基于數(shù)字加工仿真系統(tǒng)的零件數(shù)控加工分析

李亞平++賀美云

摘要：本文運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，借助宇龍數(shù)控加工仿真系統(tǒng)平臺(tái)，在對(duì)典型機(jī)械零件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析基礎(chǔ)上，運(yùn)用工藝?yán)碚撨M(jìn)行了零件工藝設(shè)計(jì)， 并應(yīng)用FANUC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)零件的程序編寫(xiě)，通過(guò)仿真系統(tǒng)進(jìn)行了零件加工程序的調(diào)試和優(yōu)化，最后進(jìn)行零件的加工檢驗(yàn)。文中對(duì)機(jī)械零件的工藝設(shè)計(jì)、編程、加工及模擬仿真，對(duì)相關(guān)零件工藝設(shè)計(jì)、編程和加工仿真具有提供了一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：工藝分析 仿真系統(tǒng) 編程加工

中圖分類號(hào)：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2015）09-0000-00

1 引言

在零件的數(shù)控車削和銑削加工中，在編寫(xiě)數(shù)控加工程序前都要對(duì)加工零件進(jìn)行工藝分析，并把加工零件的全部工藝過(guò)程、工藝參數(shù)及位移參數(shù)等編制成程序，以數(shù)字化的信息形式存儲(chǔ)在數(shù)控系統(tǒng)的中，通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)控制數(shù)控機(jī)床加工。所以數(shù)控加工工藝分析是十分重要的工作，程序員應(yīng)全面周到地考慮零件加工的全過(guò)程，以及正確合理地編制零件的加工程序。宇龍仿真系統(tǒng)是一個(gè)數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，它是一個(gè)能在個(gè)人電腦上進(jìn)行CNC機(jī)床編程與操作的仿真系統(tǒng)，系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，提供與數(shù)控機(jī)床相似的操作面板和所需的各種控制功能；系統(tǒng)通過(guò)生動(dòng)的圖形對(duì)加工工件進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)切削過(guò)程實(shí)時(shí)模擬仿真；系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性好，通過(guò)個(gè)人計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)控技術(shù)的數(shù)字訓(xùn)練，大大減少昂貴的設(shè)備投入，因此在加工中得到廣泛的應(yīng)用。

本文借助于宇龍仿真系統(tǒng)平臺(tái)分析典型簡(jiǎn)單螺紋類機(jī)械零件的加工過(guò)程。對(duì)車削加工零件進(jìn)行的工藝分析，加工零件圖1所示，并在此基礎(chǔ)上運(yùn)用FANUC系統(tǒng)進(jìn)行零件的編程和仿真加工。為數(shù)控機(jī)床真實(shí)加工提供基礎(chǔ)。

圖1 螺紋加工零件圖

2 工藝設(shè)計(jì)

對(duì)零件的工藝設(shè)計(jì)包括零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析、定位基準(zhǔn)選擇、加工階段劃分、定位方法選擇、切削用量選擇、刀、夾、量具選擇等，零件工藝分析為編程和加工提供基礎(chǔ)[1-2]。

2.1 零件結(jié)構(gòu)工藝分析

（1）結(jié)構(gòu)工藝特點(diǎn)：表面輪廓形狀是圓柱面和外圓柱螺紋面，該外圓柱螺紋面為單圓柱螺紋（2）螺紋車削的加工方法：常用的有直進(jìn)法多用于小螺紋螺距加工；左右切削法反復(fù)多次切削行程，提高螺紋精度；斜進(jìn)法適用于大螺紋螺距加工（3）定位基準(zhǔn)選擇；實(shí)心的軸類零件，精基準(zhǔn)面是頂尖孔或軸頸外圓表面。（4）加工階段劃分；劃分依據(jù)：基準(zhǔn)先行；粗、精分開(kāi)、先粗后精、多次加工。先加工定位基準(zhǔn)面，在以其為基準(zhǔn)加工退刀槽和螺紋表面。（5）零件裝夾和定位方法；三爪定心卡盤(pán)并進(jìn)行裝夾精度校驗(yàn)。（6）走刀次數(shù)和進(jìn)給量會(huì)直接影響螺紋的加工質(zhì)量，每次切削用量的分配應(yīng)依次遞減，可參考相關(guān)表格和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。（7）車削螺紋時(shí)要進(jìn)行計(jì)算：螺紋大徑 ； 螺紋中徑 ；螺紋小徑 ， 其中 為螺紋的螺距（8）加工路線分析；車削螺紋時(shí)要有引入距離 和引出距離 ，避免在螺紋加減速過(guò)程中進(jìn)行螺紋切削而影響螺紋的穩(wěn)定。具體數(shù)值有系統(tǒng)設(shè)定。在一個(gè)螺紋的切削過(guò)程中螺紋起點(diǎn)的 坐標(biāo)應(yīng)始終設(shè)定一個(gè)固定值，否則會(huì)使螺紋亂扣。（9）螺紋加工常用指令有G32/G92/G76，具體格式和要求詳見(jiàn)系統(tǒng)編程說(shuō)明書(shū)。

2.2 工藝設(shè)計(jì)過(guò)程

2.2.1 根據(jù)零件圖確定加工工藝路線

（1）車端面、車M30螺紋大徑；（2）切Φ20槽；（3）車M30螺紋；（4）切斷。

2.2.2選擇刀具

（1）90°外圓車刀 T0101：用于車端面、螺紋大徑；（2）切斷刀（寬4mm）T0202：用于切槽和切斷；（3）螺紋刀T0303：用于車螺紋。

2.3 切削用量確定

切削用量選用參考表1所示：

表1 切削用量選用參考表

加工內(nèi)容 主軸轉(zhuǎn)速S（r/min） 進(jìn)給速度F（mm/r）

車端面、螺紋大徑 800 0.15

切Φ20槽、切斷 300 0.05

車M30螺紋 400 2

3 程序編寫(xiě)與加工仿真

編程原點(diǎn)選擇在工件右端面的中心處，采用G92編程，數(shù)控加工程序分別編制如下：

O1301

N2 T0101；

N4 M03 S800；

N6 G00 X10 Z10；

N8 G00 X32 Z0；

N10 G01 X0 F0.15；

N12 Z1；

N14 X24

N16 X29.8 Z-2；

N18 Z-40；

N20 G00 X150；

N22 Z150；

N24 T0202；

N26 M03 S300；

N28 G00 X32 Z-34；

N30 G01 X20 F0.05；

N32 G00 X150；

N34 Z150；

N36 T0303；

N38 M03 S400；

N40 G00 X32 Z3；

N42 G92 X29.1 Z-32 F2；

N44 X28.5；

N46 X27.9；

N48 X27.5；

N50 X27.4；

N52 G00 X150 Z150；

..................

運(yùn)用宇龍仿真軟件平臺(tái)如圖2所示進(jìn)行零件的仿真加工[3]，加工系統(tǒng)提供虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，包括華中、FANUC等各種數(shù)控系統(tǒng)選擇，虛擬機(jī)床操作面板和所需的各種控制功能和實(shí)際機(jī)床相似。仿真加工操作過(guò)程主要包括選擇機(jī)床及數(shù)控系統(tǒng)，機(jī)床各軸回參考點(diǎn)，安裝工件，安裝刀具并對(duì)刀，輸入加工程序并進(jìn)行調(diào)試，手動(dòng)移動(dòng)刀具退到安全距離處，自動(dòng)加工，測(cè)量工件并優(yōu)化程序。加工螺紋零件三維動(dòng)態(tài)切削過(guò)程實(shí)時(shí)模擬仿真結(jié)果，如圖3所示。

圖2 數(shù)控加工仿真系統(tǒng) 圖3 模擬仿真加工零件

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文對(duì)簡(jiǎn)單螺紋類零件的工藝設(shè)計(jì)、編程與加工的探討，了解該類零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工藝分析設(shè)計(jì)，并運(yùn)用FANUC數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行了編程。運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，借助宇龍數(shù)控加工仿真系統(tǒng)平臺(tái)，進(jìn)行零件加工程序的輸入、調(diào)試和優(yōu)化，進(jìn)行零件的加工檢驗(yàn)。任何參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，只需要適當(dāng)對(duì)程序進(jìn)行調(diào)整就能使用。仿真系統(tǒng)的應(yīng)用為實(shí)際的零件加工提供了可靠的依據(jù)和安全性。

參考文獻(xiàn)

[1] 霍蘇萍.數(shù)控車削加工工藝編程與操作[M].北京：人民郵電出版社，2011.

[2] 姚屏，徐偉.數(shù)控車削編程與加工[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[3] 周虹.數(shù)控編程與實(shí)訓(xùn)[M].北京：人民郵電出版社，2012.

收稿日期：2015-07-31

作者簡(jiǎn)介：李亞平（1970—），男，山西太原人，研究生，副教授，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)及數(shù)控加工。E-mail：liyp@bitc.edu.cn