2025年08月05日 18:41:54 来源：东莞市宇匠数控设备有限公司 >> 进入该公司展台 阅读量：6
0引言
的五轴五联动数控加工中心在复杂零部件的 生产制造方面具有明显的优势和重要现实意义。UG软 件是SIEMENS公司开发的一款CAD/CAM/CAE集成软 件。该软件的切削加工集成仿真和验证功能（IS&V) 可以实现数控机床虚拟加工零件的整个过程（如图1所 示）。
IS&V可以虚拟仿真机床控制器功能，包括循环指 令、宏程序调用、子程序调用；同时可以检测机床部 件、夹具、刀具、零件之间的碰撞。技术人员通过运用 IS&V功能可以避免花费昂贵和耗时的空运行检查，从 而降低成本，减少操作者干涉；通过减少碰撞降低机 床、夹具和工件损坏风险；最终提升企业的生产效能。
本文运用UG软件进行TOM1060型五轴联动加工中心的 虚拟机床及后置处理开发。
1构建虚拟机床模型
TOM1060型五轴加工中心配备SIEMENS840D sl 数控系统，采用双转台式五轴联动结构。各运动轴行 程XYZ1000mmX600mmX500mm，A轴±110'C，C轴 ±180C。
在使用UG软件进行IS&V时，首先需要运用UG建 模功能按照床身本体（machine_base)、Z轴部件（Z_ slide)、X轴部件（X_slide)、Y轴部件（Y_slide)、
A轴部件（A_table)和C轴部件（C_table)的分类，创 建模型数据；其次运用装配功能将各部件装配成完整的 机床模型数据，各装配体之间建立约束关系，限制自由 度；最后将XYZAC各轴部件设定与真实机床相一致的 初始位置，从而完成虚拟机床模型的构建。
2创建虚拟机床运动模型
虚拟机床模型构建完成后，需要对其定义运动模型 (Kinematics Model)。运动模型定义装配零部件之间 的关系，以及轴的名称、方向、行程和联结点。仿真过 程将利用运动模型和机床驱动器提供的信息使机床运动 起来。
双转台型五轴加工中心的运动模型创建，需要按 照右手笛卡尔法则设定主轴方向T、第四轴矢量P、第 五轴矢量S、第四轴联结点CP、第五轴联结点CS、机床 坐标系M (图），同时为虚拟机床控制器（VNC)配置 MOM变量名（如图2、表1所示）。
表1配置MOM变量名
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参数 |
mom变量名 |
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T |
mom_kin_spindle_axis (-1，0，0) |
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P |
mom_kin_4th_axis_vector (0，-1，0) |
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S |
mom_kin_5th_axis_vector (0，0，1) |
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CP |
mom_kin_4th_axis_point (10，-1，-10) |
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CS |
mom_kin_5th_axis_point (8，0，-8) |
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M |
mom_kin_machine_zero_offset (9，4，0) |
(ManufacturingApplication)不支持的功能。
TOM1060型五轴加工中心MTD使用UG/POST BUILDER创建（如图4所示），在虚拟NC控制 (Virtual N/C Controller)选项中勾选创建虚拟N/C控制 (Generate Virtual N/C Controller),在VNC Commands 中创建控制命令（如图5所示）。
运用UG软件机床构建器功能（MTB)为机床定义 运动模型。MTB通过运动树结构创建运动模型。这个运 动树包含运动部件和其对应关系。运动部件是机床的物 理模型。当父部件运动，其下属子部件也跟随运动，关 系如图3所示。
3创建虚拟机床驱动器（后置开发）
机床驱动器（MTD)创建模仿CNC控制器的CNC 程序。CNC控制器模仿器（或虚拟NC控制器）是一个 可编程的界面，可以按照实际的运动设定机床模型以及 设定这些运动如何显示。机床仿真过程中的所有运动和 反馈都由MTD控制。
相比较而言，MTD类似于机床仿真器，而CNC控 制器就类似它控制的机床。对机床库中的每台机床都 有一个对应的MTD驱动器（NX标准安装带有12台普通 的MTD)。若要创建一台新的机床，可以修改现有的 MTD以符合新机床的特点。
TOM1060型五轴加工中心在完成虚拟机床模型和 运动模型设计后，虚拟机床类似于真实的数控机床还要有CNC控制器来控制各类运动。在UG软件中的机床驱 动器（MTD)功能可以创建模仿CNC控制器的CNC程 序。MTD通过如图所示，完成虚拟控制的工作流程。 MTD是由TCL脚本语言编写的，但是也可以使用高级 的语言如C++来开发。MTD可以模仿特定的循环、用户 自定义的事件、宏和其他和CNC控制器有关而加工环境UG软件中对于虚拟加工使用的ISO代码提供了仿 真模拟的标准文件PB_CMD_VNC*.TCL。使用者只 需要从Export中导入使用标准的ISO代码即可。但是 TOM1060型加工中心所配备SIEMENS840D系统具有刀 具跟随点加工功能（TPCP)，因此需要针对五轴联动 转换功能和五轴定向加工功能设计模拟代码。五轴加工 模式转换关系如图6所示。根据对应关系运用TCL编程 语言，根据关系结构采用判断语言指令编写控制代码 (如图7所示）。
4测试虚拟机床仿真加工
IS&V机床设计完成后，选择O80mm铣刀盘零件 (如图8所示），对其测试仿真加工。零件具有五轴定 向加工面、五轴联动加工面、A轴>90°摆动面特征，
使用该零件测试，可以测试坐标轴行程超程（如图9所 示）、机床几何体碰撞、五轴定向加工退刀、五轴联动 转换角度干涉等方面在真实加工才能遇到的严重问题， 有效保障生产加工安全，提升生产效率。
铣刀盘使用联结功能定位在需要测试的虚拟机床 上，打开“机床仿真”功能，首先设定“显示3D材料 移除”和“碰撞检测”组件；然后在“可视化动画” 中，选择机床代码仿真；最后点选“播放”功能，虚拟 加工仿真动画自动进行直至结束。通过测试得到如表2 所示。
基于UG的集成仿真和验证（IS&V)技术可以开发 设计出各类五轴联动加工虚拟机床和车铣复合加工虚 拟机床。使用与真实机床一致的虚拟机床，形象直观地 模拟数控加工的全过程，进行数控程序的检验，分析 零件的可加工性和工序的合理性，从而缩短产品的研 制周期，降低成本，提高产品质量。本文论述了配备 SIEMENS840D系统双转台型五轴加工中心虚拟机床开 发过程，可以为双摆头型和单摆单转型五轴加工中心虚 拟机床开发提供借鉴和参考。
| 表2测试结果
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