数字孪生技术五轴编程产生背景

数字孪生技术五轴编程产生背景

五轴联动数控加工技术是一种比较先进的切削加工技术 $^{[1]}$ ，在航空航天、复杂模具的加工制造领域有着广泛的应用 $^{[2]}$ 。工件一次装夹可以完成多个面的加工，特别适合空间形状较为复杂的产品加工，但是这种设备的刀具空间移动轨迹相应较为复杂，很难人为地进行直观判断，这样一来就很容易造成干涉、碰撞以及超行程等问题，虽然人们可以利用仿真软件(如VERICUT等)进行加工前的仿真，但是这种仿真不能完全模拟出全部物理实体的信息状态 $^{[3]}$ 。数字孪生编程技术能很好地解决此问题。数字孪生编程技术(即DT编程技术)就是将需要加工的物理实体映射到虚拟的数字软件中，利用虚拟的数字软件对将要加工的物理实体进行全方位的真实的仿真，最大程度地呈现物理实体信息的加工要素 $^{[4]}$ 。

传统五轴编程技术特点

传统的三轴编程加工路径比较直观，加工所用的刀具和夹具的安全性也可以人为地直观判断，另外也可以通过抬高刀具的Z轴高度试切的方法来观察刀具路径是否安全。五轴编程的刀具路径比三轴编程的刀具路径更复杂，五轴加工路径和几何模型没有外观的相似性，无法通过抬高刀轴来模拟仿真刀具路径，另外五轴刀具路径空间变换也无法通过直观判断来确定其安全性，所以五轴编程技术的难点在于如何确保加工程序的安全性，保证输入到机床里的程序是安全的。传统的五轴编程过程如图1所示。

传统五轴编程存在的问题

1)在建立几何模型时，没有考虑工装或工装和实际物体有差别，虽然有仿真，但可能引起的刀具或主轴与工装存在碰撞无法通过观察来判断。

2)编程软件中建立的刀具表，没有考虑真实的刀柄形状、装夹长度等，容易造成碰撞和过载。在编程软件中，刀具表与机床刀库中使用的刀具不匹配，需要重新调整，容易漏掉过切碰撞等检查。

3)编程软件中未考虑实际机床的行程，一旦程序在机床中运行，很容易中途出现机床超行程报警的问题，这样一来不得不重新调整刀具路径。

引起以上问题的原因就是没有保证编程软件中的刀具、夹具、机床与真实使用的刀具、夹具、机床一一对应，无法真实地仿真出安全的刀具路径。基于数字孪生技术的精雕SurfMill9.6五轴编程技术就可以解决上述一系列的问题。