基于NX的龙门加工中心船用柴油机机体仿真加工技术研究

2022-08-26杨天锋杨帆田锐敏符博峰杨武刚杨平郭怀亮许鲁江

机械工程师 2022年8期

杨天锋，杨帆，田锐敏，符博峰，杨武刚，杨平，郭怀亮，许鲁江

（陕西柴油机重工有限公司，陕西兴平 713100）

0 引言

船用柴油机机身为大型箱体类零件，其结构复杂、加工要素多，因此在加工过程中需要频繁变换机床附件和刀具，其中涉及到复杂空间运动关系，因而在生产中很容易发生刀具或附件与工件碰撞的情况。目前，行业通常的作法是采用手工编程并现场试切，但这会占用机床大量工作时间导致加工效率低下；同时，试切过程中若操作工反应不及时存在碰撞的风险。针对该问题，基于NX软件强大的仿真功能并通过研究二次应用，给出有效的解决途径（如图1）。

图1 仿真流程

1 龙门加工中心虚拟平台搭建

本文举例的数控机床为大型龙门加工中心机床（型号为XXAG，数控系统为西门子840DSL）。在NX环境下通过建立加工系统模型并定义运动关系，实现龙门加工中心机床虚拟平台搭建。

1.1 加工系统建模

在NX建模环境下依据龙门加工中心机床组件及附件头几何数据建立1:1加工系统模型。

1）机床组件模型建立。

龙门加工中心机床由X、Y、Z直线轴和2根旋转轴构成。根据龙门加工中心机床工作原理，确定基本的功能组件：X轴组件、Y轴组件、Z轴组件、W轴组件和机床基座，组件模型如图2所示。

图2 机床各组件结构图

2）机床附件及功能。

附件头为8个，命名为ATT_NO=1....8。各附件（如图3）主要应用加工对象如下：1号附件，加工机体类零件四周侧面及孔系；2号附件，加工机体类零件顶面及孔系；3号附件用于AC轴拟合，进行多空间角度加工，C轴精度为0.1°，A轴精度为0.1°；4号、6号附件针对狭小空间的孔系，主要加工调节孔及涨管孔；5号附件，加工机体类零件凸轮轴孔；7号附件加工机体类零件曲轴孔；8号附件加工V型机体类零件缸孔。

图3 龙门加工中心附件示意图

3）机床及附件的装配。

在NX装配环境下，通过添加组件模型，添加配对、对齐等约束实现装配。要求X、Y、Z、W轴组件应位于机床行程正极限位置参考点处，并设置各轴的方向与WCS坐标轴方向保持一致，最终装配效果如图4所示。

图4 机床装配示意图

1.2 加工系统运动关系创建

在机床构造器模块中创建运动模型，该模型定义了机床各部件之间的运动关系，定义了各个运动轴的名称、方向和行程（如图5）。

图5 龙门加工中心运动关系树

1）在NX机床构造器模块下，设置运动轴先后关系，X→Y→W→Z→主轴spindle→刀库pocket。

2）建立机床组件→1～8号附件头→主轴spindle→刀库pocket。

3）设置X、Y、Z、W、A、C各轴极限位置数值。其中C轴为0°～360°，A轴为-180°～180°。

4）插入机床主轴spindle，设置刀具联接点S*，位于A轴端面刀具与主轴联接处，创建刀具几何装配坐标系，将X轴沿刀具轴线指向刀尖。

5）检查各轴的参数设置，运行测试，以3号附件A轴为例，代码如下：

2 附件后处理

以ATT_NO=3附件头为例,使用PostBuild工具，定制3号附件后处理文件，注意各轴定义的输出地址必须和机床运动学模型定义的轴名称一致。利用TCL语言调用附件补偿值变量（如图6），设置第4轴C轴中心到第5轴A轴中心偏置值，然后设置各轴极限值（如图7）。在后处理器中勾选“创建VNC控制器”选项，参数设置如图8所示。