五轴联动数控加工后置处理技术及高速切削仿真技术分析

平艳玲

五轴联动数控加工后置处理技术及高速切削仿真技术分析

平艳玲

（长治职业技术学院，山西长治046000）

基于五轴联动数控加工的操作，对后置处理算法和高速切削技术展开了分析，并通过仿真分析对后置处理过程和高速切削工艺进行了阐述，从而为关注这一技术的人们提供参考。

五轴联动数控加工；后置处理技术；高速切削仿真技术

在复杂零件加工方面，五轴联动数控机床能够完成零件的高效、高精度加工。通过后置处理技术，能将零件加工刀具源文件转化为数控加工NC代码，应用高速切削仿真技术，可以进行切削速度和切削厚度的合理选择，从而达到数控加工的效率和精度要求。

1 五轴联动数控加工的技术分析

在五轴联动数控加工中，后置处理技术为数控编程技术的核心部分，高速切削技术为数控加工的先进技术。后置处理技术可利用CAM获得的编程内容转化为NC程序[1]。高速切削技术可获得较高主轴切削速度，可在增大进给切削量的同时获得加工质量更好的零件。

2 五轴联动数控加工后置处理技术及高速切削仿真技术

2.1 后置处理原理

在五轴联动数控加工中，数控系统软件将自动生成数控程序，包含工艺信息和操作信息等多个程序段。加工事件采用字符指令和数值信息表示，走刀事件包括刀具长度和半径偏置等，确保刀具行走位置精确。这些信息包含在刀位源文件中，与数控加工程序保持对应联系[2]。在后置处理中，要结合这种联系将源文件指令转化为加工指令。

数控加工后置处理流程如下图1所示，该部分为CAM软件运行的一部分，可以根据加工要求将刀位源文件转换为加工程序。

图1 数控加工后置处理流程

五轴数控机床拥有X、Y、Z三个移动坐标轴和A、B、C三个旋转轴，机床加工时采用X、Y、Z三个轴和A、B、C中的两个轴，拥有“机架-刀具”和“机架-工作台”两个运动链结构。数控加工后置处理时，如机床选取的轴为X、Y、Z、A、C，工件坐标利用OwXwYwZw表示，机床坐标利用OmXmYmZm表示。在拥有相同坐标系方向的情况下，二者的间距为d，假设刀具长L，分别绕X轴和Z轴进行A角度和C角度旋转，则刀心位置可设为（x，y，z），刀轴矢量为（ai，aj，ak）。后置处理时，需将矢量移动至坐标系原点，即利用OwT =（ai，aj，ak）进行单位矢量的表示，然后将其绕Z轴逆时针旋转C，并绕X轴旋转A，从而使其与Z方向保持平行。经过推导转化，根据空间结构原理获得刀具在工件坐标系中的位置，即（X-0 Y-0 Z-d 1-0）=（0 0 L 1）R（A）R（C）+（x y z 1）.经过计算，得到下式（1）.

2.2 后置处理仿真分析

对上述技术进行仿真时，可以用VERICUT软件进行数控加工过程的模拟。该软件，能对刀位源文件和后置处理程序进行仿真，验证加工程序是否正确。采用的仿真载体为5DGBC50五轴加工中心，选取的仿真加工对象为叶轮，如下图2.在实际仿真时要结合实际加工情况完成机床几何模型、工件模型和刀具模型等模型的创建，完成模型间相对运动关系的定义，然后调入NC程序完成加工参数设置[3]。利用后置处理程序和软件仿真功能进行加工轨迹的生成，经过后置处理的程序可以较好用于叶轮数控加工，因此应用该技术能够获得正确的NC程序。

图2 叶轮代码仿真效果

2.3 高速切削技术原理

高速切削技术，可利用切削速度和切削温度的关系进行切削加工质量的控制。按照萨洛蒙高速切削理论，在一定的切削温度下，存在相互对应的低速度和高速度，在二者之间为一般切削区域，超出高速度为高速切削区域[4]。应用高速切削技术，能保持一定的切削温度和较浅的切削量，因此刀具和机床主轴只需承担较低的径向力，能减少数控加工对机床和刀具的磨损。

2.4 高速切削仿真分析

对高速切削技术进行分析时，考虑到钛合金对切削工艺有较高的效率和质量要求，可以对其高速切削情况展开分析。仿真分析时，可以采用硬质合金刀具YG6X.在实际切削加工时，受刀具挤压剪切作用影响，工件易产生膨胀变形或塑性变形。所以在加工结束后，有较大残余应力在加工表面产生，进而对零件的尺寸稳定性和性能产生影响[5]。因此在应用高速切削技术进行零件加工前，可采用仿真法对零件加工表面的残余应力分布展开分析，完成加工工艺的合理选取。

在实际模拟过程中，需完成刀具进给、刀具推刀、工件停止和工件冷却这四个阶段的工件表面残余应力模拟分析。选取的切削速度为300 m/min，切削厚度为0.4 m.如下图3所示，刀具在沿着X方向切削过程中产生的残余应力最大能达544.2 MPa，在0.12 mm工件表层厚度得到了集中分布。随着深度的增加，工件残余应力大幅度减少。因此，通过合理选取切削厚度，就能加强零件加工精度控制。

图3 高速切削仿真结果

在实际进行五轴联动数控加工的高速切削仿真分析时，可以在CM6140机床上进行钛合金切削的仿真分析。分析仿真结果发现，主切削力绝对误差能控制在200 N以内，进给切削力绝对误差可控制在20 N以内。由于二者的相对误差都在15%的范围内，所以采用该种仿真技术能对五轴联动数控加工的残余应力进行分析，满足数控加工的效率和精度要求。

3 结束语

通过分析可以发现，在进行较高加工精度要求的复杂零件数控加工时，采用五轴联动数控机床可以运用后置处理技术和高速切削仿真技术满足零件的加工效率和质量要求。

[1]范清华.五轴联动数控加工后置处理研究[J].新技术新工艺，2015（12）：62-64.

[2]唐清春，张仁斌，何俊，等.基于VB BV100五轴联动加工中心后置处理的研究[J].机械设计与制造，2012（02）：73-75.

[3]佐景涛.双转台五轴数控加工中心后置处理的算法研究[J].黑龙江科技信息，2012（15）：25，6.

[4]黄云林，袁军堂，汪振华.基于PowerMill的整体叶轮五轴联动高速加工后置处理的研究[J].机床与液压，2012（17）：12-14.

[5]李响.五轴联动机床（A-B转台）后置处理设计及数控仿真[J].电子世界，2012（17）：121-124.

Five Axis NC Machining Post Processing Technology and High Speed Cutting Simulation Technology Analysis

PING Yan-ling
（Changzhi Vocational and Technical College，Changzhi Shanxi 046000，China）

Five Axis NC machining based on the operation,analyzes the algorithm and technology of high speed cutting and post processing，post processing and high speed cutting process was discussed through simulation and analysis，so as to provide reference for people to pay attention to this technology.

five axis NC machining；post processing technology；high speed cutting simulation technology

TG659

A

1672-545X（2017）07-083-03

2017-04-22

平艳玲（1984-），女，山西长治壶关人，本科，助教，研究方向：数控加工。