數(shù)控機(jī)床的仿真及編程技術(shù)典型應(yīng)用

周大成　萬騰

摘 要：數(shù)控加工技術(shù)是我國(guó)工業(yè)科技的重要代表技術(shù)，它能夠在很大程度上減輕機(jī)械加工過程中的人力勞動(dòng)。通過對(duì)數(shù)控機(jī)床仿真技術(shù)及編程應(yīng)用的介紹，說明了仿真技術(shù)及合理編程的必要性，并強(qiáng)調(diào)了數(shù)控技術(shù)發(fā)展的重要意義。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；仿真；編程；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.12.040

數(shù)控加工技術(shù)是現(xiàn)代化機(jī)械加工的一項(xiàng)重要技術(shù)，通過實(shí)現(xiàn)編制確定的加工工藝流程完成自動(dòng)化的加工任務(wù)，在機(jī)床性能和精度近似的情況下，加工流程的設(shè)計(jì)以及相關(guān)影響因素的考慮顯得尤為重要。由于所需要加工的零件多為有一定規(guī)律的空間幾何形狀，較為先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床都采用多軸聯(lián)動(dòng)加工，這也在一定程度上提高了加工工藝設(shè)計(jì)及干涉分析的難度，因此對(duì)于復(fù)雜零件的多軸數(shù)控機(jī)床加工，可利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)代替現(xiàn)有的分析和計(jì)算手段，在最大程度上降低工藝中的問題，避免不必要損失的發(fā)生。而對(duì)于某些特定的零件，通過編程技術(shù)的應(yīng)用，可以巧妙地減少加工流程并降低加工誤差，實(shí)現(xiàn)最佳加工過程。

1 數(shù)控機(jī)床的仿真技術(shù)

在多軸的數(shù)控加工過程中，由于加工過程的復(fù)雜性，加工零件結(jié)果不明確因素較多，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，為減少廢件的產(chǎn)生率及機(jī)床與刀具的使用量，常采用替代零件加工法及替代刀具加工法完成指定零件的試加工過程，但采用這些方法，仍會(huì)產(chǎn)生大量廢料并增加數(shù)控機(jī)床的使用次數(shù)，仍然在很大程度上增加了加工成本的投入，尤其對(duì)于復(fù)雜的零件，往往需要十幾次甚至幾十次的加工才能完成零件的試制過程，這也明顯增加了零件的生產(chǎn)周期。針對(duì)以上問題，機(jī)床研究人員充分利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，在計(jì)算機(jī)模型的切削環(huán)境仿真、相關(guān)計(jì)算仿真、精確模型顯示等方面都取得了顯著的進(jìn)展，為復(fù)雜零件的數(shù)控加工提供了良好的前沿性保證，并且數(shù)控的仿真加工技術(shù)還在向著模型的高精確度、圖像顯示真實(shí)感增強(qiáng)以及實(shí)時(shí)化的仿真計(jì)算等方向進(jìn)步。

目前，對(duì)于數(shù)控機(jī)床的加工切削過程仿真大體分兩方面進(jìn)行研究，即力學(xué)仿真與幾何仿真。幾何仿真技術(shù)主要以計(jì)算機(jī)三維建模技術(shù)為基礎(chǔ)，主要包括了圖形顯示與干涉驗(yàn)證兩大功能，目前階段幾何仿真只針對(duì)于刀具與工件幾何模型的相對(duì)位置運(yùn)動(dòng)關(guān)系，來驗(yàn)證制定數(shù)控程序的準(zhǔn)確性，而完全不必考慮其加工過程中受力情況、相關(guān)參數(shù)及物理因素等的影響關(guān)系，因此，幾何仿真只能夠減少由于數(shù)控程序或工藝的設(shè)計(jì)失誤而導(dǎo)致的零件報(bào)廢、機(jī)床損傷、打刀或固定卡具損傷等問題，也能夠在一定程度上減少產(chǎn)品加工時(shí)間，降低生產(chǎn)成本。力學(xué)仿真是在物理學(xué)的發(fā)展基礎(chǔ)上建立的，它在仿真的過程中能夠?qū)崟r(shí)地分析零件及刀具的力學(xué)特性，進(jìn)而預(yù)測(cè)刀具的受力、振動(dòng)及可能的破損情況，同時(shí)通過對(duì)切削參數(shù)的調(diào)整達(dá)到優(yōu)化加工過程的目的。顯然力學(xué)仿真能夠在幾何仿真的基礎(chǔ)上給予數(shù)控加工過程更多的幫助，但是力學(xué)仿真在數(shù)控機(jī)床仿真加工過程中的應(yīng)用仍比較局限。當(dāng)下應(yīng)用較為廣泛的數(shù)控仿真系統(tǒng)包括VERICUT系統(tǒng)和Machine Simulation 系統(tǒng)，它們都具備完善的幾何仿真體系，并能結(jié)合力學(xué)仿真模塊進(jìn)行仿真分析，在數(shù)控加工的過程中，不僅對(duì)刀具的運(yùn)行軌跡進(jìn)行模擬，更能對(duì)機(jī)床的整個(gè)加工過程進(jìn)行仿真，來驗(yàn)證可能發(fā)生的問題及損壞情況，從而達(dá)到在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，最大限度地提高零件的加工效率。

2 數(shù)控編程技術(shù)典型應(yīng)用

數(shù)控編程是指通過對(duì)機(jī)械零件圖紙的讀取，通過一定的轉(zhuǎn)化方式，獲得準(zhǔn)確的數(shù)控加工程序的過程。其最實(shí)質(zhì)的任務(wù)就是控制加工刀具的刀位點(diǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)需要的刀具空間走位。

（1） 對(duì)于加工較為規(guī)整的表面凸起形狀零件，由于輪廓形狀中常包含有大量的直線與圓弧因素，這就要求在通過輪廓進(jìn)行編程的過程中，需要大量的計(jì)算才能保證加工過程直線和圓弧切點(diǎn)的準(zhǔn)確性，這就在很大程度上加大了編程的難度，也增加了出現(xiàn)問題的可能性，針對(duì)于這一情況，采用通過中心線進(jìn)行編程與定位就會(huì)變得更為方便，不僅使尺寸關(guān)系變得更加清晰，而且加工過程也更加簡(jiǎn)單。

（2） 當(dāng)對(duì)較長(zhǎng)平面零件進(jìn)行圖案刻制加工時(shí)，由于較長(zhǎng)平面的平面度效果通常不佳，因此當(dāng)以某一邊界平面為定位面時(shí)，在刻制的過程中就容易出現(xiàn)所刻圖案的深度不一致的現(xiàn)象，為解決這一問題，可在編程的時(shí)候選取一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度進(jìn)行對(duì)刀，并在程序的開始位置添加變量代號(hào)G52Z# 101，即可在加工之前測(cè)量實(shí)際距離，如將標(biāo)準(zhǔn)距離與實(shí)際距離的差值帶入101號(hào)變量中，以減少廢品的產(chǎn)生率。

（3） 在通過外圓車刀加工旋轉(zhuǎn)拋物面零件時(shí)，由于機(jī)床本身不能進(jìn)行拋物線加工過程的插補(bǔ)，當(dāng)粗加工完成后、精加工開始時(shí)需要編一段循環(huán)程序通過一系列的直線段來逼近拋物線，以保證拋物線加工的準(zhǔn)確性。在通過數(shù)控車床加工外圓槽時(shí)，應(yīng)將程序的定位點(diǎn)定位于左刀尖上，控制好Z方向上的加工間隔，刀具的選擇上以切斷刀為宜。

3 結(jié)束語

總而言之，數(shù)控加工作為現(xiàn)代化工業(yè)領(lǐng)域最便捷的加工技術(shù)之一，對(duì)其進(jìn)行更深層次的研究與探索具有十分深遠(yuǎn)的意義。通過研究數(shù)控機(jī)床的仿真技術(shù)，能夠在很大程度上降低復(fù)雜工件制造過程的試制次數(shù)與廢品產(chǎn)生率，明顯增長(zhǎng)生產(chǎn)效益。而在數(shù)控編程的過程中，以實(shí)際情況為依托，靈活選用編程的方式與代碼，以及宏程序的應(yīng)用，使數(shù)控加工更加合理、簡(jiǎn)潔、高效。endprint