高精度五轴转台方位系统设计与仿真
五轴联动加工中心后置处理的编写与验证
五轴联动加工中心后置处理的编写与验证五轴联动加工中心后置处理的编写与验证摘要：本文针对瑞士MIKRON UCP710工作台双摆动式五轴联动加工中心机床的运动原理，以及Heidenhain iTNC430控制系统的特点，阐述运用UG软件中后处理工具——UG POSTBUID 3.4.1，定制适合ucp 710五轴后处理的开发思路，并且通过VERICUT模拟软件进行模拟验证成功。
目前成功开发出来的五轴后处理已在本校实训中心MIKRON UCP710五轴机床中得以全面应用，顺利地完成了各种3～5轴的零件加工。
关键词：五轴加工中心 UG Postbuld VERICUT1、任务的来源2001年冬，本中心购置了一台由瑞士MIKRON品牌的五轴联动加工中心，型号为——UCP710。
如图1所示，此机床为工作台双摆动结构，（俗称：Table—Table双摆台）。
通过X/Y/Z三个线性轴、定轴A轴的摆动和转动轴C轴的转动实现五轴联动加工。
该机床的控制系统是德国的Heidenhai iTNC 430。
目前，后置处理文件是计算机辅助制造软件中CAM 与机床控制系统之间沟通的桥梁，是实现多轴加工的关键之一。
同时本中心现配有CAD/CAM软件——UG，为了让UCP710早日投入到教学与生产加工，我们必须解决后置处理的问题。
现在国内多轴机床后置处理程序的开发已慢慢开始发展，但很多的资源还要通过国外进行技术支持。
即使客户选购能够实现多轴加工编程的软件，但还要额外支付昂贵的后置开发费用才能实现软件与机床的“通讯”。
开发通用的编写后置处理工具软件，可以有效地保证NC程序正确性，提高编程人员的后置处理技术以及效率，还可以把零件加工信息（如图号、工序号、刀具规格、程序加工时间等参数）嵌入NC程序中，提高加工的安全性，增加程序的可读性，减少操作人员的人为加工误差。
2、UCP710 post开发的过程目前，常用的后置处理方法主要有以下两种：第一种，利用CAD/CAM软件的通用后置处理模块，定义的运动方式，通过选取/软件提供的机床标准控制系统，定义某一类型或某台的后置处理。
基于1553B总线的航电系统半实物仿真远程级联
基于1553B总线的航电系统半实物仿真远程级联作者：惠言钱忠洋周亚光张刚来源：《航空维修与工程》2022年第08期摘要：半实物仿真技术是地面评估航电系统作战效能的重要仿真方法。
航电设备因工作原理差异需在不同的物理环境下开展试验，为实现闭环测试，基于1553B总线通信的航电系统要解决传输距离限制问题。
本文通过分析1553B总线协议，总结影响传输距离的原因，提出采用光电转换和光纤传输来实现航电设备远程级联。
关键词：航电系统；半实物仿真；1553B总线；光纤传输；远程级联Keywords： avionics system；hardware-in-the-loop simulation；1553B bus；optical fiber transmission；remote cascade1 半实物仿真系统航空电子系统是现代军用飞机信息化的核心，是信息感知、显示处理和武器交联中心，其性能和技术水平直接决定和影响飞机的整体性能和作战效能。
在飞机的全生命周期内，航电系统的功能、性能在研制、加改装以及维修保障期间均有可能发生变化，如何有效评估航电系统的功能和性能是精准定位缺陷和故障、提升飞机战斗力的重要保证。
半实物仿真通过将待测装备加入由计算机软件、数学模型和物理效应设备组成的仿真系统中，可有效评价装备的性能和功能[1，2]。
航电系统半实物仿真系统主要包括仿真控制中心、射频仿真实验室和光电仿真实验室，具体描述如下。
1）仿真控制中心由试验控制系统、航電装备仿真器、配套支持设备组成[3]。
试验控制系统承担试验设计、任务加载、仿真管理、状态监控和性能评估等任务；航电装备仿真器可替代真实装备接入航电总线，构造航电综合试验环境；配套支持设备指综合试验环境中支持测试任务执行的辅助产品，包括供电、电缆（含总线）、设备台架等。
2）射频仿真实验室由微波暗室、目标生成系统、转台系统及相关控制计算机组成[4，5]。
微波暗室为独立空间内敷设吸波材料，形成1个近似无回波区的内场环境；目标生成系统主要由信号产生系统、目标阵列系统、阵列目标馈电系统组成，用于模拟生成雷达、电抗系统所需的目标信号，包括目标的距离、速度、微多普勒、雷达散射截面积起伏特性，以检验雷达、电抗系统的作战能力；转台系统用于安装雷达、电抗系统实物，通过高精度机械设备模拟载机俯仰、滚转、航向3个姿态角的变化。
JDPANNT5.5五轴模块使用说明书要点
JDPaint V5.5 多轴加工方法(版本0.01)北京精雕科技有限公司2007.08前言本文档从多轴基本知识、控制系统及控制软件（EN3D）设定及加工、JDPAINT5.5五轴编程模块等方面介绍一些常用的多轴加工技术，用以帮助使用者了解多轴加工操作和设定，减少多轴路径编程时间，改善多轴刀具路径质量。
本文档主要以实例的方式来介绍多轴编程加工，在阅读时可以结合实例来学习，可以达到更好的效果。
不同的人有不同的思路，因此请不要把本文档中介绍的一些技术视为多轴加工的基本原理，多轴加工技术内容相当丰富，不是薄薄一本手册可以覆盖的。
同时需要进行大量的实际加工，从中体会多轴加工的不同之处，灵活运用我们现有的编程功能，才能对五轴加工有一定的领悟。
阅读文档的读者应具备以下几方面的背景知识：1、对三轴精雕机有一定了解；2、具备一些模型的三轴加工经验；3、具备一些三维建模（或者曲面造型）经验者更佳。
第一章绪论在过去模具加工很少使用五轴加工，问题在于多轴机床的价格昂贵及人员培训与技术上的困难，大家皆敬而远之。
近年来因模具交期紧迫及价格压缩，五轴机床标准化产量，价格逐年下降，使五轴加工渐渐的受到模具业重视，多轴机床将是继高速加工机后另一个有效的加工工具。
1.1 五轴加工与三轴加工比较五轴加工与三轴加工比较，有以下几方面的优点：1) 减少工件非加工时间，可以提高加工效率五轴加工的一个主要优点是仅需经过一次装夹即可完成复杂形状零件的加工。
和多次装夹相比，它可极大地提高加工和生产能力，显著缩短产品加工周期及加工成本，并且提高了加工精度。
2) 刀具可以摆到更好的位置来加工曲面五轴加工完成一些三轴加工无法完成的加工，比如有负角的曲面零件加工，刀具可以摆到更好的位置来加工曲面，如图1-1所示。
图1-1 刀具可以摆到更好的位置来加工曲面图1-2 缩短加工时间, 改善表面加工质量3) 可以缩短曲面加工时间，改善曲面表面的加工质量五轴加工可通过将刀具倾斜一定角度，例如用铣刀侧刃进行铣削等，缩短加工时间；另外路径间距相同的情况下，用五轴加工工件表面的残留量要比三轴加工小得多，有利于改善加工曲面的表面光洁度，如图1-2所示。
VERICUT五轴虚拟机床模型的开发及后处理验证
Ｎ ，无需 在 机 床 上 直 接 操 作 ，快 速 、安 全 、可 靠 ， Ｃ
效 益更 明显 ，五 轴 加 工 中心按 照其 结 构 特 点 的 不 同 可分 为四 大类 ：双摆 头 机 床 、摆 头及 转 台机 床 、垂
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ｒ 加 参 。 冷 ， ’ 堋 磊
Ｃ Ｄ／ Ａ Ｃ Ｐ直甩 Ａ Ｃ Ｍ／ ＡＰ
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（一１０ 一 ０ ， 一１０ ，视 图 方 向 Ｈ —ＩＯ进 行 观 ７ ， ３０ ５） Ｓ
中心 ，这些 机构 的相互关 系相 当重要 ，不 能出错 。 ３ 。构 建 虚 拟 机床 模 型
图１ 五轴机床外观图
技 术 参 数 表
具 体 的 技 术 参 数
如 附表 。
根据上 述 的五 轴 机 床结 构关 系 就 可 以 构 建 机 床 模型 了 ，具 体步骤 如下 ： （ ） 起始 操 作 选 取 菜 单 中 Ｍｏ ｅ－ ｏ ｐ ｎ ｎ １ ｄｌ ￣Ｃ ｍ ｏ ｅ ｔ
别 、更 正 引起 的碰撞 。
代 了传统 的切 削 实 验 部 件 方 式 ，优 化 数 控 程 序 的 切 削速 度 ，获得 更高 效率 。
一
般的 Ｎ Ｃ仿 真 软件 只 能 模 拟 ２ 、３轴 的数 控 车
床或 加工 中心 ，数 控 系 统 、设 备 型 号 非 常有 限 ，有 些无法 验 证 宏 指 令 ，更 不 用 说 四五 轴 的机 床 了 。而 四五轴 加 工 中 心 有 许 多 种 形 式 ，有 立 式 的 、有 卧式 的 ；有 Ａ Ｂ轴 、Ｂ Ｃ轴 、Ｃ Ａ轴 ；有 的 是 工 作 台 翻 转 、
基于Vericut的教学型五轴机床运动仿真
基于Vericut的教学型五轴机床运动仿真张翔宇【摘要】基于课题需求设计了一种用于实训教学的摇篮结构五轴机床,为验证机床模型间的运动关系是否正确合理,文中采用VERICUT软件构建了摇篮结构五轴数控机床仿真环境,并在此基础上进行了小叶轮模型仿真加工,从而验证了模型机构的合理性,为下一步实际制作五轴机床提供了理论支持,同时也为其它结构机床的模拟仿真提供了一定经验.【期刊名称】《机械工程师》【年(卷),期】2017(000)001【总页数】3页(P7-9)【关键词】VERICUT;数控仿真;五轴机床;摇篮结构;叶轮加工【作者】张翔宇【作者单位】天津科技大学,天津300222【正文语种】中文【中图分类】TH164五轴联动数控机床在复杂曲面零件的生产制造以及航空航天、汽车、轮船和模具等行业中具有显著的优势和重要的现实意义[1]。
因此五轴加工技术的培训和教学亦非常重要[2]，但由于五轴数控机床价格昂贵，不适合大范围购置机床，开展实训教学；因此急需设计研制一种适用于五轴加工技术培训和教学的小型五轴数控机床。
本文根据课题需求，采用一种摇篮结构五轴机床，在实际生产制作前需要对机床的运动特性及工作合理性进行仿真验证。
VERICUT软件是美国CGTech公司开发的一款用于数控加工仿真的专业软件[3-5]，其能够验证切削过程中的干涉、碰撞和过切等缺陷，并且根据需求进行程序优化，此外还可以真实模拟机床各运动部件间的运动关系，采用该软件能够有效地验证五轴机床是否能够合理运动。
1.1 机床模型建立首先采用UG三维软件进行五轴机床的各部件设计，以及整体结构设计。
当前常见的五轴机床结构主要包括双摆头结构、双转台结构和摆头转台结构三大类，不同的结构有不同其特点，其中双摆台结构的实现和制作难度最小，而双摆台结构根据其机构特点又称作摇篮式，对于摇篮式五轴数控机床来说转动机构是它的主要组成部分，转动机构主要是承载工件的重量，固定工件带动工件按要求进行旋转。
HNC8五轴系统使用指南V1.0
HNC8五轴系统使用指南（版本V1.0）武汉华中数控股份有限公司2017.4.25目录第一章五轴机床加工特点 (3)第二章五轴数控机床结构 (7)第三章五轴功能介绍 (13)第四章五轴参数说明 (32)第五章五轴PLC介绍 (63)第六章五轴固定循环（倾斜面加工） (77)第七章重点说明 (80)附录A AC双转台标定方法 (81)附录B BC双摆头标定方法 (92)附录C B摆C转混合结构标定方法 (105)附录D AC双转台结构自动标定案例 (116)附录E五轴动态精度案例 (122)第一章五轴机床加工特点传统的三轴数控机床设备，在加工过程中刀轴的方向始终保持不变，机床只能沿着三个线性轴进行插补运动。
当加工图1中的零件的时候，三轴加工短板尤为突显。
相比三轴机床，五轴联动机床增加了两个旋转自由度，刀具运动姿态可以灵活变化，有利于刀具保持最佳的切削状态及有效避免加工干涉。
因此在加工复杂自由曲面的时候，五轴联动数控加工具有显著的优势。
(a)蜘蛛(b)叶轮(C)S件图1五轴典型加工零件相比三轴加工，五轴加工有以下几方面优点：（1）减少装夹次数，提高加工效率五轴加工的一个主要优点是仅需经过一次装夹即可完成复杂形状零件的加工,如倾斜孔加工，曲面加工等。
由于无需多次装夹，五轴联动加工技术不仅缩短了加工周期,而且避免了因多次装夹所造成的人工或机械误差，大大提高了加工精度。
图2一次装夹多面加工（2）保持最佳的切削姿态由于具备五个轴向的自由度，根据曲面的法矢量，转动旋转轴，使刀具总是保持最佳的切削姿态，提高切削效率。
五轴加工三轴加工（3）有效避免加工干涉对于复杂的曲面零件，例如：叶轮和叶片，某些加工区域由于三轴机床本身的缺陷会引起刀具干涉，无法满足加工要求。
而五轴机床通过改变刀具的切削方向，解决加工干涉问题。
五轴加工三轴加工（4）侧铣加工提高加工效率和质量在航空航天有曲面侧壁轮廓加工需求，将刀具倾斜一定的角度，通过刀具侧刃进行铣削，能够缩短加工时间和提高加工质量。
Acuitas转台
Acuitas转台介绍测试业务单元运动仿真和离心机，让我们的客户能够测试和校准传感器和部件。
应用在生产和开发阶段。
仿真业务单元飞行和目标模拟器能够让我们的客户复现对象的运动。
应用在如舰船，飞机、导弹，车辆，卫星的HWIL定制化产品提供客户定制化方案，满足客户的标准化产品无法满足的需求货架产品我们的货架产品能够涵盖大部分的客户需求，而且性价比非常高业务遍布全球. 最大的市场在航空、航天以及国防工业，汽车等领域用户飞速增长。
Acuitas转台优势▪运动模拟器世界市场的领导者▪高精度系统(<1 arc sec)▪高指向精度(<1 arc sec)▪高速度稳定性(10-5%或更高)▪高动态系统(>60’000/sec2)▪最低的机械装配误差单轴转台在某些应用中，按照需求提供激励，形式为绕着设备上某个转轴的角速率，加速度以及位置信号。
用于：惯性制导测试系统(IGTS)典型的被测装置▪陀螺仪▪加速计▪惯性测量单元(IMUs)▪惯性导航系统(INS)▪MEMS运动传感器两轴转台两轴独立的运动仿真可以进行高效表征、测试、校准单轴或多轴惯性系统以及组件。
用于▪惯性导航测试系统(IGTS)▪硬件在环测试(HWIL)▪Testing of optronic pointing devices▪其他典型的被测装置▪陀螺仪▪加速计▪惯性测量单元(IMUs)▪惯性导航系统(INS)▪MEMS运动传感器▪FLIR三轴转台三轴独立的运动仿真可以提供效率最高的多功能性表征、测试、校准单轴或多轴惯性系统以及组件。
用于▪惯性导航测试系统(IGTS)▪硬件在环测试(HWIL)▪Testing of optronic pointing devices▪其他典型的被测装置▪陀螺仪▪加速计▪惯性测量单元(IMUs)▪惯性导航系统(INS)▪陀螺稳定视线/EO▪RF/IR导引头五轴转台结合三轴飞行运动模拟器（FMS）以及两轴目标运动模拟器（TMS）形成五轴运动模拟器。
五轴数控机床发展与应用
五轴数控机床发展与应用五轴联动数控机床是一种科技含量高、精密度高专门用于加工复杂曲的机床，这种机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业，有着举足轻重的影响力。
现在，大家普遍认为，五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段。
装备制造业是一国工业之基石，它为新技术、新产品的开发和现代工业生产提供重要的手段，是不可或缺的战略性产业。
即使是发达工业化国家，也无不高度重视。
近年来，随着我国国民经济迅速发展和国防建设的需要，对高档的数控机床提出了急迫的大量需求。
机床是一个国家制造业水平的象征。
而代表机床制造业最高境界的是五轴联动数控机床系统，从某种意义上说，反映了一个国家的工业发展水平状况。
本文论述了五坐标联动数控机床和它典型五种结构、应用历史和用于加工复杂零件的优点以及它对发展制造业的重要作用。
并较详细介绍了五轴数控机床在工业中应用现状。
一、五轴联动数控机床五轴数控机床可用于加工许多型面复杂的特殊关键零件，对航空、航天、船舶、兵器、汽车、电力、模具和医疗器械等制造业的快速发展，对改善和提升诸如飞机、导弹、发动机、潜艇及发电机组、武器等装备性能都具有非常重要的作用。
五轴数控机床已成为装备制造业和先进国防武器装备产品快速研发与实现的关键基础性设备。
因此，西方工业发达国家都将五轴数控机床列为国家战略物资严格管理，限制出口到发展中国家。
五轴数控机床除和三轴数控机床一样具有XYZ三个直线运动坐标外，通常还有两个回转运动轴坐标。
常见的五轴数控机床或加工中心结构，主要通过五种技术途径实现。
①双转台结构(Double Rotary Table) 采用复合A（B）、C 轴回转工作台，通常一个转台在另一个转台上，要求两个转台回转中心线在空间上应能相交于一点。
②双摆角结构（Double Pivot Spindle Head）装备复合A、B 回转摆角的主轴头，同样要求两个摆角回转中心线在空间上应能相交于一点。
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Harbin Institute of Technology 课程设计说明书（论文）
课程名称： 自动控制原理课程设计 设计题目：高精度五轴转台方位系统 设计与仿真 院 系： 航天学院 班 级： XXXX 设 计 者： 学 号： 指导教师： XXXXXX 设计时间： 2014年2月
哈尔滨工业大学 自动控制原理课程设计 2
哈尔滨工业大学课程设计任务书 姓 名： 院 （系）：航天学院控制科学与工程系 专 业：探测制导与控制技术 班 号：1104201 任务起至日期： 2014年 2月 17日至 2014年 3月 20日
课程设计题目：高精度五轴仿真转台方位系统设计与仿真
对于高精度五轴仿真转台方位系统，已知其固有传递函数为 )18.5325.26491(87.95)()(2ssssIsQ
要求完成的主要任务： 设计控制器满足以下要求：最大角速度s/500；最大角加速度s/3500；动态误差小于5角秒；剪切频率高于50 1/s；相角裕度大于45度
工作量： （1） 画出原系统的Bode图，分析其是否满足性能指标。 （2） 人工设计 利用半对数坐标纸手工绘制系统校正前后及校正装置的Bode图，并确定出校正装置的传递函数。验证校正后系统是否满足性能指标要求。 （3） 计算机辅助设计 利用MATLAB语言对系统进行辅助设计、仿真和调试。 （4） 撰写设计报告。具体内容包括以下五个部分。 1） 设计任务书 2） 设计过程 人工设计过程包括计算数据、系统校正前后及校正装置的Bode图（在半对数坐标纸上）、校正装置的传递函数、性能指标验算数据。 计算机辅助设计过程包括Simulink仿真框图、Bode图、阶跃相应曲线、性能指标要求的其他曲线。 3） 校正装置电路图 4) 设计结论 5) 设计后的心得体会 自动控制原理课程设计 3
工作计划安排： 审题，查阅资料 2天 人工计算，计算机辅助设计 5天 修改，优化设计 5天 完成课程设计说明书 2天
同组设计者及分工：无同组设计者，全部自己完成
指导教师签字___________________ 年 月 日 教研室主任意见：
教研室主任签字___________________ 年 月 日 自动控制原理课程设计 4
目录 1、题目要求与分析...................................................................................................... 5 1.1题目要求.......................................................................................................... 5 1.2 题目分析......................................................................................................... 5 2、人工设计.................................................................................................................. 6 2.1 校正方法的选择............................................................................................. 6 2.2 串联迟后校正................................................................................................. 7 2.2.1 串联迟后校正计算.............................................................................. 7 2.2.2 验算...................................................................................................... 8 2.3 局部反馈校正.................................................................................................9 2.3.1 局部反馈校正计算.............................................................................. 9 2.3.2 验算....................................................................................................11 2.4 校正结果的检验及修正...............................................................................11 3、 计算机辅助设计.................................................................................................. 12 3.1 校正前的开环simulink模型图................................................................... 12 3.2 校正前的开环Bode图 ................................................................................ 13 3.3 校正后的开环simulink模型图................................................................... 14 3.4 校正后的开环Bode图 ................................................................................ 14 3.5 校正后的闭环simulink模型图................................................................... 15 3.6 校正后的闭环单位阶跃响应仿真曲线....................................................... 15 3.7 校正后的闭环正弦响应仿真曲线………………………………………...16 4、校正装置电路图.................................................................................................... 17 4.1 串联装置原理图........................................................................................... 18 4.2 串联迟后校正环节装置电路....................................................................... 18 4.2 局部反馈校正环节装置电路……………………………………………...18 5、设计总结................................................................................................................ 19 6、心得体会................................................................................................................ 20 自动控制原理课程设计 5
1、题目要求与分析 1.1题目要求 （1）、对于高精度五轴仿真转台方位系统，已知其固有传递函数为
)18.5325.26491(87.95)()(2ssssIsQ
（2）、性能指标要求： a. 最大角速度s/500；
b. 最大角加速度s/3500； c. 动态误差小于5角秒； d. 剪切频率高于50 1/s； e. 相角裕度大于45度 1.2 题目分析 根据题目所给原系统传递函数如下：
)18.5325.26491(87.95)()(2ssssIsQ
可画出原控制系统的方框图如下 自动控制原理课程设计 6
令)(sG1)18.5325.26491(87.95)()(2ssssIsQ 可求得sradc/190
代入G(s)得0
225)(cjG
045
校正前的Bode图如附录一所示。 可知剪切频率 190 1/s远远小于设计要求，相角裕度-45度远远小于设计要求，故原系统不满足要求的指标。 2、人工设计 2.1 校正方法的选择 为增大带宽可以先增大开环放大倍数，且增大开环放大倍数可以减小动态误差，取增加的开环放大倍数为100.
得到控制系统的开环传递函数为
)18.5325.26491(9587)()(2ssssIsQ
画出当前系统的BODE图