數(shù)控仿真軟件在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

章莉

摘 要：數(shù)控加工技術(shù)是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)的先進(jìn)技術(shù)，數(shù)控仿真軟件在數(shù)控加工的應(yīng)用中具有很大的優(yōu)勢(shì)，通過仿真及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決加工過程中出現(xiàn)的問題。本文分析了數(shù)控仿真軟件的優(yōu)點(diǎn)，并簡介了斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件、MasterCAM等幾款數(shù)控仿真軟件，并對(duì)數(shù)控仿真中應(yīng)注意的工裝、對(duì)刀等問題進(jìn)行了分析，最后簡單論述了數(shù)控仿真軟件的使用技巧。數(shù)控仿真的結(jié)果與實(shí)際的加工過程是不等價(jià)的，工程師們應(yīng)正確地應(yīng)用數(shù)控仿真軟件。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工技術(shù)；數(shù)控仿真；MasterCAM；對(duì)刀

中圖分類號(hào)：G712；G659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）03-0053-01

數(shù)控加工技術(shù)為現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)解決了高精度、高效率和復(fù)雜曲面零件的加工問題[1]。數(shù)控加工根據(jù)工件的構(gòu)型和已確定的軌跡，憑借數(shù)控系統(tǒng)操控?cái)?shù)控機(jī)床，并按照程序指令和加工參數(shù)展開表面成型運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)工件的加工。數(shù)控加工能快速高效地加工復(fù)雜零件，數(shù)控加工的各個(gè)環(huán)節(jié)必須保證準(zhǔn)確可靠。刀具選擇的不合適、對(duì)刀的不準(zhǔn)確、加工過程不能確保正確、數(shù)控加工程序編制的不合理等都有可能導(dǎo)致加工失敗，浪費(fèi)人力物力。數(shù)控仿真軟件是在工件進(jìn)行實(shí)際加工之前對(duì)工件的加工過程進(jìn)行模擬仿真的軟件。通過對(duì)加工過程進(jìn)行仿真的方式，能夠在一定程度上減少不必要的浪費(fèi)。數(shù)控仿真軟件具有許多優(yōu)勢(shì)，目前數(shù)控仿真軟件的種類有許多，如UG NX、Master CAM等，數(shù)控仿真時(shí)也有許多要注意的事項(xiàng)，如工裝、對(duì)刀等，數(shù)控仿真與實(shí)際的加工過程是不等價(jià)的，所以要樹立正確的態(tài)度應(yīng)用數(shù)控仿真軟件。

1 數(shù)控仿真軟件綜述

1.1 應(yīng)用數(shù)控仿真軟件的優(yōu)勢(shì)

數(shù)控仿真軟件能夠幫助工程師直觀地觀測(cè)工件的加工過程，在實(shí)際加工之前就能發(fā)現(xiàn)加工過程中會(huì)出現(xiàn)哪些問題，數(shù)控仿真軟件具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）仿真軟件投入后基本不需要維護(hù)費(fèi)用，能夠有效解決資金短缺和數(shù)控設(shè)備昂貴之間的矛盾[2]。仿真軟件是一個(gè)虛擬的環(huán)境，基本不用后期的維護(hù)，只需要在需要的時(shí)候進(jìn)行軟件的更新即可。（2）數(shù)控仿真能夠節(jié)省加工材料。在軟件仿真時(shí)是不需要實(shí)際的加工材料的，只需要對(duì)加工材料進(jìn)行虛擬建模并在虛擬的環(huán)境中進(jìn)行仿真加工。（3）數(shù)控仿真不失真實(shí)感.在實(shí)習(xí)中與真實(shí)機(jī)床類似，既能看到毛坯到工件的切削變化過程，也能聽到在加工的過程中所產(chǎn)生的聲音[3]。（4）安全、消除了對(duì)機(jī)床的打掃和保養(yǎng)。如果直接對(duì)工件進(jìn)行數(shù)控加工，一旦出現(xiàn)錯(cuò)誤，就很容易設(shè)備損壞的情況，甚至發(fā)生安全事故，造成不必要的損害。由于軟件仿真是建立在虛擬環(huán)境中對(duì)工件的加工過程進(jìn)行仿真的，所以不會(huì)發(fā)生切屑飛出、撞刀等安全事故。（5）通過仿真過程及時(shí)發(fā)現(xiàn)加工過程中可能出現(xiàn)的問題。仿真過程就是真實(shí)地模擬實(shí)際工件的加工過程，所以工程師就可以直觀地觀測(cè)加工仿真過程，通過仿真的結(jié)果及時(shí)發(fā)現(xiàn)加工過程中的問題，并及時(shí)進(jìn)行模型的重構(gòu)或修改數(shù)控加工程序等。

1.2 常用的數(shù)控加工軟件與仿真軟件

數(shù)控加工仿真軟件在實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)編程與科學(xué)建模的基礎(chǔ)上，以動(dòng)態(tài)的方式，將加工全過程演示出來[4]。數(shù)控加工仿真軟件有許多中，常用的仿真軟件主要有以下幾種：

（1）斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件。斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件的功能強(qiáng)大，適用于國內(nèi)各種型號(hào)的數(shù)控系統(tǒng)的仿真，其仿真效果真實(shí)性也很強(qiáng)。斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件的主要操作過程主要包括：選刀、對(duì)刀、實(shí)體仿真加工、仿真加工正常時(shí)將程序?qū)霐?shù)控機(jī)床。（2）MasterCAM。MasterCAM為數(shù)控機(jī)床尤其是加工中心，提供了從造型設(shè)計(jì)到加工代碼生成、校驗(yàn)一體化的全面解決方案。MasterCAM軟件的操作過程主要包括：零件的三維建模、設(shè)置毛坯、生成刀軌、刀軌的仿真與實(shí)體驗(yàn)證、后置處理、程序轉(zhuǎn)換與生成系統(tǒng)程序、程序的編輯與將程序?qū)霐?shù)控仿真系統(tǒng)。（3）UG NX。UG NX的CAM功能強(qiáng)大，主要可進(jìn)行銑削加工、點(diǎn)位加工、車削加工和線切割加工四類的輔助制造，具有效率高、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。UG NX為機(jī)械產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到制造提供了一整套的解決方案。在UG NX的數(shù)控加工虛擬環(huán)境中，可對(duì)數(shù)控機(jī)床的型號(hào)和刀具等進(jìn)行設(shè)置，將刀具軌跡和零件的毛坯模型輸入到虛擬環(huán)境中，并對(duì)整個(gè)加工制造過程進(jìn)行仿真模擬。

2 數(shù)控仿真注意事項(xiàng)

數(shù)控仿真為工程師們提供了很大的方便，數(shù)控仿真參數(shù)的設(shè)置對(duì)仿真的結(jié)果的正確與否至關(guān)重要。類似于真實(shí)的工件加工過程，在進(jìn)行仿真加工前要對(duì)機(jī)床、刀具、工裝、夾具、對(duì)刀等進(jìn)行定義和設(shè)置。

（1）數(shù)控機(jī)床、夾具等的定義。選擇合適的數(shù)控機(jī)床，最好是公司正在使用的數(shù)控機(jī)床，對(duì)于具體的數(shù)控機(jī)床，其所配套的夾具一般也是一定的，所以在數(shù)控機(jī)床定義的同時(shí)，機(jī)床所使用的夾具也隨之被定義了。（2）工裝。工裝即工裝夾具的簡稱，是指制造過程中所用的各種工具。數(shù)控加工仿真需要對(duì)加工所使用的刀具進(jìn)行選擇，除了刀具材料會(huì)影響刀具的使用壽命外，刀具的直徑也直接影響刀具壽命，刀具的切削用量會(huì)隨著刀具直徑的增大而增大[5]。仿真過程選擇的刀具應(yīng)與實(shí)際所使用的刀具對(duì)應(yīng)，避免仿真過程與實(shí)際加工過程差別過大。（3）對(duì)刀。對(duì)刀是進(jìn)行數(shù)控加工的重要操作，對(duì)刀的好壞將直接影響零件加工的誤差、加工質(zhì)量，甚至造成撞刀事故等。真實(shí)的機(jī)床在對(duì)刀時(shí)噪音很大[3]，對(duì)工人的影響很大，極易導(dǎo)致對(duì)刀的失敗。盡管仿真軟件能夠克服實(shí)際對(duì)刀時(shí)的情況，但在對(duì)刀時(shí)也要仔細(xì)認(rèn)真，保證仿真過程具有最接近真實(shí)情況的初始值。

3 數(shù)控仿真軟件的應(yīng)用技巧

盡管數(shù)控仿真軟件能夠較真實(shí)地模擬實(shí)際的數(shù)控加工過程，但是計(jì)算機(jī)對(duì)加工過程的仿真與實(shí)際的加工過程還是有差別的，模擬仿真的結(jié)果并不能完全代表實(shí)際的加工過程，所以工程師們應(yīng)正確地看待和應(yīng)用數(shù)控仿真軟件。為了更好、更有效地應(yīng)用數(shù)控仿真軟件，可采用以下方式提高軟件使用效率。

（1）自定義模板。許多仿真軟件給用戶提供了可供選擇的數(shù)控加工模板，如UG NX軟件為數(shù)控編程提供了加工對(duì)象模板、刀具模板和刀具軌跡模板等，加快了數(shù)控加工進(jìn)程。有些加工模板是不能滿足具體加工要求的，所以可通過自定義模板的方式制定符合本公司或固定機(jī)床的加工模板，為后續(xù)的數(shù)控加工提供方便。（2）模塊化加工仿真虛擬環(huán)境。數(shù)控加工仿真環(huán)境相當(dāng)于一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室或說是一個(gè)虛擬加工中心，這個(gè)虛擬環(huán)境可劃分為許多模塊，如數(shù)控機(jī)床模塊（包括機(jī)床本體、夾具等）、刀具模塊、加工參數(shù)模塊等。將虛擬環(huán)境模塊化，建立模塊化拼接系統(tǒng)，能夠更快速地完成虛擬仿真環(huán)境的構(gòu)建，加快制造仿真，節(jié)省工程師們的參數(shù)設(shè)置和虛擬環(huán)境的構(gòu)建時(shí)間。

4 結(jié)語

數(shù)控加工能夠快速和高效地加工復(fù)雜零件，許多企業(yè)、高校等都配置有數(shù)控機(jī)床，數(shù)控加工技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越多。數(shù)控仿真軟件通過對(duì)加工過程進(jìn)行仿真的方式，幫助工程師們更準(zhǔn)確和高效地進(jìn)行數(shù)控加工。數(shù)控仿真軟件基本不需要后期的維修費(fèi)用，節(jié)省耗材，能夠真實(shí)地模擬實(shí)際的數(shù)控加工過程。斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件、MasterCAM、UG NX等軟件都可以對(duì)加工過程進(jìn)行仿真，在進(jìn)行數(shù)控仿真時(shí)應(yīng)正確地設(shè)置加工參數(shù)和構(gòu)建虛擬加工環(huán)境，確保數(shù)控機(jī)床、夾具的定義與工裝和對(duì)刀是正確的，保證仿真的初始值接近實(shí)際加工過程。計(jì)算機(jī)對(duì)加工過程的仿真與實(shí)際的加工過程是不等價(jià)的，工程師們應(yīng)正確地認(rèn)識(shí)和應(yīng)用數(shù)控仿真軟件，在應(yīng)用數(shù)控仿真軟件時(shí)可通過自定義模板和模塊化虛擬環(huán)境的方式加快仿真虛擬環(huán)境的構(gòu)建和節(jié)省時(shí)間。

參考文獻(xiàn)

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