、控制和确保稳定性。

3、机械结构机械结构是机床中另一个非常重要的部分，通常采用刚性框架、机械手臂和伺服电机来实现五轴联动机床的稳定结构。

刚性框架具有高度的刚度和精度，可以保证零件的加工质量。

机械手臂则可以支持刀具运动，伺服电机则可以对刀具进行实时控制。

4、人机交互界面五轴联动数控机床需要有直观、易于操作的人机交互界面。

机床操作人员可以通过交互界面轻松调整五轴联动系数和各个轴的参数。

二、五轴联动数控机床的研究五轴联动数控机床的研究领域非常广泛，主要涉及以下方面：1、模型构建实现五轴联动的机床模型需要建立一个全球统一的数学模型，考虑到机床结构、动力和切削力等系数。

在五轴联动加工过程中，所有的轴向变量的运动都是依靠模型来进行研究和实践的。

2、刀路规划刀路规划在机床加工中是一个非常重要的环节，它直接影响到零件加工的质量。

在五轴联动中，刀路规划必须考虑到机床的轴向变量以及工件的加工要求。

为了提高零件的加工质量和加工效率，研究人员需要探索出一种先进的刀路规划算法。

3、控制技术五轴联动数控机床控制技术是这个领域的重点研究，它主要涉及到如何实现高精度控制和高速运动。

浅谈五轴数控加工技术1 概述众所周知，数控机床是当今现代化工厂的主要制造设备，数控技术是先进制造技术的关键技术，传统加工正在被数控加工逐步取代，数控加工技术水平已成为反映一个国家先进制造技术的重要指标之一。

五轴联动加工中心代表了数控机床的最高水平，反映了一个国家的装备制造业的发展水平。

我国的数控装备经过六十多年的发展，在许多项技术取得很大的进步，但在高端数控加工装备制造方面基础还比较薄弱，在多轴联动加工软件平台和数据库开发方面还落后于世界先进水平，需进一步提升。

五轴数控加工应用非常广泛，主要应用在航空航天、水利水电、轮船等高端产品的核心部件的制造，例如具有复杂曲面结构的航空发动机大型整体叶轮、水利水电设备中的发电机转子制造，汽车发动机中的涡轮以及模具制造等领域。

这些零件都是相关产品的核心部件，直接影响产品的性能和质量。

在西方装备制造业较发达的国家，为提高生产效率，五轴联动加工中心在制造业的各领域已得到广泛应用。

如今，随着现代产品质量的提高，要求零件数量减少的同时还要求零件精度的提高，这就使得结构一体化的复杂异形件零件的需求量越来越大，其交货时间越来越短，鉴于五轴联动加工中心的加工优势以及五轴联动加工中心价格的降低，五轴联动加工中心将在加工制造各领域得到广泛推广。

因此，开展五轴加工技术的研究非常有必要和意义重大。

2 五轴数控加工所谓的五轴数控加工是指能同时控制五个以上坐标轴的联动的数控加工，其中包括三个直线轴（XYZ）和两个旋转轴（ABC三个旋转轴中的两个）。

五轴加工将各种加工功能组合在一起后，实现工件在一次装夹后，完成对多个面的铣、镗、钻等多道工序的加工，有效地避免了多次装夹产生的误差，缩短了生产周期，提高零件质量。

随着结构复杂产品的广泛应用，要求数控设备具有更高的加工能力和加工效率，由此，五轴数控加工技术得到了广阔的发展领域。

五轴数控加工的特点有：刀具可以进入型腔内部，加工三轴加工不到的部位，这种模式有利于采用短刀具加工零件的侧壁和型腔，提高刀具的刚性，减小振动，提高零件的精度；减少工装夹具数量和占地面积；减少基准转换，提高加工精度；缩短新产品研发周期；缩短生产过程链，简化生产管理。

《五轴数控加工编程、工艺及实训案例》课程标准课程名称：五轴数控加工编程、工艺及实训案例课程编码：课程类型：理实一体化开课部门：规定课时：56一、前言1．课程性质本课程是数控技术专业必修课程，课程的开发与实施由武汉华中数控股份有限公司、思美创（北京）科技有限公司等企业合作参与，属于校企合作课程。

通过学习，使学生具备数控四轴加工中心、数控五轴加工中心数控程序编制和工艺编制能力。

2．课程定位五轴数控加工编程、工艺及实训案例课程是数控技术专业核心课程，该课程的核心技能是掌握数控四轴加工中心、数控五轴加工中心的数控程序编制方法和制定数控加工工艺方法。

五轴数控加工编程、工艺及实训案例课程是根据数控技术专业人才培养方案中职业岗位及职业能力分析表中的工作任务来设置的。

前导课程：机械制图、机械基础、数控编程、CAD/CAM、数控车削实训、数控镗铣削实训后续课程：毕业设计3．课程设计思路本课程内容设计重在培养学生多轴数控机床加工能力，围绕机床运用能力的要求，通过掌握数控四轴加工中心、数控五轴加工中心等编程技术入手。

依据多轴数控加工课程要求，使学生具备直纹面叶轮零件五轴联动加工的实践动手能力。

为充分体现任务引领、项目导向课程思想，本课程根据数控技术专业人才培养方案中职业岗位及职业能力分析表中的数控加工技能为主要的教学内容，展开以四轴加工中心编程与工艺安排、五轴联动加工编程与工艺安排等内容安排，选择具有代表性的典型零件加工过程为载体组织项目课程内容。

本课程对数控技术专业共开设56课时，其中实践课时占24课时。

二、课程目标1．知识目标通过本课程的学习，应使学生达到如下基本要求：1.知道所用数控机床的型号、规格、性能、结构及组成。

2.了解多轴数控机床数控系统，能操作多轴数控机床。

3.掌握多轴加工定位与夹紧原理。

4.能进行简单零件的加工并会检测所加工工件。

5.能利用ＣＡＭ软件编制多轴自动加工程序，并编制合理的加工工艺。

2．能力目标1.掌握多轴数控机床床日常维护要求,润滑油、冷却液等使用要求2.掌握多轴数控机床的自诊断功能、出错报警功能操作3.掌握ＣＡＭ软件编制多轴自动加工程序4.掌握多轴数控机床的基本操作5.掌握刀具选择和工件定位装夹方法6.掌握简单零件的编程加工3．素质目标1.能够把理论知识与应用性较强实例有机结合起来，培养学生的专业实践能力。

智能制造数码世界 P .274流量整形、优先级控制、拥塞避免、拥塞管理等方面进行处理就显得很有必要。

3.4流量异常处理病毒感染计算机后，会在网络中蔓延，网络管理员可以通过切断相应的端口，从而确保网络正常工作，当知道流量异常源地址，切断物理连接是处理流量异常最直接有效的办法。

此外还可通过网络版防病毒软件，这是一种优化抗病毒防御机制，部署网络版防病毒软件, 网络管理员可以通过控制台直接从整个学校网络组织、部署、设置和监控抗病毒策略，而不涉及终端用户。

这种方式可以有效监管整个网络内终端机器, 并且可以极大地限制和保护错误的操作对无意识的用户和非专业的操作， 因此，它使病毒免受进入内部网络的威胁。

校园网监部门可以建立入侵检测系统，通过收集和分析网络行为，检查网络或系统是否有安全漏洞和攻击迹象， 是一种积极主动安全防护技术。

参考文献[1]王卫星,李斌.基于内容过滤的校园流量控制系统实现[J].三门峡职业技术学院学报, 2009,8(1):105-107.[2]何晶,李仁发,喻飞,等.校园网流量自相似性研究[J].计算机工程与应用,2004, 40(2):7-9.[3]朱凡,吴敏.基于定量递归分析的校园网流量特性分析[J].计算机应用与软件,2012, 29(6):275-277.[4]周宏.校园网上netflow流量监控分析系统的设计与实现[J].西南民族大学学报(自然科学版),2005,31(3):456-459.[5]邹仁明,李吉祥,彭隽.校园网安全关键技术解析四出口流量的分析与管理[J].中国教育网络,2005(9):22-25.五轴跟随加工与Vericut 仿真张家平 达州职业技术学院摘要：说明了五轴机床的RTCP、RPCP 刀具跟随功能，并通过两个实例说明了应用Vericut 数控加工仿真软件仿真RTCP、RPCP 跟随功能的方法步骤，从而使得该功能更易于掌握与实际应用，对高端五轴数控机床的高效应用具有十分积极的意义。

内燃机与配件0引言近几年来，我国的制造业发展迅速，对促进我国经济增长发挥着至关重要的作用，而制造业的发展与数控机床加工技术的发展息息相关。

传统的数控机床加工不仅所需费用高，而且还存在操作困难、加工效率低等问题。

为了适应制造业的发展，数控机床加工技术不断革新，现有的数控机床加工仿真技术，能很好地解决传统加工技术的局限，有效地加快制造业发展的步伐，进一步提高经济效益。

1数控机床加工仿真技术概述数控机床加工仿真系统介绍数控机床加工仿真技术是将人为加工转换为自动化、信息化、数字化的计算机仿真加工，主要运用物理模型、数学模型等模型，实现在可视化、图形模拟化、人机交互的虚拟环境下进行加工处理，有效地代替实际的加工过程，进而实现对加工步骤和流程的优化，促进数控机床加工技术的发展。

技术人员通过对现实中的数控机床工作环境和状态进行建模仿真，能够有效地掌握零件加工过程中的实际情况，从而及时发现零件加工过程中存在的问题和其他不利因素。

除此之外，还能实现对故障进行预测，通过数控机床加工仿真技术还能对加工运作是否正常进行区分，自动处理部分异常的信息，例如，及时反映出加工过程中产生零件间的干涉或碰撞等现象，进而提醒技术人员作出相应的处理，尽可能的减小机床加工过程中发生故障的概率，有效地提高机床的工作效率。

2数控加工仿真技术发展现状在生产加工中，为了提高数控程序的正确率，检验加工指令和试切时多用容易切割的材料代替工件，也可用采用划针或笔代替刀具的轨迹显示法。

但是，上述几种方法需要耗费较多的材料，不仅增加了生产成本，而且还增长了生产的周期。

为了解决这些问题，研究出了计算机仿真方法，该方法实现了试切环境的模拟、图形显示以及仿真计算，并不断向着提高模拟的精度、图形的真实度方向发展。

从环境模型上来看，NC 切割仿真包括力学上的仿真和几何上的仿真。

其中，力学仿真又囊括在物理仿真的范畴，在仿真切削的过程中，利用其动态力学的特性进一步实现对刀具振动和刀具破损进行预测，以及控制切削参数，从而达到切削的目的；而几何仿真不需要考虑切削力、切割参数或者其他物理因素带来的影响，因为，其检验NC程序正确与否，只需要仿真刀具-工件几何体的运动。

1五轴数控加工简介复杂曲面零件作为数字化制造的主要研究对象之一，在航空、航天、能源和国防等领域中有着广泛的应用，其制造水平代表着一个国家制造业的核心竞争力。

复杂曲面零件往往具有形状和结构复杂、质量要求高等难点，是五轴数控加工的典型研究对象。

当前，复杂曲面零件主要包括轮盘类零件、航空结构件以及火箭贮箱壁板等，如图1所示。

轮盘类零件是发动机完成对气体的压缩和膨胀的关键部件，主要包括整体叶盘类零件和叶片类零件。

整体叶盘类零件的叶展长、叶片薄且扭曲度大，叶片间的通道深且窄，开敞性差，零件材料多为钛合金、高温合金等难加工材料，因此零件加工制造困难。

叶片是一种特殊的零件，数量多、形状复杂、要求高、加工难度大且故障多发，一图1复杂曲面零件直以来都是各发动机厂生产的关键。

航空整体结构件由整块大型毛坯直接加工而成，在刚度、抗疲劳强度以及各种失稳临界值等方面均比铆接结构胜出一筹，但由于其具有尺寸大、材料去除率大、结构复杂、刚性差等缺点，因此加工后会产生弯扭组合等加工变形。

随着新一代大型运载火箭设计要求的提高，为保证火箭的可靠性，并减轻结构质量，提高有效载荷，对火箭贮箱壁板网格壁厚精度和根部圆弧过渡尺寸都提出了更严格的要求。

五轴数控铣削加工具有高可达性、高效率和高精度等优势，是加工大型与异型复杂零件的重要手段。

五轴数控机床在3个平动轴的基础上增加了2个转动轴，不但可以使刀具相对于工件的位置任意可控，而且刀具轴线相对于工件的方向也在一定的范围内任意可控。

五轴数控加工的主要优势包括：①提高刀具可达性。

通过改变刀具方向可以提高刀具可达性，实现叶轮、叶片和螺旋桨等复杂曲面零件的数控加工。

②缩短刀具悬伸长度。

通过选择合理刀具方向可以在避开干涉的同时使用更短的刀具，提高铣削系统的刚度，改善数控加工中的动态特性，提高加工效率和加工质量。

③可用高效加工刀具。

通过调整刀轴方向能够更好地匹配刀具与工件曲面，增加有效切宽，实现零件的高效加工。

VERICUT五轴联动数控机床模型建立及加工仿真撰文/ 台州技工学校黄振沛通过对Mikron_Ucp800五轴数控机床坐标系和运动特征的分析，使用Creo 软件的CAD 模块建立机床中的部件和被加工工件的虚拟几何模型并输出STL 模型，接着让VERICUT 系统可以直接读入机床组件和被加工工件模型资料进入系统，完成机床在VERICUT 中的虚拟建模。

然后对机床组件模型、工件模型、NC 程序、刀具资料及工作坐标系等资料进行整合，对后处理程序产生五轴加工程序进行仿真验证，证明了后处理程序的正确性。

一、引言近年来，许多医疗设备，航空零部件，汽车零部件和模具都需要具有较高的精度和复杂的空间几何形状，使得五轴加工越来越重要，但是因为五轴机床具有自由度大，精度高且承受不了碰撞的特点，因此五轴机床在执行切削加工前，必须进行切削模拟测试。

鉴于此，我们设计了一个五轴机床机构的运动仿真模型，并使用这个机构模型进行数控刀具路径的仿真模拟。

首先，由Creo 设计该五轴机床的机构模型和工件模型，通过CAM 软件设计五轴加工NC 代码，然后再通过VERICUT 仿真模拟软件整合两者资料并构建刀具资料后，即可开始五轴加工仿真模拟，通过这样的方式将Creo、CAM 软件和VERICUT 软件三种软件中的五轴机床资料整合在一起，使用户可以看到五轴机床的运动仿真场景的结果，并切削模拟，还能让使用者在NC 加工程序之后，可以更容易且更快地获得切削加工仿真的结果。

二、建模仿真用的机床各部件1. 机床结构该机床型号UCP800，是双摆台五轴联动立式加工中心，本机床配备X、Y、Z、A 和C 轴，是一款A 轴绕X 轴旋转，C 轴绕Z 轴旋转的五轴加工中心。

各轴行程如下：X 轴行程800mm,Y 轴650mm，Z 轴500mm，A 轴-100°～120°，C 轴0 ～360°，各轴相对初始位置关系，由于机床模型的复杂性，我们首先利用Creo 三维软件构建三维机床，并且以组件形式逐个输出STL 格式模型文件，需要注意输出组件模型时的参考基准坐标系，此参考坐标系相当于导入VERICUT 中的坐标系原点，如图1 所示。