如何提升企業(yè)的數(shù)控仿真水平

周代忠

摘要：本文通過對仿真環(huán)境中的機(jī)床硬件幾何尺寸，行程、換刀位置設(shè)置，對控制系統(tǒng)中主軸轉(zhuǎn)數(shù)、進(jìn)給速度，特殊機(jī)床刀補(bǔ)、具體指令的正確設(shè)置等方面來闡述如何完善企業(yè)的仿真環(huán)境，滿足企業(yè)數(shù)控仿真需要。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工；仿真加工

前言

隨著現(xiàn)代企業(yè)數(shù)控仿真技術(shù)體系的不斷建設(shè)，在數(shù)控加工中的應(yīng)用從簡單的檢查表面過切、殘留，加工過程中的碰撞，切削參數(shù)設(shè)置等內(nèi)容，逐步向全面通過仿真流程來自動檢查數(shù)控程序質(zhì)量的方向發(fā)展，擺脫對人能力的依賴，從而使整個企業(yè)的數(shù)控加工質(zhì)量保證體系更加穩(wěn)定、可靠。這種體系的建立，需要企業(yè)管理人員，技術(shù)人員對仿真環(huán)境基礎(chǔ)建設(shè)高度重視，從各個方面解決仿真中遇到的問題。

1.加工仿真環(huán)境數(shù)據(jù)庫建設(shè)

企業(yè)要保證所有新編數(shù)控程序仿真結(jié)果的正確與穩(wěn)定性，在建立規(guī)范、合理的仿真審批流程的同時，還須建立與所有數(shù)控機(jī)床完全匹配的仿真環(huán)境庫（由機(jī)床、控制系統(tǒng)、刀具庫組成），實(shí)現(xiàn)仿真加工效果和實(shí)際機(jī)床加工效果保持一致，不僅能最大程度的保證了程序的質(zhì)量，同時也保證通過仿真審批的數(shù)控程序能直接被機(jī)床利用，減少加工過程的調(diào)整。

2.仿真環(huán)境機(jī)床防錯設(shè)定

在仿真機(jī)床整體設(shè)計中，機(jī)床的部件尺寸，基本加工行程，初始位置設(shè)置幾個部分較為重要。

2.1仿真機(jī)床的部件及行程設(shè)定

在仿真機(jī)床構(gòu)建中，有兩點(diǎn)較為重要，需要特別重視，否則無法仿真檢查出程序中的錯誤。

（1） 機(jī)床主要硬件的幾何模型尺寸要與實(shí)際機(jī)床保持一致，尤其是機(jī)床的工作臺，主軸等部位的尺寸，這對檢查過程碰撞具有較大作用。

（2）機(jī)床的行程設(shè)計，需要保持和實(shí)際機(jī)床一致。在進(jìn)行機(jī)床數(shù)控仿真，才能準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)數(shù)控程序是否超過機(jī)床加工加工范圍，尤其是一些在機(jī)床加工行程邊緣的零件的數(shù)控程序，需要精確確定零件的進(jìn)對刀位置，

2.2機(jī)床主軸及換刀位置

在仿真機(jī)床設(shè)置過程中，機(jī)床主軸位置一般默認(rèn)放置，不作特殊處理，在對一般程序仿真過程中，這樣的設(shè)置都能準(zhǔn)確檢查出程序的正確與否，保持和現(xiàn)場不會出現(xiàn)任何問題，但在一些特殊情況下會檢查不出程序的錯誤，如主軸默認(rèn)放置在工作臺中心的位置，如果前一個程序加工后主軸停止在偏離工作臺中心的位置，當(dāng)前程序加工環(huán)形零件過中心線的孔時， 程序中未出現(xiàn)XO，由于程序仿真時繼承了仿真環(huán)境中主軸的默認(rèn)設(shè)置位置，仿真結(jié)果正確，但實(shí)際機(jī)床加工時，主軸并不會自動回到中心位置，就會出現(xiàn)加工錯誤。對這些潛在性的錯誤，檢查難度很大，很難保證這些手編程序中出現(xiàn)的錯誤被完全發(fā)現(xiàn)。

通過將機(jī)床初始位置設(shè)置在偏離工作臺中心，端面的位置，如設(shè)置在機(jī)床實(shí)際換刀位置，可消除程序不完善仿真無法發(fā)現(xiàn)的問題。在調(diào)整機(jī)床的默認(rèn)初始位置后，如果程序中出現(xiàn)缺少X0，YO，以及Z軸初始位置時，能及時通過仿真發(fā)現(xiàn)，無需編程校對人員花時間去檢查此項錯誤，提高了系統(tǒng)防錯能力。

3.控制系統(tǒng)防錯設(shè)置

3.1 主軸轉(zhuǎn)速

對每個機(jī)床，主軸的轉(zhuǎn)數(shù)都有一個最大最小值，同時在實(shí)際應(yīng)用過程中，主軸的轉(zhuǎn)數(shù)在一個更小的范圍內(nèi)進(jìn)行應(yīng)用。針對具體情況，可在具體仿真環(huán)境里對主軸的上限和下限設(shè)置一個具體的數(shù)值，當(dāng)進(jìn)行數(shù)控程序仿真時，如果主軸的轉(zhuǎn)數(shù)不在這個范圍內(nèi)，仿真自動報警，提示編程人員進(jìn)行修正。

3.2 進(jìn)給速度

對于進(jìn)給速度，同樣可以和主軸轉(zhuǎn)數(shù)一樣設(shè)置進(jìn)給速度的范圍，這樣可以在仿真過程中及時發(fā)現(xiàn)一些異常的進(jìn)給速度，如F0，F(xiàn)0.001等，不必人為的去檢查數(shù)控程序中的這類錯誤。

3.3特殊機(jī)床刀補(bǔ)控制

刀補(bǔ)仿真在仿真軟件中一般都能實(shí)現(xiàn)，但對一些特殊情況，仿真結(jié)果不一定能保證正確如在一些立臥轉(zhuǎn)換數(shù)控機(jī)床加直角度頭后，采用輪廓刀補(bǔ)方式加工環(huán)形零件內(nèi)腔部位尺寸，需要根據(jù)彎頭的刀具方向用G17、G18、G19指令指定刀補(bǔ)所在的平面，才能保證刀補(bǔ)程序加工的正確性，但在實(shí)際編程中，部分編程人員容易忘掉這個需求，同時仿真結(jié)果也顯示沒有問題，造成仿真結(jié)果與實(shí)際情況不符合，數(shù)控程序校對人員對這類情況沒有進(jìn)行專門關(guān)注，容易發(fā)生漏審的情況，對此此類特殊機(jī)床刀補(bǔ)問題在購買機(jī)床時可要求機(jī)床廠家提供解決辦法。

該問題如果由用戶自己解決，方法較為復(fù)雜，需要對刀補(bǔ)指令進(jìn)行重新定義，并結(jié)合系統(tǒng)全局變量進(jìn)行全程序檢測是否由G17、G18、G19指令指定了刀補(bǔ)平面，VERICUT軟件目前只能進(jìn)行單段程序語法檢測，實(shí)現(xiàn)的難度較大。一般解決方法是通過將機(jī)床加直角頭后的幾種狀態(tài)的仿真環(huán)境進(jìn)行針對性地設(shè)置，對每種狀態(tài)在進(jìn)行刀補(bǔ)加工時，都由仿真環(huán)境自動檢查是否指定對應(yīng)的刀補(bǔ)平面，沒有，報警提示，并使仿真結(jié)果錯誤。

3.4系統(tǒng)指令的正確性配置

Vericut軟件自身提供的仿真控制系統(tǒng)，是針對通用性的機(jī)床，有部分指令設(shè)置甚至包括了多種數(shù)控系統(tǒng)的功能，和實(shí)際機(jī)床功能不一致，需要進(jìn)行具體的調(diào)整。以西門子840D 仿真控制系統(tǒng)中的部分指令為例進(jìn)行介紹。

（1）暫停指令G04，這個G指令西門子、法納克等數(shù)控系統(tǒng)都支持，但在具體的編程用法方面，存在差異。西門子的編程格式為G4 F_ 或 G4 S_， 法納克系統(tǒng)編程格式為G04 X_；或G04 P_；但在仿真環(huán)境西門子840D控制系統(tǒng)中，該系統(tǒng)默認(rèn)支持G4 F_ ，G4 S_，G04 X_三種編程模式，這容易造成，當(dāng)編程人員在進(jìn)行西門子系統(tǒng)編程時，錯誤的采用法納克系統(tǒng)編程格式G04 X_時，系統(tǒng)仍認(rèn)為程序正確，無法及時的檢查出程序錯誤，對于此類問題，一是采取直接刪除定義格式，另一種是在各種設(shè)置中增加錯誤提示。

（2）換刀指令，西門子和法納克數(shù)控系統(tǒng)的默認(rèn)換刀指令都為M6，在四軸和五軸數(shù)控機(jī)床上，基本都不直接采用此指令進(jìn)行換刀，用一個包涵此指令的多功能子程序代替，對待這種指令，可此需要針對各個數(shù)控機(jī)床設(shè)置專門的換刀指令，替代M6。

4.仿真刀具庫建設(shè)

企業(yè)整個仿真體系的創(chuàng)建離不了仿真刀具庫的規(guī)范性建設(shè)，仿真刀具庫只有實(shí)現(xiàn)與編程刀具、現(xiàn)場加工刀具數(shù)據(jù)庫在命名規(guī)則上的統(tǒng)一，才能保證企業(yè)數(shù)控程序編制、仿真、加工過程順利銜接無干預(yù)執(zhí)行。同時仿真刀具庫中的刀具承載不同加工材料的切削參數(shù)，也需要對仿真刀具庫進(jìn)行長遠(yuǎn)合理的規(guī)劃，不斷積累和優(yōu)化刀具數(shù)據(jù)。因此仿真刀具庫建設(shè)看似簡單，其實(shí)非常關(guān)鍵，既影響仿真效率，又影響數(shù)控程序的加工效率，在仿真體系建設(shè)中需要高度重視。

5.總結(jié)

隨著數(shù)控仿真技術(shù)的發(fā)展，其在數(shù)控加工企業(yè)中的作用將變得更加突出，但要發(fā)揮好仿真軟件的功能，基于其建立完善的企業(yè)仿真體系，離不開對軟件及數(shù)控程序兩方面的深入研究，不斷規(guī)范兩方面的內(nèi)容，根據(jù)企業(yè)的需要不斷完善軟件中的不足之處，實(shí)現(xiàn)以仿真流程來完全檢查出數(shù)控程序中的錯誤，消除不必要的人為干預(yù)。建立起穩(wěn)定的數(shù)控程序質(zhì)量保證體系。