多主轴五轴加工中心虚拟仿真与实验

1 仿真模型构建

采用Siemens RMVM加工模拟仿真软件对三主轴五轴加工中心进行整机模拟仿真。将加工中心的整机模型文件导入Siemens RMVM软件中，基于加工中心各关键零/部件的配合关系、驱动特性和控制逻辑，建立虚拟控制台与加工中心各功能部件的控制映射关系，从而建立机床-工件-刀具一体化仿真模型，模拟加工中心加工车身后地板的34个面、100个孔等特征，如图6所示。

[图5 主轴箱变形及等效应力云图]

[图6 机床-工件-刀具一体化仿真模型]

通过将车身后地板的加工NC程序导入模拟器，模拟数控系统对NC程序进行解析与执行，在模拟仿真中复刻三主轴五轴加工中心实际加工过程中各个功能组件的动态行为。基于车身后地板加工的实例程序对三主轴五轴加工中心的多主轴联动加工效果进行模拟仿真，以检测三主轴在加工过程中潜在的结构干涉、行程不足或路径冗余问题，预测多主轴的联动加工效果以及计算多主轴的加工同步率，为切削参数优化和主轴协同策略提供数据支持。

2 仿真结果与实验对比

三主轴加工中心仿真及实验结果如表1所示。通过Siemens RMVM软件模拟加工某汽车车身后地板部件上34个加工面、10个槽、100个孔和115个螺纹，卧式三主轴加工中心和卧式双主轴加工中心的单件加工节拍和主轴同步率对比如表1所示，卧式三主轴加工中心相比于同类型双主轴加工中心的加工效率提升了41.9%，主轴同步率提升了5.2%，达到96.5%；由此看出三主轴加工中心的性能相较于双主轴加工中心有明显提升。在三主轴加工中心加工车身后地板的仿真中，单件加工节拍预测值为8.00min，与实验结果偏差小于3%，验证了仿真模型的准确性。实验结果表明，加工后的车身后地板孔系位置精度达±0.03mm，表面粗糙度Ra=0.8μm，满足设计要求。

表1 三主轴加工中心仿真及实验结果

评估指标	卧式双主轴加工中心(仿真)	卧式三主轴加工中心(仿真)	提升/%	卧式三主轴加工中心(实验)
单件加工节拍/min	13.77	8.00	41.9	8.16
主轴同步率/%	91.7	96.5	5.2	96.0

研发的三主轴五轴加工中心试验机型A30如图7所示。A30的X/Y/Z方向行程达到2900/1800/1200mm，快速进给速度达到120m/min，主轴转速为20000r/min，摆头B/C轴转速达到60r/min。刀库可容纳120把刀，换刀时间经优化后可达到4.0s，特别适合整体式复杂构件批量生产。A30的技术指标与同类机床的对比如表2所示。可见，A30的整体技术指标达到国际领先水平。