大型龙门式五轴加工中心仿真系统在NX7.5上的建立和应用

2 机床结构分析

　　五轴联动龙门加工中心国际主流机床按结构可分为：定梁定柱工作台移动式、横梁升降的动梁定柱工作台移动式、动梁动柱工作台固定式和桥式龙门式结构。按摆头结构分为3种：AC摆、BC摆和AB摆。

　　通过分析T35龙门加工中心为定梁定柱工作台移动式，摆头结构为BC摆的机床。明确了各轴运动关系，对机床各运动组件模型化并建立机床模型，机床模型共包括5个部分运动组件，分别是：机床床身、X轴运动组件、Y轴运动组件、Z轴运动组件、B轴运动组件和C轴运动组件。机床结构如图3所示。

图3 T35龙门五轴机床结构

3 机床运动学定义过程

　　3.1 机床装配建模

　　按照机床图纸的几何尺寸，可以在NX中用零件建模工具分别建立机床6个运动组件的零件实体模型；机床床身machine_base.Prt、机床X轴运动组件x_slide.Prt、机床y轴运动组件y_slide.Prt、机床Z轴运动组件z_slide.Prt、机床B轴运动组件b_slide.Prt和机床C轴运动组件c_slide.Prt。在NX的装配模块，新建一个机床装配模型文件sim19_5Axis_bc_axis.prt采用从底向上的设计方法将前面分别创建的机床六部分零件添加到装配体中来。如果机床的图纸尺寸不全或者没有，也可以采用自顶而下的设计方法建立机床装配模型。先新建一个机床装配模型文件sim19_5Axis_bc_axis.prt，将其中已有的部分零件添加进装配体，缺少的零件可先将名称建立起来，再到现场去测量机床上的无图纸的零件尺寸，同时注意各轴的运动正负方向。各部分有关联配合尺寸的地方，可以用NX装配的wave链接功能进行上下文关联设计。五轴机床尤其要注意主轴头部的尺寸，尺寸精度最好需要精确到小数点后两位，目的是让后面的加工仿真时候更具实际意义。有的时候刀具轴的变化限制恰恰需要的就是那么一点间隙，可谓差之毫厘，谬以千里。图4是龙门五轴加工中心双摆头主轴头结构件实物，图5是龙门五轴加工中心双摆头造型。

图4 龙门五轴加工中心双摆头实物

图5 龙门五轴加工中心双摆头造型

　　3.2 定义机床运动学关系

　　(1)打开前面创建的机床装配体，进入到机床构建器模块。机床导航条看到机床运动模型的名字No_name，重新命名为sim19_5ax_XYZBC，这是运动模型的指针。

　　(2)选择机床运动模型基础本体machine_base.Prt，机床运动部分是建立在模型中不动的承载各个运动轴的部分，名称为Machine_base，分类设为床身。选择机床连接点坐标系csys分类为机床原点MA-CHINE ZERO，位置在工作台中央。

　　(3)选择x_slide.Prt作为第一运动轴X轴的载体，插入直线轴X轴，设置运动上下极限范围12m。

　　(4)选择y_slide.Prt作为第二运动轴Y轴的载体，插入直线轴y轴，设置运动上下极限范围9m。

　　(5)选择z_slide.Prt作为第三运动轴Z轴的载体，插入直线轴Z轴，设置运动上下极限范围1.5m。设置旋转轴联接点ROT_JCT，位置在C轴与B轴轴线交点上，方向与机床坐标系同向。这个点就是C轴和B轴旋转轴的原点。

　　(6)选择c_slide.Prt作为第四运动轴C轴的载体，插入旋转轴C轴，设置旋转角度极限，本机床位0°～360°。

　　(7)选择b_slide.Prt作为第五运动轴B轴的载体，插入旋转轴B轴，设置旋转角度极限，本机床位-90°～+90°。

　　(8)插入一机床组件主轴spindle不用选择任何实体，设置刀具连接点S*，位置在B轴的端面上，是刀具与主轴连接的地方。创建刀具几何装配坐标系时要将X轴向沿着刀具轴线，指向刀尖。

　　(9)在主轴下插入刀具库pocket_1、2、3…。

　　(10)在x_slide下建立工件集指针setup，它是一个虚拟的装配体，有名称没有具体的实体，具体内容需要在仿真任务开始前指定添加。这个装配体下包括的组件有：工件PART、毛坯BLANK和夹具FIXTURE，并进行分类选择。分类后它们的类型如下：

　　PART；PART和SETUP ELEMENT；

　　BLANK；WORKPIECE和SETUP_ELE_MENT；

　　F1 XTLIRE:SETUP_ ELEMENT

　　这个setup工件装配体工作组它所依附的父运动件须是摆放安装零件的地方，也就是工作台。工作台一般情况下分为2种状态：一是在机床本体上是不动的，setup就是要设置在machlne-base下的子工作组；二是在运动轴上，setup就需要设置在slide下的子工作组。图6是龙门五轴加工中心模型，图7是创建好的机床运动关系树。

图6 龙门五轴加工中心装配模型

图7 机床运动关系树