復(fù)雜零件數(shù)控加工中仿真技術(shù)應(yīng)用的幾點探討

李瓏

摘 要：隨著我國計算機技術(shù)的發(fā)展，我國機械自動化加工腳步也在不斷加快，促進了社會經(jīng)濟的進步和發(fā)展。復(fù)雜零件數(shù)控加工在機械制造中是其重要組成部分，在加工中使用仿真技術(shù)能夠使得數(shù)控加工獲得更高的精度與準(zhǔn)確度。文章根據(jù)相關(guān)工作經(jīng)驗，分析我國數(shù)控加工仿真技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀以及相關(guān)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：機械自動化；復(fù)雜零件數(shù)；仿真技術(shù)；應(yīng)用研究

中圖分類號：TH13 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）14-0036-02

1 概 述

數(shù)控加工中的仿真技術(shù)（ technique of simulation）主要指的是模擬現(xiàn)實工作機床與其具體的工作狀況，簡而言之，采用虛擬的仿真技術(shù)是一種對復(fù)雜零件數(shù)進行技能加工培訓(xùn)的方法。近年來，各大廠家為了滿足客戶的多樣化需求，將產(chǎn)品的研究周期不斷縮短，產(chǎn)品的零部件業(yè)務(wù)也就越來越復(fù)雜多變，與之相應(yīng)的為了提高產(chǎn)品的綜合競爭實力，仿真技術(shù)應(yīng)運而生，被廣大生產(chǎn)廠家所青睞[1]?，F(xiàn)階段我國高校教育中已經(jīng)有諸多數(shù)控加工仿真技術(shù)的教育教學(xué)系統(tǒng)，此理念已經(jīng)走在教育的前端，為我國工業(yè)制造的發(fā)展提供了大量的技術(shù)專業(yè)人才。在制造業(yè)中，一般采取計算機輔助設(shè)計，繼而實現(xiàn)三維環(huán)境下的加工仿真，對工具的運行軌跡進行準(zhǔn)確計算能夠生成代碼，最終提高企業(yè)的綜合競爭實力，擴大市場占有份額，實現(xiàn)經(jīng)濟效益與社會效益共贏[2]。

2 數(shù)控加工中的仿真技術(shù)分析

數(shù)控加工技術(shù)主要將計算機圖形與人機交換術(shù)進行有機結(jié)合，最終應(yīng)用于機械加工的整個過程。數(shù)控加工仿真技術(shù)可以被應(yīng)用于可視化技術(shù)當(dāng)中，繼而模擬出現(xiàn)實中的數(shù)控加工技藝，繼而在仿真軟件的幫助下調(diào)節(jié)器工作狀態(tài)。

簡而言之，虛擬顯示技術(shù)能夠通過計算機設(shè)備所創(chuàng)造出來的逼真嗅覺以及聽覺等自然地在虛擬世界里進行交互.從本質(zhì)上來說，虛擬現(xiàn)實就是通過一種較為先進的計算機端口來給用戶提供五官上面的感覺，最大限度地讓用戶利用此軟件，提供整個系統(tǒng)的工作效率[3]。

近年來，隨著機械加工零件的復(fù)雜程度以及精確度不斷被提高，加工種類也發(fā)生著巨大的變化，數(shù)控加工程序也變得愈來愈復(fù)雜，在把保證整數(shù)控加工的前提下高效利用數(shù)控設(shè)備成為企業(yè)目前遇到的最困難問題之一[4]。

數(shù)控技術(shù)的發(fā)展使得加工零件的NC代碼被廣泛運用，其正確性是否能夠達到具體相關(guān)需求有待時間以及實踐驗證。

合理利用數(shù)控仿真系統(tǒng)可以有效檢驗數(shù)控加工中的各種現(xiàn)象，尤其是在虛擬建設(shè)制造過程中，通過對數(shù)控機床系統(tǒng)的模擬能夠避免較大風(fēng)險，通過真實模擬加工過程能夠快速噢誒新機床操作工作人員且?guī)椭鷻C床制造商向潛在的客戶演示機械制造品。

3 數(shù)控加工仿真技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

在國外，韓國開發(fā)了銑削加工環(huán)境以及虛擬數(shù)控車削環(huán)境；日本研究了FREDAM系統(tǒng)實現(xiàn)了球頭銑刀加工三維仿真，可以用于碰撞檢查以及干涉檢查等；美國開發(fā)了虛擬控機床仿真器。上述數(shù)控加工仿真技術(shù)研究的發(fā)展推動了機械制造業(yè)的進步，基于此，加上先進的管理經(jīng)驗與高超的實踐操作能努力，提高了企業(yè)中常見的數(shù)控加工技術(shù)（UG/MAETERCAM軟件）。

在國內(nèi)，目前主要研究的數(shù)控加工仿真技術(shù)方向為：刀具的軌跡問題。

目前來看我國常用的加工方式為：

①幾何仿真模式；②物理仿真模式。

幾何仿真方式把零件與刀具看成一個整體，能夠有效檢驗其正確性。物理仿真模式將刀具以及零件看成一個可變彈性體，主要用于消除加工誤差。幾何仿真模式其主要缺點在于：未充分考慮到物理因素。

物理仿真模式的主要缺點在于：難以精確控制切削量，難以保證零部件的毛坯形狀。將幾個仿真模式與物理仿真模式兩者相互有機結(jié)合起來才能夠最大限度的實現(xiàn)高精度與高準(zhǔn)確度的切削，最終提高企業(yè)的競爭力[5]。

4 復(fù)雜零件數(shù)控加工中仿真技術(shù)的具體應(yīng)用

NCPVSS系統(tǒng)主要針對數(shù)控銑削加工，利用三維動畫來顯示整個數(shù)控加工過程。

以某工廠的某零件建模為例，由于該零件壁厚叫薄，在加工過程中容易出現(xiàn)變形事故，因此需要采用粗加工后細加工的方式，在中間的過程應(yīng)該進行尺寸精度的測量檢驗，盡量保持與設(shè)計之初要求一致，在加工大面積鉆孔時保證其垂直度。該零件的主要材料為鋁合金，對其進行預(yù)拉伸板材加工，此零件屬于高精度以及異形復(fù)雜腔體類，是數(shù)控加工的代表。

在加工過程中，首先需要對刀位數(shù)據(jù)進行計算，再通過后置處理軟件來將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為NC代碼需要，建立好虛擬的加工環(huán)境（主要包括機床模型以及刀具模型等）。此零部件為長方形，其內(nèi)部為槽腔結(jié)構(gòu)，其剛性比較差，所以應(yīng)該采用組合夾具方式來進行有效定位。在現(xiàn)有系統(tǒng)中的設(shè)計模塊點擊帶有夾具的命令，彈出窗口之后設(shè)計零件節(jié)點，再根據(jù)具體節(jié)點位置來選擇合適的夾緊位置，設(shè)計出壓板實體；連接好機床與壓板之間的螺栓，參考零件的具體位置后根據(jù)機床模型來設(shè)計。

在完成上述操作之后，創(chuàng)建數(shù)控加工具體操作方式，根據(jù)加工的具體內(nèi)容，制造出每道工序的操作方法，其軟件本身需要進行鉆孔、曲面加工等，在選好相關(guān)操作之后，自動生成刀具具體運行軌跡，此過程也被稱為是計算機自動編程。

應(yīng)用VERICUT機床仿真系統(tǒng)主要指的是利用大眾機床開進行仿真模擬，VERICUT仿真軟件的應(yīng)用，首先需要在MACHINE SIMULATION系統(tǒng)上創(chuàng)造出機床運動的主要模型[6]。MACHINE SIMULATION系統(tǒng)應(yīng)用能夠提供一些基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)庫供用戶參考使用，更為豐富的MACHINE SIMULATION系統(tǒng)能夠根據(jù)用戶的設(shè)計理念來進行相關(guān)調(diào)整。使用建模模塊進行幾何模型的設(shè)計能夠做出更為完美的設(shè)計圖紙，工程師利用配比圖紙設(shè)定出具體的控制文件和工作文件。

再在VERICUT系統(tǒng)引導(dǎo)下，對使用的毛坯進行定義設(shè)置，最后再步入到相關(guān)使用中，并且精確設(shè)定刀具軌跡的運行。

最后，使用VERICUT系統(tǒng)插入到MACHINE SIMULATION軟件系統(tǒng)中，根據(jù)機床的仿真模型添置一些較為實體的機器和毛坯實體，另外還需要在仿真軟件系統(tǒng)中設(shè)置一些相互對應(yīng)的參數(shù)，達到機床運動與刀具軌跡的兩者相互兼顧。

總而言之，VERICUT系統(tǒng)目前來看是使用最為廣泛的虛擬模擬軟件，能夠用于準(zhǔn)確的數(shù)控代碼查證，對較大的數(shù)控加工材料切削速度進行計算[7]。VERICUT系統(tǒng)還可以將切割的具體狀況顯示在計算機畫面上，讓技術(shù)操作人員能夠及時發(fā)現(xiàn)其中的問題并且做好調(diào)試工作，通過檢測刀具的運行軌跡來檢測加工工件的具體進度。在實際操作加工中，采用VERICUT系統(tǒng)可以對加工的具體程序進行相應(yīng)地檢查，避免受到不需要的加工軌跡影響。

從另外一個角度來看，設(shè)計師也可以通過AUTODIFF模塊作出數(shù)控仿真系統(tǒng)的前后比較，對仿真系統(tǒng)的零部件具體概念設(shè)計出不同差異的產(chǎn)品，對同樣的產(chǎn)品根據(jù)不同的設(shè)計理念進行比較，其中所產(chǎn)生的相關(guān)誤差能夠檢測仿真系統(tǒng)在現(xiàn)實操作運行過程中的過切/欠切發(fā)生事件。

從上述角度來看，優(yōu)化刀具軌跡需要進行多方面的實驗和研究，基于此能夠有效提高機床的工作效率。對仿真系統(tǒng)進行二次開發(fā)與操作時能夠?qū)Ψ抡嫣厥獾毒哌M行軌跡判斷，最終做出正確的決定[8]。

5 結(jié) 語

綜上所述，隨著數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展，在復(fù)雜的零部件加工過程中，為了有效減少廢品的實驗程序與過程，減少碰撞機床發(fā)生概率，技術(shù)人員需要對產(chǎn)品的物理仿真技術(shù)以及幾何仿真技術(shù)進行深入研究與思考[9]。

參考文獻：

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