數(shù)控加工自動化編程與仿真加工的應(yīng)用研究

朱玉娥

（鹽城生物工程高等職業(yè)學(xué)校，鹽城 224000）

隨著現(xiàn)代制造加工工藝的發(fā)展與進步，傳統(tǒng)機械加工工藝逐漸開始發(fā)生轉(zhuǎn)變，自動化編程與仿真加工已經(jīng)成為機械冷加工的重要生產(chǎn)方式。數(shù)控自動化編程與仿真加工與傳統(tǒng)加工工藝存在較大的差異，不僅包含了機械冷加工基本工藝，同時還包含了計算機編程、現(xiàn)代機械制造以及測量等多方面的技術(shù)，從總體上來說較為復(fù)雜。從現(xiàn)階段我國數(shù)控自動化編程與仿真加工的發(fā)展現(xiàn)狀來看，許多企業(yè)在自動化編程與仿真加工應(yīng)用方面依然存在較大的不足，這在一定程度上影響了機械冷加工制造效率與產(chǎn)品性能?；诖耍P者結(jié)合自己的實際工作經(jīng)驗對相關(guān)問題進行了研究與分析。

1 自動化編程與仿真加工技術(shù)簡介

自動化編程與仿真加工技術(shù)其實在很早之前就已經(jīng)出現(xiàn)，但是實際應(yīng)用一直較為滯后。20世紀(jì)90年代，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，機械制造逐漸開始采用計算機軟件來進行機械設(shè)備圖紙設(shè)計、計算等工作，其間，人們逐漸認(rèn)識到計算機能夠有效提升機械冷加工的精確性，在自動化技術(shù)的推動下，計算機軟件在數(shù)控加工中的應(yīng)用得到了進一步拓展，這也是自動化編程與仿真加工技術(shù)的雛形。但是，這種加工技術(shù)與真正的自動化相比存在較大的差距。

進入21世紀(jì)后，計算機技術(shù)和有限元技術(shù)發(fā)展速度加快，仿真技術(shù)逐漸開始發(fā)展起來，利用仿真技術(shù)對相關(guān)構(gòu)件進行仿真處理不僅能有效提升構(gòu)件的基本性能，還能有效提升機械設(shè)備的精確性。近幾年，在3D打印技術(shù)的推動下，自動化編程與仿真加工技術(shù)又實現(xiàn)了進一步發(fā)展。3D打印技術(shù)能夠有效實現(xiàn)模型的實時輸出，得到的模擬產(chǎn)品與真實產(chǎn)品的差異并不明顯，這種仿真技術(shù)相對于有限元仿真具有更大的優(yōu)勢，同時3D打印技術(shù)與自動化編程的協(xié)同工作也使得加工效率顯著提升。從有限元仿真到3D打印仿真，加工制造技術(shù)的本質(zhì)都在于利用虛擬分析技術(shù)來實現(xiàn)對實體加工的仿真與監(jiān)管，從而達到提升產(chǎn)品性能的基本目的。

目前，發(fā)達國家在數(shù)控加工自動化編程與仿真加工技術(shù)應(yīng)用方面已經(jīng)取得了較為顯著的研究成果，同時也具有一定的實際應(yīng)用基礎(chǔ)，尤其是航空航天、汽車等領(lǐng)域已經(jīng)具有較為廣泛的應(yīng)用。但是，從我國的發(fā)展現(xiàn)狀來看，由于生產(chǎn)組織方式以及生產(chǎn)工藝之間的差異，發(fā)達國家的數(shù)控自動化編程與仿真加工技術(shù)并不能直接應(yīng)用于我國的機冷加工中，因此我國針對數(shù)控加工自動化編程與仿真加工的研究一直相對較少，大部分還停留在理論階段。例如，許多高校僅僅利用這種技術(shù)為學(xué)生提供教學(xué)，對相關(guān)零件的生產(chǎn)過程進行模擬分析，并不會將其應(yīng)用于實際生產(chǎn)中。另外，雖然現(xiàn)階段部分企業(yè)已經(jīng)進一步加大了數(shù)控自動化編程與仿真加工技術(shù)的實際應(yīng)用，但是從具體應(yīng)用情況來看，自動化編程基本尚未實現(xiàn)，主要還是通過手動編程方式進行處理。這種模式的編程效率較低，同時人為因素很容易導(dǎo)致編程出錯，最終嚴(yán)重影響產(chǎn)品性能?；诖?，對數(shù)控自動化編程與仿真加工進行研究就顯得尤為必要。

2 自動化編程與仿真加工技術(shù)主要流程分析

數(shù)控加工自動化編程與仿真加工技術(shù)作為一門集計算機技術(shù)、現(xiàn)代機械制造技術(shù)、自動化控制技術(shù)及測量技術(shù)等多學(xué)科交叉技術(shù)于一體的高新技術(shù)，是實現(xiàn)企業(yè)現(xiàn)代制造數(shù)字化、柔性化、自動化和信息化的基礎(chǔ)。這一技術(shù)是利用三維軟件建立或調(diào)用實體3D模型，通過優(yōu)化三維模型，調(diào)整裝夾定位、加工順序、刀具選擇以及進給量等加工參數(shù)，軟件自動分析零件并模擬加工過程，最后自動生成數(shù)控加工程序。其主要流程如圖1所示。

圖1 數(shù)控加工自動化編程流程

3 自動化編程與仿真加工試驗

上文對數(shù)控加工自動化編程與仿真加工技術(shù)進行了全面的介紹，下面將以UG軟件為例對兩種較為常用的零件數(shù)控加工技術(shù)的自動化編程與仿真加工試驗進行研究與分析。

3.1 數(shù)控車削加工

自動化編程與仿真加工技術(shù)在數(shù)控車削加工中的應(yīng)用可以按照以下流程來完成。

（1）利用UG模型建立車削零件3D模型，并對刀具所使用的相關(guān)數(shù)據(jù)進行設(shè)定，完成Gs280E數(shù)控車床后處理程序的編制與修改。

（2）通過UG軟件內(nèi)置的加工模塊直接調(diào)用軟件中內(nèi)置的零件、毛坯以及刀具模型，并創(chuàng)建相關(guān)加工工作，根據(jù)車削零件加工中所需要的相關(guān)加工參數(shù)對不同步驟進行操作參數(shù)設(shè)定，具體操作如圖2所示。

圖2 車削零件加工參數(shù)設(shè)定

（3）根據(jù)軟件自動生成的加工操作，完成最終的仿真加工，并對加工過程中的具體情況進行檢查，如是否存在碰撞、過剩以及過切等問題。之后根據(jù)加工仿真具體結(jié)果對加工參數(shù)進行調(diào)整分析，并進行二次仿真，直到相關(guān)問題得以解決，停止仿真。

（4）生成加工程序，加工程序生成是最為關(guān)鍵的階段，如果以上三步并未出現(xiàn)較大問題，其就不會存在較大的誤差。加工程序的生成主要是利用后處理軟件來完成，并檢查后處理軟件生成的加工程序并將其導(dǎo)入數(shù)控車床中。

3.2 數(shù)控箱體類零件加工

數(shù)控箱體類零件加工與車削加工基本類似，但是也存在細(xì)微的差別，下面也將從四個不同的步驟對數(shù)控箱體類加工進行研究。

（1）利用UG軟件建立數(shù)控箱體類零件3D模型，并通過3D打印等手段構(gòu)建毛坯模型，根據(jù)箱體類零件加工的具體情況建立相應(yīng)的夾具、刀具的數(shù)據(jù)模型，完成對TH6563與YCM-H500A數(shù)控臥式加工中心的后處理程序的編制與修改。

（2）利用已經(jīng)建立的3D模型創(chuàng)建箱體類零件加工所需要的相關(guān)參數(shù)，進行加工操作，并將具體參數(shù)與操作步驟結(jié)合起來，根據(jù)箱體類零件加工中所需要的加工參數(shù)對不同步驟進行操作參數(shù)設(shè)定，具體操作如圖3所示。根據(jù)軟件自動生成的加工操作，完成最終的仿真加工，并對加工過程中的具體情況進行檢查，如是否存在碰撞、過剩以及過切等問題。之后根據(jù)加工仿真具體結(jié)果對加工參數(shù)進行調(diào)整分析，并進行二次仿真直到相關(guān)問題得以解決后停止仿真。最后，生成加工程序并將相關(guān)程序輸入數(shù)控機床中。

（3）這一步與第二步基本類似，但是并不是利用已經(jīng)建構(gòu)的3D模型進行數(shù)據(jù)分析，而是直接調(diào)用UG軟件內(nèi)置的模型進行設(shè)計，參數(shù)設(shè)定如圖4所示。

圖3 箱體類零件加工3D模型參數(shù)設(shè)定

圖4 箱體類零件加工UG內(nèi)置模型參數(shù)設(shè)定

4 結(jié)語

隨著社會生產(chǎn)對效率的要求不斷提升，數(shù)控加工自動化編程與仿真加工技術(shù)在數(shù)控加工中的應(yīng)用必然會得到進一步的拓展，筆者結(jié)合自己的實際工作經(jīng)驗，并通過實例對自動化編程與仿真加工技術(shù)在數(shù)控加工自動化中的應(yīng)用進行了研究，希望能對廣大從業(yè)人員有所啟發(fā)。