数控铣床的运动仿真分析

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1、数控铣床的运动仿真分析　　计算机技术的不断提高和计算机图形学迅速发展，使得计算机仿真技术在加工和制造领域应用范围广。它能够对切削过程中加工刀具的操作及切削状态进行空间三维的，真实的图像显示，同一时间，对过切、欠切现象，以及刀具和工件，刀具与夹具干涉情况，达到可视，定量验证，直观地模拟数控加工的全过程。在检验数控加工程序的正确性和预测刀具工作过程中，数控加工仿真技术提供了强大的技术支持，并且己经在加工制造建模、模拟计算，预测与图形显示取得了非常大的进展，现在正向加工模型精确性、显示图形逼真性与仿真计算实时性方向发展。　　仿真就是模型实验。运动学仿真的目的是通过考察各部件的相对运动状

2、态，检验部件之间是否发生干涉，以及校核数控加工程序是否正确。此外，还可以考察和评价系统的速变和加速度特性等。在如今数控加工仿真技术的应用越来越广泛，数控加工仿真的优点突出表现在以下方面：　　（1）它缩短了企业的生产周期，提高了生产效率，降低了生产成本（减少了试切材料的损耗，延长了机床和刀具寿命）。　　（2）它及时提供了错误信息的反馈，有效预测了数控加工程序和切削过程的可靠性和高效　　（3）它可以仿真模拟加工现场，对各样情况进行综合的分析，避免意外情况的发生。4　　目前从切削环境模型的特点来划分数控加工仿真系统，按照是否有物理因素介入仿真系统分为几何仿真与物理仿真两个方面：　　（1

3、）几何仿真：侧重切削刀具与工件几何体的运动仿真，用来验证数控程序的正确性，而不考虑切削力、切削参数及其它一些物理因素的影响。几何仿真能够减少或者避免因加工程序出错而导致的机床夹具损坏、加工零件报废等情况发生；同时也缩短了产品从设计到制造的时间，节省了企业生产成本。力学仿真指的是借助于切削仿真过程的力学动态特性对刀具振动、控制切削参数、刀具破损来预测，目的是优化切削过程，切削过程的力学仿真，它属于物理仿真范畴。　　（2）物理仿真：侧重如何提取切削层的几何参数，进而用于优化切削力参数与加工参数的计算，主要指的是加工过程的物理性质。在物理仿真中，我们首先应该构建出来切削力的仿真模型，以

4、此为基础进行仿真切削加工，从而可以得到切削加工过程中刀具、夹具及工件三者之间的力学性能，换句话说物理仿真其实在几何仿真基础上的功能扩大与完善。在物理仿真中通过仿真切削的工作过程的动态力学特性可用于预测刀具的磨损和破损，夹具的振动，控制工作切削参数，从而达到优化切削过程的目的，有益于提高加工质量和效率。　　运动功能设计是机床总体方案设计的一项重要内容，其目的是确定机床的运动自由度的性质（直线运动或回转运动）、数目（运动自由度数）、排列形式和顺序等，与所要加工的工件表面创成密切相关。运动功能方案的优劣将直接影响着机床的总体结构布局，是总体方案设计中的关键环节。4　　数控机床运动功能的

5、创成式设计方法，突破了传统的依靠设计者经验或类比法确定机床的运动功能方案，可以为机床运动功能的创新设计，产品创新设计提供理论依据，本文作者依据数控车床加工方法、工件形状及刀具类型特点，建立了数控车床运动功能的创成方法。　　机床的运动是由刀具和工件两端来完成的，也就是说，运动功能方案中的所有运动单元需要分配给刀具和工件两侧，某些运动单元可能还需要由刀具和工件共同完成，这就所谓的运动功能分配。当然，分配需要遵循一定的原则，如要简化机床的传动和结构、利于提高机床刚度、缩小占地面积、提高加工精度等。　　数控铣床的零件都相对比较复杂，要完成这些零件的加工，根据上面叙述的，通过分析，属于车削

6、加工的部分至少需要4个自由度，例如，沿Z轴移动、沿X轴移动及两个转动；要完成属于铣削加工的部分，根据第三章所叙述的，通过分析也至少需要4个自由度，例如，沿Z轴移动、沿Y轴移动及两个转动（分析过程从略）。因此，通过对车削、铣削的综合可知，要完成所有的零件的加工任务，至少需要5个自由度（未包含车削主运动），例如，选择沿X轴移动、沿Y轴移动、沿Z轴移动及绕X轴转动和绕Z轴转动为基本运动功能方案。通过对该方案进行检查，可以证明该方案是可以完成上面所罗列的典型零件的全部加工要求的。4　　一般来说，五轴五联动的机床就能进行各种复杂形状零件的加工，但有时为了适应特殊形状加工需要，或者为了适应新

7、型加工方法的需要，或者为了提高加工效率，需要有六轴六联动的机床。因此，本文在前面设计的基础上，又研究设计了一种具有3个回转运动和3个直线运动的六轴六联动车铣复合数控。模块化设计就是以功能分析为基础，在某一基础产品的基础上将同一功能特性的模块互相选用或加上不同功能特性的模块及分模块，用以更好地满足用户需要的一种变型设计方法。　　机构的位置分析是求解机构的输入与输出构件之间的位置关系，这是机构运动分析的基本的任务，也是机构速度、加速度、受力分析、误差分析、工作空间分析、动力分析和机构