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• 關鍵詞：                                                                五軸加工中心

• 摘要：本文以立、臥兩種復合型( 轉臺+ 擺頭) 五軸加工中心為研究對象，詳細分析、總結出融合CAD 平臺( Inventor& Solidworks) 與數控加工驗證平臺( Vericut) ，并采取雙向關聯方式，分析五軸加工中心計算機輔助設計的方法、原理及工作流程。這些原理與方法，是具備普遍性和實用性的，可被各類高端數控機床設計與制造者借鑒，以改善其相關設計與生產工作的質量、效率及成本目標。

　　本文以立、臥兩種復合型( 轉臺+ 擺頭) 五軸加工中心為研究對象，詳細分析、總結出融合CAD 平臺( Inventor& Solidworks) 與數控加工驗證平臺( Vericut) ，并采取雙向關聯方式，分析五軸加工中心計算機輔助設計的方法、原理及工作流程。這些原理與方法，是具備普遍性和實用性的，可被各類高端數控機床設計與制造者借鑒，以改善其相關設計與生產工作的質量、效率及成本目標。

　　當前，我國的制造業正在不斷地向高柔性、高精度、高技術密集方向發展，作為高端制造裝備的五軸加工中心，日漸成為不少數控機床設計與制造企業新的研制、開發、推廣目標，也是未來很長一段時間內，該類公司的新利潤增長點; 同時各類機械加工生產企業，對這類高端機床的需求欲望也日益強烈。

　　從機床設計、制造角度看，五軸加工中心相對于普通三軸、四軸加工中心而言，其結構布局更加復雜，CNC 配置更加靈活。其機械本體與所用CNC 之間的整體協調性，機床靜態布局與其動態位姿匹配則是總體設計階段首先要解決好的問題。為此，筆者研究了各類計算機輔助設計( CAD) 平臺和數控加工驗證平臺，提出了一種融合兩方面技術，實現五軸加工中心高效率、高質量研發的方法。

　　1、五軸加工中心的特點及總體設計工作

　　1.1、五軸加工中心類型

　　所謂加工中心的五軸，是指3 個移動軸( X /Y /Z)和兩個轉動軸( A /B /C 中任意兩個) 。不同轉動軸的組合方式，就形成了不同的五軸加工中心類型; 不同的類型，其總體性能特點和適用范圍也不相同。從兩個轉動軸所依附的機械本體而言，可以把五軸加工中心大致分為3 種基本型: ( 1) 兩個轉動軸都由工作臺來完成; ( 2) 兩個轉動軸都由主軸來完成;( 3) 混合方式———一個轉動軸由工作臺完成，另一個轉動由主軸來完成。進一步考慮A /B /C 以及主軸的立、臥方式，可以細分出更多具體的配置方式。不同的配置方式，各有不同的優缺點。

　　考慮到第3 種類型———混合方式，具備第1、2 兩種類型的一些共同特性: 高剛度和大行程，可以實現重載與高速數控加工。因此，本文以第3 種基本型———混合( 復合) 型，并結合立、臥兩類布局，詳細說明融合CAD 技術和數控加工后置驗證技術，分析五軸加工中心總體設計的基本原理和方法。

　　1.2、五軸加工中心總體布局CAD

　　由于歷史沿襲和使用習慣原因，國內不同地域、不同企業使用的CAD 平臺，各不相同。從低端專用產品設計軟件包到集大成的Catia 不等，但其中，計算機輔助產品開發的基本原理是相同的，即: 從市場需求中獲取產品工程特征要素，把這些工程要素，轉換成產品總體特征模型; 對該總體模型進行可行性、可靠性、技術經濟性等初步評估( 也稱產品概念設計) ; 結合手工分析和各個層次的CAE 技術，包括使用產品各個層級的數字樣機技術，進行產品各個次級零部件細化設計( CAD 過程中，特征信息不斷地被傳遞、升級、完善) ，此細化過程中實質是融合DFX( Design for Manufacturing，Design for Assembly，Design for Dismantle…) 理念的并行設計; 數字樣機被驗證無誤之后，便是物理樣機的試制、評估、量產、市場反饋、更新……不斷迭代升級而使產品持續地被完美化。顯而易見，這一復雜過程中，產品的總體設計起著統領全局的關鍵作用。對于五軸加工中心這類高端產品而言，更是如此。現以Inventor和Solidworks 兩個CAD 平臺中，進行立、臥兩種混合型五軸加工中心總體布局設計為例，分析說明其中的關鍵問題。

　　2、結論與展望

　　對于五軸加工中心這類高端制造裝備而言，無論是設計與制造者，還是終端用戶，都需要借助計算機輔助技術，來改善其在與此類產品相關生產活動中的質量、效率、成本目標。本文，從機床設備設計與制造者角度出發，以混合型五軸加工中心研發工作為研究對象，分析、闡述了在不同CAD 平臺( Inventor 和Solidworks)中進行五軸加工中心總體設計以及在專業數控加工驗證平臺( Vericut) 進行機床運行驗證的基本方法、工作原理和流程。結果證明: 五軸加工中心機械本體與其配套CNC 間，協調性上的困惑; 機床自身各個零部件間，布局合理性中的疑問，都可以非常快捷而準確地被判斷并解決。高端數控機床設計與制造者可以在其習慣使用的CAD 平臺，借助這些通用原理與方法，來改善其五軸加工中心的設計與制造工作。五軸加工中心進一步的設計工作中，可以把數控加工運行驗證中的運動信息輸出到CAE 平臺，而在CAE 平臺內，可以結合CAD 平臺的詳細工程特征信息，進行加工中心運動學與動力學方面的實時分析; 還可以使用FEA 方法，對機床各個零部件的物理、機械性能進行定性和定量判斷。另外，五軸加工中心的設計與制造者，也可以把加工中心總體布局幾何模型，提供給該類機床的終端用戶，以方便其在機床使用過程中各個具體的數控程序的后置驗證工作。