數(shù)控機(jī)床加工仿真技術(shù)及應(yīng)用

陳長遠(yuǎn) 鄭美英

摘 要： 我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)與經(jīng)濟(jì)大發(fā)展中，不同行業(yè)發(fā)展迅速，在工業(yè)生產(chǎn)以及制造業(yè)的運(yùn)行發(fā)展中，對(duì)先進(jìn)工藝技術(shù)的和設(shè)備的應(yīng)用不斷增加，提高生產(chǎn)率的同時(shí)，也保證了產(chǎn)品生產(chǎn)的質(zhì)量。在制造業(yè)中使用的數(shù)控機(jī)床主要是使用數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床生產(chǎn)的控制，自動(dòng)化機(jī)床內(nèi)部裝有控制系統(tǒng)和控制程序，因而對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工是自動(dòng)化的過程，需要操作人員在加工前對(duì)工藝流程和加工過程等有所了解。隨著現(xiàn)代化科技技術(shù)的不斷應(yīng)用于發(fā)展，在數(shù)控機(jī)床加工過程中應(yīng)用仿真技術(shù)，能夠促進(jìn)對(duì)機(jī)床加工的綜合控制，本篇文章在此基礎(chǔ)上，主要對(duì)數(shù)控機(jī)床加工仿真技術(shù)應(yīng)用內(nèi)容及應(yīng)用方法等進(jìn)行研究與分析。

關(guān)鍵詞： 數(shù)控機(jī)床；加工；仿真技術(shù)；應(yīng)用；系統(tǒng)程序

數(shù)控機(jī)床是在機(jī)床的生產(chǎn)加工中應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)予以集中控制，機(jī)床自動(dòng)化的同時(shí)內(nèi)部裝有數(shù)字化控制系統(tǒng)程序，能夠在符號(hào)指令執(zhí)行和編碼控制中實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)程度的邏輯處理，譯碼后使用代碼數(shù)字表示，在數(shù)控裝置中輸入信息后，經(jīng)過運(yùn)算發(fā)出信號(hào)，對(duì)機(jī)床的動(dòng)作進(jìn)行控制，并根據(jù)實(shí)際圖紙要求，對(duì)機(jī)床加工的尺寸和形狀等進(jìn)行設(shè)定，使機(jī)床零部件能夠自動(dòng)加工。數(shù)控機(jī)床對(duì)于不同品種的精密、復(fù)雜零部件加工控制效果較好，屬于高效能和柔性自動(dòng)化機(jī)床，在機(jī)電一體化中促進(jìn)了現(xiàn)代機(jī)床控制技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展[1]。而在數(shù)控機(jī)床加工中應(yīng)用仿真技術(shù)，能夠?qū)Ω訌?fù)雜的工具系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和模擬，在物理模型和數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建中，對(duì)數(shù)控機(jī)床加工過程增加計(jì)算環(huán)節(jié)，在人機(jī)交互中實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬環(huán)境的圖形結(jié)合式的創(chuàng)造，這種可視化的技術(shù)應(yīng)用，能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控機(jī)床的綜合化控制。關(guān)于數(shù)控機(jī)床加工中應(yīng)用仿真技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容等需要從實(shí)踐分析的角度展開研究與探討。

一、數(shù)控機(jī)床加工仿真技術(shù)特點(diǎn)

（一）可視化操作

數(shù)控機(jī)床加工自動(dòng)化程度較高，在數(shù)控機(jī)床加工中應(yīng)用仿真技術(shù)，能夠?qū)?shù)控程序進(jìn)行集中化的控制，保證程序執(zhí)行的正確性，在生產(chǎn)實(shí)踐中，一般是使用容易切削的加工材料代替工件進(jìn)行試切，在這種操作模式下，可以對(duì)加工指令進(jìn)行檢驗(yàn)，同時(shí)也可以使用軌跡顯示的方法，使用筆或者針代替刀具，對(duì)工件加工的軌跡進(jìn)行二維圖模仿，但是這些方法操作麻煩，且使用成本增加。應(yīng)用仿真技術(shù)，能夠在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)程序的應(yīng)用中，對(duì)數(shù)控機(jī)床加工的程序環(huán)境和加工流程等進(jìn)行可視化模擬，對(duì)虛擬環(huán)境進(jìn)行觀察后，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床加工中存在的問題，并及時(shí)調(diào)整方案，使工件加工工藝得以完善。

（二）幾何仿真

數(shù)控機(jī)床加工過程中的試制環(huán)境模型關(guān)于NC切削仿真，一般包括力學(xué)仿真和幾何仿真兩大模塊的內(nèi)容，幾何仿真不需要考慮物理因素如切削力和切削參數(shù)等的影響，需要對(duì)工件幾何體運(yùn)動(dòng)以及刀具軌跡等進(jìn)行研究。在此過程中應(yīng)用仿真技術(shù)大大縮減了從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到產(chǎn)品制造的中間環(huán)節(jié)時(shí)間，減少了生產(chǎn)成本，數(shù)控機(jī)床加工中的切削過程應(yīng)用物理仿真，根據(jù)動(dòng)態(tài)力學(xué)的特點(diǎn)，對(duì)刀具振動(dòng)以及刀具破損等情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，使整個(gè)切削過程中得到優(yōu)化[2]。幾何仿真技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中得到不斷發(fā)展，對(duì)于定量干涉驗(yàn)證和定性圖形顯示等均能夠使用常用方法對(duì)實(shí)體造型進(jìn)行檢測(cè)和分析。

（三）高效能特點(diǎn)

將仿真技術(shù)應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床加工中，對(duì)于零部件的加工程度和工藝技術(shù)等方面能夠展開綜合化的分析，保證機(jī)床加工質(zhì)量的同時(shí)，也大大提高了生產(chǎn)效率，因而具有生產(chǎn)高效能的特點(diǎn)。仿真技術(shù)中的NC仿真程序主要用途包括檢驗(yàn)、優(yōu)化和操作培訓(xùn)，NC指令驅(qū)動(dòng)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，因而數(shù)控機(jī)床加工中能夠?qū)ε鲎矄栴}進(jìn)行檢驗(yàn)和控制，相較于CL數(shù)據(jù)加工，NC仿真程序加工，操作過程與實(shí)際情況更加接近，但是在此過程中需要注意的是在數(shù)控機(jī)床加工仿真操作總，需要對(duì)加工環(huán)境進(jìn)行分析，考慮其中的影響性因素，并研究制定出有效方案予以解決，促進(jìn)數(shù)控機(jī)床加工的效率提升和質(zhì)量穩(wěn)定[3]。

二、數(shù)控機(jī)床加工仿真技術(shù)應(yīng)用

（一）構(gòu)建器

數(shù)控機(jī)床加工應(yīng)用仿真技術(shù)涉及多個(gè)不同的模塊內(nèi)容，構(gòu)建器在數(shù)控機(jī)床加工過程中，能夠?qū)ζ渲噶羁刂铺峁┍匾ぞ邇?nèi)容，因此在實(shí)際應(yīng)用中能夠增添新的設(shè)備到仿真環(huán)境中，這些“數(shù)字”設(shè)備大多圖形方式是可見的，因而用戶界面下進(jìn)行組裝、更改和測(cè)試后，能夠使其功能更加強(qiáng)大。對(duì)于實(shí)體化的模型通常包括圓錐體、圓柱體和長方體等，將其他模型如線框模型和IGES模型從CAD系統(tǒng)中引出后，可以對(duì)機(jī)床主軸、夾子、夾具和工作臺(tái)等部件內(nèi)容進(jìn)行細(xì)節(jié)性的描述，機(jī)床構(gòu)建器在對(duì)數(shù)控代碼轉(zhuǎn)換后，能夠使程序運(yùn)行更加具有自動(dòng)化特點(diǎn)。

（二）工具箱

仿真技術(shù)在數(shù)控機(jī)床加工中使用，能夠在仿真程序控制中，對(duì)刀具長度補(bǔ)償、刀具直徑補(bǔ)償、計(jì)量長度編程、加工坐標(biāo)系、宏指令、變量編程以及子程序等進(jìn)行功能升級(jí)，使數(shù)控機(jī)床加工控制內(nèi)容更加完善[4]。在數(shù)控模擬狀態(tài)較為理想的狀態(tài)下，使用機(jī)床開發(fā)工具箱能夠?qū)?shù)控機(jī)床加工中的一些特殊加工要求和仿真要求等予以滿足。機(jī)床工具箱應(yīng)用對(duì)于較為特殊和復(fù)雜的數(shù)控代碼控制能力提高，對(duì)于代碼解讀的效率也有所提升，因而能夠?yàn)閿?shù)控機(jī)床加工提供代碼輸入和代碼編譯服務(wù)。

（三）工具包

仿真技術(shù)中的幾何工具包在數(shù)控機(jī)床加工中，能夠?qū)⒉煌腃AD數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化形式為STL文件，也可以轉(zhuǎn)化為CGTech產(chǎn)品可以用的文件類型，且?guī)缀喂ぞ甙鼘?duì)于模型文件的問題修復(fù)功能也較為突出，可以將表面模型進(jìn)一步升級(jí)為實(shí)體模型。數(shù)控機(jī)床加工仿真技術(shù)中的幾何工具包可以將系統(tǒng)程序中應(yīng)用有限或者是無用的模型轉(zhuǎn)化成可用的夾具或者是組件等實(shí)體內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)數(shù)控技術(shù)應(yīng)用的最優(yōu)化。

結(jié)語：

數(shù)控機(jī)床加工是在數(shù)控單元中完成加工操作和加工監(jiān)控，因而數(shù)控機(jī)床加工在實(shí)際的應(yīng)用過程中具有適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，加工的機(jī)床精度高，質(zhì)量穩(wěn)定，且能夠在多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)中加工出形狀更加復(fù)雜的零件。加工數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用仿真技術(shù)可以將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用在零部件數(shù)控加工中，人機(jī)交互的特點(diǎn)明顯，模擬出工藝系統(tǒng)的數(shù)控加工環(huán)境，在計(jì)算機(jī)上集中演示數(shù)控機(jī)床的方法和路線等，及時(shí)反饋錯(cuò)誤信息，使技術(shù)人員對(duì)仿真過程進(jìn)行預(yù)覽和虛擬，使其能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并調(diào)整程度，減少加工事故的產(chǎn)生，保證機(jī)床質(zhì)量[5]。從實(shí)踐生產(chǎn)分析來看，仿真技術(shù)在數(shù)控機(jī)床加工中的應(yīng)用，能夠?qū)庸さ倪^程進(jìn)行綜合仿真，減少和防止碰撞等其他具有生產(chǎn)干涉性的事故產(chǎn)生，有效提高了數(shù)控機(jī)床加工的安全率，對(duì)于現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展具有重要促進(jìn)作用。

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作者簡介：陳長遠(yuǎn)（1984-），男（漢族），山東省嘉祥縣人，副教授，碩士，工作單位，遼寧工程職業(yè)學(xué)院，從事專業(yè)領(lǐng)域：機(jī)電一體化。