機(jī)械加工自動(dòng)編程軟件與數(shù)控仿真軟件的綜合應(yīng)用

文/梁毅峰

1 前言

機(jī)械加工類自動(dòng)編程軟件種類較多，隨著版本的不斷更新技術(shù)日趨成熟，如Master CAM最新版本的X9、UG、Pro-E等，在機(jī)械加工領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。常規(guī)的機(jī)械加工手工編程只能編出基本的平面加工圖形或者簡(jiǎn)單的走刀軌跡，對(duì)于復(fù)雜的空間曲面、曲線加工只能借助于自動(dòng)編程軟件編程?，F(xiàn)有的自動(dòng)編程軟件都是采用圖形交互式編程的方式，即首先要繪制出平面或者三維圖形，然后可以直接選中圖形輪廓和定義加工范圍，根據(jù)加工經(jīng)驗(yàn)或《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》設(shè)置刀具尺寸、加工進(jìn)給量、主軸轉(zhuǎn)速、下刀深度、加工余量、運(yùn)刀軌跡等參數(shù)，自動(dòng)編程軟件能夠根據(jù)所選擇的數(shù)控機(jī)床類型后處理自動(dòng)生成相應(yīng)的NC程序。我國數(shù)控仿真加工軟件經(jīng)過近20多年發(fā)展，技術(shù)日趨成熟，各高等院校、教育機(jī)構(gòu)應(yīng)用較多的有宇龍數(shù)控仿真系統(tǒng)、VNUC數(shù)控仿真軟件、斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件等，隨著產(chǎn)品的更新?lián)Q代大幅提升了仿真模擬效果，能使學(xué)員快速熟練掌握數(shù)控車床、銑床、加工中心和線切割機(jī)床的操作技術(shù)，為理論學(xué)習(xí)到操作真實(shí)機(jī)床提供了較好的過渡。但是，在各高校、教育培訓(xùn)機(jī)構(gòu)，機(jī)械加工自動(dòng)編程軟件和數(shù)控仿真軟件往往是獨(dú)立教學(xué)、獨(dú)立使用，沒有發(fā)揮軟件之間聯(lián)合使用的優(yōu)勢(shì)。機(jī)械加工自動(dòng)編程軟件生產(chǎn)的程序一般不能直接傳輸?shù)綌?shù)控機(jī)床上之間加工，自動(dòng)生產(chǎn)的程序要經(jīng)過認(rèn)真核對(duì)確保每一參數(shù)無誤才可進(jìn)行實(shí)際加工，一但加工參數(shù)有誤輕則被加工件報(bào)廢，尤其是加工稀有貴重金屬損失較大，重則發(fā)生如撞刀類的影響機(jī)床操作人員人身安全的事故。研究機(jī)械加工自動(dòng)編程軟件和數(shù)控仿真軟件的綜合應(yīng)用具有重要意義，自動(dòng)編制軟件生產(chǎn)的程序調(diào)入到數(shù)控仿真軟件中總體運(yùn)行監(jiān)測(cè)，通過二次仿真模擬加工判斷，對(duì)程序中不當(dāng)參數(shù)進(jìn)行修改、不正確的走刀軌跡進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，生成較為成熟的加工程序，確保實(shí)際加工的工件質(zhì)量和加工安全。

圖1：Mastercam自動(dòng)編程軟件模擬加工圖

2 數(shù)控加工類軟件的綜合應(yīng)用

2.1 機(jī)械加工自動(dòng)編程軟件的應(yīng)用

國內(nèi)企業(yè)常見的機(jī)械加工自動(dòng)編程軟件有Mastercam、UG、Pro-E、CAXA等，其中Mastercam軟件是美國CNC公司開發(fā)的，從80年代末我國引進(jìn)至今已升級(jí)到Mastercam X9版本，因其強(qiáng)大后處理加工功能使其在機(jī)械加工領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。Mastercam自動(dòng)編程軟件教學(xué)往往作為高校、培訓(xùn)機(jī)構(gòu)、企業(yè)培訓(xùn)上崗中機(jī)械專業(yè)、數(shù)控專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，其優(yōu)點(diǎn)的功能強(qiáng)大、人機(jī)界面友好、學(xué)員上手快。Mastercam自動(dòng)編程軟件早期版本由三個(gè)獨(dú)立模塊組成，分別是設(shè)計(jì)模塊、車床模塊和銑削模塊，后來發(fā)展為集成平面繪圖、空間線架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、曲面設(shè)計(jì)、三維實(shí)體造型、多軸加工、刀具路徑模擬和仿真加工模擬、后處理計(jì)算為一體的綜合單一模塊軟件。相比較其他類自動(dòng)編程軟件，Mastercam自動(dòng)編程軟件的造型功能雖然不如UG、Pro-E等功能強(qiáng)大，但是Mastercam和其它類軟件有較好的兼容性，其它類繪圖軟件包括Autocad類繪圖軟件生產(chǎn)的圖形文件可以存儲(chǔ)為ISO指定要求格式，如autocad生產(chǎn)的文件存儲(chǔ)為DXF形式、Pro-E生成的文件存儲(chǔ)為STL形式，可很方便將圖形文件直接調(diào)入到Mastercam軟件中，具有較好的兼容性。可直接在Mastercam軟件中對(duì)調(diào)入的圖形進(jìn)行下一步選取和設(shè)置加工參數(shù)操作。Mastercam X9版本增加了刀路分析功能，當(dāng)鼠標(biāo)懸停在刀具路徑上，可實(shí)時(shí)顯示進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速、走刀方式和冷卻液開關(guān)狀態(tài)等，具有更好的人機(jī)交互性。其模擬加工模擬功能能對(duì)發(fā)生干涉或碰撞的部分進(jìn)行高色調(diào)渲染，提醒操作人員修改加工參數(shù)或走刀軌跡，Mastercam自動(dòng)編程軟件模擬加工如圖1。

2.2 數(shù)控仿真軟件的應(yīng)用

數(shù)控仿真軟件學(xué)習(xí)使用是機(jī)械類、數(shù)控類等專業(yè)學(xué)員在操作數(shù)控機(jī)床前，由理論學(xué)習(xí)到實(shí)際數(shù)控機(jī)床操作的基本過渡。國內(nèi)高校、企業(yè)培訓(xùn)等主要使用上海宇龍數(shù)控仿真系統(tǒng)、北京VNUC數(shù)控仿真軟件以及南京斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件等，數(shù)控仿真軟件具有高度的仿真模擬性，能幫助學(xué)員快速熟悉數(shù)控機(jī)床眾多按鍵的使用，熟練程序的編輯、輸入和校驗(yàn)，能對(duì)被加工毛坯尺寸定義，能夠進(jìn)行刀具和夾具選擇，可以準(zhǔn)確模擬數(shù)控機(jī)床加工動(dòng)作、顯示走刀軌跡并對(duì)加工件準(zhǔn)確測(cè)量。數(shù)控仿真軟件的突出優(yōu)點(diǎn)是零耗材，不會(huì)因?yàn)榧夹g(shù)不熟練、加工參數(shù)錯(cuò)誤等發(fā)生安全生產(chǎn)事故，并且參數(shù)設(shè)置靈活、被加工材料種類選擇豐富。隨著數(shù)控仿真軟件的更新?lián)Q代，其功能日趨完善，機(jī)械加工的切削聲、加工過程中飛濺的金屬屑等，讓學(xué)員身臨其境的沉浸在布置的加工任務(wù)中。目前的數(shù)控仿真軟件對(duì)Fanuc、西門子、三菱、大森、華中數(shù)控、廣州數(shù)控等國內(nèi)企業(yè)常用的數(shù)控系統(tǒng)均能高度模擬加工。

2.3 多軟件間聯(lián)合應(yīng)用

目前各類對(duì)學(xué)員機(jī)械加工、數(shù)控技術(shù)等的教育培訓(xùn)往往是軟件的獨(dú)立使用教學(xué)，軟件之間沒有充分的聯(lián)系和發(fā)揮作用。經(jīng)教學(xué)實(shí)踐，教育學(xué)員多軟件之間的聯(lián)合使用，更受學(xué)員歡迎，使學(xué)員更好的建立起機(jī)械加工、數(shù)控技術(shù)的整體思維概念，能更好的、更準(zhǔn)確完成布置的實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)加工任務(wù)。多軟件之間的聯(lián)合應(yīng)用，應(yīng)注意軟件之間的握手協(xié)議要求，設(shè)置基準(zhǔn)要一致，如自動(dòng)編程軟件的編程原點(diǎn)要和數(shù)控仿真軟件的對(duì)刀點(diǎn)一致，否則會(huì)出現(xiàn)加工跑偏；編程軟件的毛坯尺寸要和數(shù)控仿真軟件的毛坯尺寸一樣，否則大大降低模擬效果；軟件間刀具尺寸、進(jìn)給速度F值、主軸轉(zhuǎn)速S值、下刀和提到速度等參數(shù)要設(shè)置一致。Mastercam自動(dòng)編程軟件設(shè)置編程原點(diǎn)方式如圖2。

3 提升數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)效果

以Mastercam自動(dòng)編程軟件、宇龍數(shù)控仿真系統(tǒng)和XK7140數(shù)控銑床聯(lián)合實(shí)訓(xùn)雕刻加工銑削任務(wù)為例。首先，使用Mastercam自動(dòng)編程軟件繪制毛坯和雕刻內(nèi)容、設(shè)置加工參數(shù)和進(jìn)行初步模擬加工，經(jīng)模擬校驗(yàn)后，生成NC程序，可存儲(chǔ)為記事本TXT文本形式備用。使用宇龍數(shù)控仿真軟件，做松開急停、開機(jī)回機(jī)械原點(diǎn)等準(zhǔn)備工作，對(duì)毛坯尺寸進(jìn)行定義、選擇好刀具并做好對(duì)刀設(shè)置坐標(biāo)系工作，采用間接對(duì)刀的方式利用軟件提供的塞尺或量塊準(zhǔn)確對(duì)好X、Y、Z坐標(biāo)；通過數(shù)控仿真軟件內(nèi)屏幕下方軟鍵選擇PROG、操作、F檢索，打開自動(dòng)編程軟件存儲(chǔ)的TXT文本程序，分別選擇Read和EXEC執(zhí)行按鍵讀入程序，將存儲(chǔ)的自動(dòng)編程軟件生成的NC程序調(diào)入數(shù)控仿真軟件，數(shù)控仿真軟件加工模擬如圖3。在自動(dòng)模式下選擇運(yùn)行程序，如發(fā)現(xiàn)走刀軌跡、加工參數(shù)等有誤，在編輯模式下修改后再次運(yùn)行，直至能夠滿足加工要求。經(jīng)模擬無誤的程序可以存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)，通過計(jì)算機(jī)COM1或COM2接口，經(jīng)數(shù)據(jù)線連接到XK7140數(shù)控銑床RS-232接口。數(shù)控程序可以通過Mastercam軟件自帶Editor模塊傳輸，也可以用專用傳輸軟件發(fā)送到XK7140數(shù)控銑床。

圖2：Mastercam自動(dòng)編程軟件設(shè)置編程原點(diǎn)方式

圖3：數(shù)控仿真軟件加工模擬

4 結(jié)束語

本文對(duì)機(jī)械加工自動(dòng)編程軟件、數(shù)控仿真軟件和數(shù)控機(jī)床之間的綜合應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了深入研究。通過實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)教學(xué)實(shí)踐，機(jī)械加工和數(shù)控技術(shù)多軟件間的綜合使用，能夠充分利用資源，讓學(xué)員更好的建立起整體加工技術(shù)的思維概念，較好的利用各軟件的優(yōu)勢(shì)，并能比較出軟件使用之間的差別和聯(lián)系，進(jìn)一步提高軟件使用水平和實(shí)際加工能力。多軟件的綜合使用能夠完善和豐富數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，有助于對(duì)培訓(xùn)內(nèi)容準(zhǔn)確定位，同時(shí)在充分模擬校驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)際加工，提高了實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)的安全性。