基于數(shù)控仿真軟件的數(shù)控車(chē)零件機(jī)械加工設(shè)計(jì)

肖河

摘 要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)水平的不斷提升，仿真技術(shù)被廣泛應(yīng)用于航天航空及工業(yè)過(guò)程控制和機(jī)械制造領(lǐng)域中。數(shù)控加工仿真軟件是利用PC平臺(tái)模擬數(shù)控機(jī)床加工軟件，此軟件對(duì)硬件要求偏低，同時(shí)操作界面及數(shù)控機(jī)床類(lèi)似，主要是易學(xué)易用且價(jià)格低，所以受到諸多企業(yè)及生產(chǎn)加工人員的喜愛(ài)。該技術(shù)可將CAD/CAM軟件二維幾何圖形設(shè)計(jì)融進(jìn)數(shù)控仿真中，從而展開(kāi)刀具路徑模擬及加工實(shí)體模擬等，同時(shí)也可展開(kāi)人機(jī)交互以達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)至加工一體化，這充分提升了加工效率。

關(guān)鍵詞：數(shù)控仿真；數(shù)控車(chē)零件；機(jī)械加工

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.24.003

基于CAD/CAM/CAPP的PLM技術(shù)，可使得不同系統(tǒng)校驗(yàn)和加工時(shí)誤差精確度無(wú)紙化，同時(shí)進(jìn)行全過(guò)程動(dòng)畫(huà)模擬，多用于各類(lèi)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)出圖、工業(yè)確定、數(shù)控程序生成中，但各大專(zhuān)業(yè)軟件并非完美，其間仍有著諸多不足之處，軟件仿真不能真正代替實(shí)際加工中的校驗(yàn)性，不過(guò)處理此類(lèi)問(wèn)題則可充分提升產(chǎn)品可靠性及生產(chǎn)效率。本文深層分析了基于數(shù)控仿真軟件的數(shù)控車(chē)零件機(jī)械加工，并提出實(shí)用性應(yīng)用設(shè)計(jì)。

1 數(shù)控仿真軟件與數(shù)控機(jī)床關(guān)系

1.1 數(shù)控仿真軟件與數(shù)控機(jī)床關(guān)系概述

現(xiàn)代化發(fā)展與數(shù)控加工技術(shù)息息相關(guān)，因此數(shù)控專(zhuān)業(yè)人員數(shù)控機(jī)床操作能力非常重要。若是不理解制造工藝及數(shù)控機(jī)床操作，則數(shù)據(jù)程序編程與具體情況嚴(yán)重脫軌，這時(shí)則僅是從理論性教材中獲取知識(shí)，并沒(méi)有實(shí)踐性指導(dǎo)，從而演變?yōu)榧埳险劚?。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)水平的不斷提升，使得虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)快速發(fā)展，促使著可模擬設(shè)備加工環(huán)境極其工作實(shí)際情況下計(jì)算機(jī)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)生成，是利用計(jì)算機(jī)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)展開(kāi)各項(xiàng)培訓(xùn)，可有效提升操作者自身素質(zhì)，同時(shí)提升安全性且降低費(fèi)用?，F(xiàn)階段數(shù)控加工仿真系統(tǒng)軟件形式眾多，不過(guò)此類(lèi)數(shù)控機(jī)床仿真系統(tǒng)本附帶仿真系統(tǒng)，生產(chǎn)中卻具備極大的局限性，各項(xiàng)技術(shù)掌握較為困難，同時(shí)生產(chǎn)者訓(xùn)練存在諸多阻礙，再加上很多先構(gòu)圖自動(dòng)式編程仿真軟件不適應(yīng)社會(huì)生產(chǎn)需求及要求。就比如，DLANOGOR軟件可以校驗(yàn)編程程序，不過(guò)操作起來(lái)非常復(fù)雜，很多數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床均不適應(yīng)該軟件，該軟件也不能對(duì)生產(chǎn)中對(duì)刀訓(xùn)練進(jìn)行訓(xùn)練，更不能?chē)?yán)格訓(xùn)練對(duì)應(yīng)操作面板。國(guó)內(nèi)數(shù)控加工仿真軟件也大都滿(mǎn)足不了現(xiàn)代化需求。不過(guò)美國(guó)的Vericut軟件卻具備良好的數(shù)控仿真能力，該軟件注重虛擬現(xiàn)實(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)控銑床和數(shù)控加工核心及數(shù)控車(chē)床零件加工等方面的仿真，其間還包括毛坯定義，或者是夾具刀具定義的選擇，也可設(shè)置零件基準(zhǔn)測(cè)量，有效調(diào)試數(shù)控程序的輸入和編輯，其有著多種數(shù)控系統(tǒng)，模擬功能更是多系統(tǒng)、多機(jī)床、多零件，該軟件具備很強(qiáng)的獨(dú)創(chuàng)性，目前其仿真能力已是國(guó)際先進(jìn)水平。

1.2 數(shù)控系統(tǒng)主要功能

虛擬數(shù)控機(jī)床可以說(shuō)是虛擬環(huán)境中數(shù)控機(jī)床具體模型。和真實(shí)機(jī)床對(duì)比而言則虛擬數(shù)控機(jī)床有著下述幾方面功能：虛擬數(shù)控機(jī)床和真實(shí)機(jī)床相同，其結(jié)構(gòu)完全相同，虛擬數(shù)控機(jī)床可模仿具體機(jī)床所有功能，同時(shí)不會(huì)因運(yùn)用某個(gè)類(lèi)似替代物而造成某個(gè)結(jié)構(gòu)及信息出現(xiàn)失真及丟失問(wèn)題，其和真正機(jī)床有著相同界面風(fēng)格，這給技術(shù)人員的學(xué)習(xí)及培訓(xùn)帶來(lái)極大益處。虛擬數(shù)控機(jī)床具備強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)功能，這同時(shí)為遠(yuǎn)程教育提供可能性。健全的圖形及標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口，使得用戶(hù)可于真正環(huán)境中展開(kāi)虛擬機(jī)床運(yùn)行，同時(shí)可詳細(xì)觀察到各類(lèi)運(yùn)行參數(shù)，再將其和CAD/CAM軟件進(jìn)行連接，虛擬數(shù)控機(jī)床通常均是基于平臺(tái)構(gòu)建而實(shí)現(xiàn)的。

2 CAXA數(shù)控車(chē)設(shè)計(jì)及加工工藝出圖

2.1 機(jī)械設(shè)計(jì)圖紙生成分析

CAXA數(shù)控車(chē)具備較強(qiáng)的圖紙生成分析，其可快速形成非常完整的二維機(jī)械設(shè)計(jì)圖紙，CAXA數(shù)控車(chē)主要是利用公式曲線指令進(jìn)行制圖，也就是二軸參數(shù)方程各表方法，同時(shí)因之后的各項(xiàng)加工軌跡生成只需要對(duì)應(yīng)零件和毛坯，所以是利用圖層設(shè)置，把核心線和對(duì)應(yīng)尺寸線放在圖層內(nèi)部以實(shí)現(xiàn)隱藏。零件和毛坯剩余部分是設(shè)置鏡像層與軌跡層來(lái)實(shí)現(xiàn)加工軌跡設(shè)計(jì)。利用文字進(jìn)行零件標(biāo)注以代替修改功能，但是加工軌跡和對(duì)應(yīng)程序生成是基于圖形具體尺寸設(shè)計(jì)而進(jìn)行的，單位為毫米不可隨意更改。圖幅調(diào)進(jìn)填寫(xiě)是以CAXA坐標(biāo)系原點(diǎn)為中心，將數(shù)控編程原點(diǎn)作為加工繪圖原點(diǎn)，同時(shí)毛坯右側(cè)端面是中心點(diǎn)。設(shè)計(jì)圖紙中各零件都是基于加工原點(diǎn)尺寸設(shè)計(jì)，再縮放、偏移至圖幅中心，最終對(duì)其進(jìn)行注釋。

2.2 工藝設(shè)計(jì)生成左右內(nèi)外加工工藝圖

加工時(shí)要依據(jù)裝夾、刀具等生成真實(shí)比例及原點(diǎn)位于毛坯右端核心的工藝圖紙。工藝圖紙數(shù)量并無(wú)具體規(guī)定，往往是按照實(shí)際要求來(lái)精確工藝文件，使其生成各方面單步圖紙，再者就是集合自動(dòng)換刀程序而單獨(dú)生成某部分工藝軌跡圖。加工軌跡一般分為白色，即指令快刀型；或者是綠刀切削用量界面內(nèi)部進(jìn)刀量、速度、走刀；粉紅色退刀；紅色進(jìn)刀。這些軌跡顏色嚴(yán)禁擅自修改，同時(shí)也極易被混淆，要專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)軌跡土層，實(shí)現(xiàn)顯示隱藏。要切削的毛坯部分和保留成形部分都設(shè)置對(duì)應(yīng)土層，再采用不同顏色和線性以達(dá)到加工拾取的目的。工藝圖紙對(duì)內(nèi)外溝槽繪制處理主要是CAXA數(shù)控車(chē)會(huì)出現(xiàn)不識(shí)別及跳槽，再加上粗加工內(nèi)部溝槽進(jìn)行下切時(shí)，工藝出錯(cuò)無(wú)需不同工藝圖紙進(jìn)行溝槽封口。圖層會(huì)把對(duì)應(yīng)溝槽與封口進(jìn)行嚴(yán)格設(shè)置，同時(shí)將其有效隱藏，CAXA數(shù)控車(chē)會(huì)出現(xiàn)隱藏圖層不識(shí)別而出現(xiàn)加工缺陷。工藝圖紙應(yīng)繪制螺紋大徑，加工時(shí)輸入對(duì)應(yīng)螺紋牙深即可。

3 CAXA數(shù)控車(chē)生成加工軌跡

3.1 機(jī)床類(lèi)型設(shè)置

CAXA數(shù)控車(chē)設(shè)置中存在的誤差往往是在軌跡生成中進(jìn)行處理，若生成FANUC數(shù)控系統(tǒng)指令，極易出現(xiàn)不可預(yù)知的誤差及缺陷，螺紋切削指令應(yīng)是G32，且其加工節(jié)距是F，刀具號(hào)或補(bǔ)償號(hào)位數(shù)是2，同時(shí)自動(dòng)補(bǔ)足為0，行結(jié)束符則應(yīng)是小寫(xiě)分好。

3.2 后置處理設(shè)置

后置設(shè)置程序主要格式應(yīng)重視數(shù)控車(chē)程序，樣本也應(yīng)基于數(shù)控車(chē)程序，不需設(shè)置行數(shù)上限，應(yīng)允許CAXA將復(fù)雜程序自動(dòng)分離為若干文件。用戶(hù)可自行將輪廓各項(xiàng)加工分為若干步，同時(shí)用人工添加主和子程序方式將其連接。endprint

3.3 刀具庫(kù)設(shè)置

刀具庫(kù)的設(shè)置也是極易出現(xiàn)各方面問(wèn)題，比如，添加對(duì)應(yīng)刀具時(shí)，軟件界面要設(shè)置遺漏刀具補(bǔ)償號(hào)，每添加新刀具時(shí)，刀具庫(kù)應(yīng)及時(shí)于管理界面進(jìn)行補(bǔ)充，未補(bǔ)償時(shí)則程序自動(dòng)警報(bào)。刀具名應(yīng)是中文，切槽車(chē)設(shè)置軟件不穩(wěn)定時(shí)，銑刀具和鉆孔車(chē)刀設(shè)置則就沒(méi)意義。

3.4 生成加工軌跡

CAXA數(shù)控車(chē)工具欄提供6個(gè)車(chē)加工，6個(gè)二軸銑加工指令，并且車(chē)加工指令間包括固定循環(huán)指令，為了生成用戶(hù)容易理解的數(shù)控車(chē)程序，但是實(shí)際加工中應(yīng)用極少。鉆孔加工是把鉆頭用刀架固定，這也使得鉆孔軌跡和程序生成無(wú)效。VNUC能夠仿真此類(lèi)加工模式，同時(shí)也是此類(lèi)教學(xué)中可應(yīng)用的方面案例。指令中并未設(shè)置內(nèi)部溝槽與內(nèi)螺紋加工。探析其間處理方案則可將內(nèi)部溝槽及螺紋繪制完成，之后根據(jù)CAXA坐標(biāo)系X軸鏡像之后而生成對(duì)應(yīng)加工程序，手動(dòng)則是基于X-代替全部X。內(nèi)加工都需嚴(yán)格關(guān)注起刀點(diǎn)及刀具直徑、孔徑之間的比例。CAXA仿真不檢查內(nèi)部干涉撞刀問(wèn)題。

3.5 數(shù)控代碼及工藝文件生成

軌跡完成之后應(yīng)嚴(yán)格管理生成的數(shù)控系統(tǒng)工藝文件與程序，切輪廓、槽、螺紋等步驟加工合一程序生成應(yīng)注重?fù)Q刀點(diǎn)，并且嚴(yán)格關(guān)注各步加工程序先后循序及軌跡生成先后順序，這時(shí)則生成的程序順序是取決于拾取軌跡順序。不同的銑加工CAXA制造工程師軟件，CAXA數(shù)控車(chē)并沒(méi)有專(zhuān)門(mén)工藝文件生成指令。這時(shí)采用不同軌跡來(lái)生成TXT。

4 仿真軟件多元評(píng)價(jià)體系

仿真軟件均具備其自身特定規(guī)范性，這就要求應(yīng)嚴(yán)格核對(duì)程序名、刀具規(guī)格、毛坯大小等方面，加上坐標(biāo)系及工藝規(guī)程等方面的一致性。仿真時(shí)應(yīng)詳細(xì)檢車(chē)刀具及機(jī)床與工裝零件存在互相干涉碰撞與否，嚴(yán)格檢查比對(duì)程序出現(xiàn)過(guò)切或者是加工殘余。可能超程零件要嚴(yán)格確定零件擺放位置，同時(shí)將仿真檢查作為工藝紀(jì)律的重要內(nèi)容。仿真軟件管理便捷，不管是新產(chǎn)品制造，所有程序都要進(jìn)行仿真與核對(duì)，復(fù)雜件要三方審定，通過(guò)之后才可應(yīng)用。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著社會(huì)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)環(huán)境的日益激化，安全生產(chǎn)則成為企業(yè)穩(wěn)固生存且持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容，質(zhì)量成為了企業(yè)生命源泉，工作效率是企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要?jiǎng)恿Γ虼税逊抡婕夹g(shù)及工藝和生產(chǎn)管理有效結(jié)合極為關(guān)鍵，從而生成整套仿真應(yīng)用規(guī)范以提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，確保企業(yè)在市場(chǎng)中占據(jù)一定優(yōu)勢(shì)。文中CAXA數(shù)控車(chē)軟件結(jié)合VNUC數(shù)控仿真軟件，對(duì)不同工藝材料機(jī)械產(chǎn)品繪制設(shè)計(jì)，以達(dá)到工藝出圖且生成數(shù)控程序，從而進(jìn)行仿真機(jī)床實(shí)操加工以生成工藝文件，使得復(fù)雜案例數(shù)控車(chē)零件全方位安全仿真加工校對(duì)。本文就基于數(shù)控仿真軟件進(jìn)行了深層分析，探析了數(shù)控車(chē)零件機(jī)械加工設(shè)計(jì)各方面因素，同時(shí)提出實(shí)用性設(shè)計(jì)策略，以期提升國(guó)內(nèi)數(shù)控零件機(jī)械加工水平及質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]駱勇駿，葉邦彥.基于數(shù)控加工工藝驗(yàn)證的仿真方法研究[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2009（08）.

[2]遲乾洲，湯受鵬.數(shù)控車(chē)零件機(jī)械設(shè)計(jì)加工全過(guò)程仿真實(shí)現(xiàn)方法[J].鋁加工，2013（06）.

[3]郟堅(jiān)軍，王增杰.CAXA軟件在中職數(shù)控教學(xué)中的應(yīng)用[J].中等職業(yè)教育，2009（12）.

[4]劉玉敏，張善青.數(shù)控車(chē)刀尖R補(bǔ)償?shù)姆治龊蛻?yīng)用[J].現(xiàn)代制造工程，2006（05）.

[5]唐蔡華.淺析數(shù)控車(chē)加工工藝[J].信息系統(tǒng)工程，2010（12）.endprint