基于數(shù)控仿真軟件的數(shù)控車零件機械加工設(shè)計

陳勝強

(鄭州技師學(xué)院，河南 鄭州 450000)

1 數(shù)控仿真軟件的優(yōu)勢和作用

數(shù)控加工生產(chǎn)過程中，要求數(shù)控專業(yè)人員擁有較強的操作能力，熟悉數(shù)控機床操作和制造工藝，掌握數(shù)據(jù)程序編程能力，這不僅需要了解相關(guān)的理論知識，實踐訓(xùn)練更加重要。如果僅僅是從理論知識中汲取營養(yǎng)，缺乏實踐訓(xùn)練的加持，可能形成紙上談兵的尷尬局面。隨著虛擬現(xiàn)實等技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，仿真軟件逐漸在數(shù)控加工領(lǐng)域得到普及應(yīng)用，然而初期很多數(shù)控仿真軟件存在很大的局限性，仿真訓(xùn)練存在諸多障礙。經(jīng)過一段時間的發(fā)展，目前數(shù)控仿真軟件的功能不斷增強，注重數(shù)控銑床、車床零件加工等方面的仿真，可以實現(xiàn)選擇夾具刀具、設(shè)置零件基準(zhǔn)測量、編輯數(shù)控程序等功能，適用于多種數(shù)控系統(tǒng)和機床。當(dāng)前國內(nèi)的數(shù)控仿真軟件種類眾多，雖然每個軟件略有差異，但都極大地改善了數(shù)控仿真軟件的性能，解決了數(shù)控設(shè)備價格高昂和真實操作安全性等問題，操作簡單方便，為專業(yè)教學(xué)和生產(chǎn)實踐提供了諸多便利。

數(shù)控仿真軟件和真實機床相比，結(jié)構(gòu)完全相同，可以模仿真實機床的所有功能，擁有相同的界面風(fēng)格，且不會因替代物而出現(xiàn)失真等問題，還具備強大的網(wǎng)絡(luò)功能，健全的圖形及標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口，方便操作人員開展虛擬仿真，詳細(xì)觀察各類運行參數(shù)。數(shù)控仿真軟件的主要作用在于，可以模擬不同數(shù)控系統(tǒng)的操作和模擬加工，實現(xiàn)程序編寫、裝夾毛坯、安裝刀具以及整個加工過程的虛擬仿真，可以選擇刀具和毛坯材質(zhì)，具備車削、報警等功能。同時，雖然數(shù)控仿真軟件具有諸多優(yōu)點，在仿真與實踐仍然存在客觀的差異，一方面，仿真操作不利于培養(yǎng)操作人員的安全生產(chǎn)意識。另一方面，數(shù)控軟件難以模擬實際生產(chǎn)中的異常反應(yīng)，比如機床正常運行和故障狀態(tài)下的聲響，不利于培養(yǎng)操作人員的實踐操作經(jīng)驗。

2 基于數(shù)控仿真軟件的數(shù)控車零件機械加工設(shè)計

2.1 零件加工工藝

需要先生成零件的實體造型，對零件圖進(jìn)行分析，抓住零件加工特征。以橢圓形凹模實體造型為例，零件的加工特征在于橢圓形凹模型腔曲面，零件呈對稱狀，工件坐標(biāo)原點放在工件上表面中心位置。工件毛坯外形為長方形，無需加工表面，可以用虎鉗進(jìn)行裝夾確保定位、裝夾準(zhǔn)確。工藝路線先粗加工型腔，再半精加工型腔，然后精加工曲面，最后精加工底面。工件為硬鋁材質(zhì)，具有良好的切削性能，刀具可以選擇硬質(zhì)合金銑刀，在粗加工和半精加工型腔時選用不同規(guī)格的圓柱直柄平底刀，精加工曲面選用球頭刀，精加工底面選用圓柱直柄平底刀。

2.2 零件加工軌跡

第一，單擊“開始”按鍵，點擊“加工”及相應(yīng)菜單，進(jìn)入加工環(huán)境。

第二，在工序?qū)Ш狡鳌皺C床坐標(biāo)系”選項區(qū)點擊“CSYS對話框”，在“類型”選項中選擇“動態(tài)”，輸入坐標(biāo)值后點擊“確定”回到“CSYS對話框”，完成機床坐標(biāo)系的創(chuàng)建。然后點擊“WORKPIECE”，點擊“指定部件”選擇零件作為部件幾何體，完成部件幾何體的創(chuàng)建。點擊“指定毛坯”，選擇“包容塊”，完成毛坯幾何體的創(chuàng)建。

第三，早工序?qū)Ш狡髦悬c出“機床視圖”選項，在“插入刀具”中選擇平底刀或球頭刀，輸入直徑等信息，完成刀具的創(chuàng)建。

第四，在下拉菜單中“插入工序”，選擇工序類型和刀具及“幾何體”，點擊“指定切削區(qū)域”選擇加工區(qū)域。在“切削模式”中選擇“跟隨周邊”，設(shè)置“刀具平直百分比”、“每刀的公共深度”、“最大距離”等選項，在“切削參數(shù)”中選擇“深度優(yōu)先”，采用系統(tǒng)默認(rèn)參數(shù)設(shè)定，“余量”中的“部件側(cè)面余量”設(shè)為0.5，其余保持原有設(shè)置。在“拐角”選項中選擇“所有刀路”，在“進(jìn)給率和速度”選項中設(shè)置具體參數(shù)，確定后生成型腔銑粗加工刀路軌跡。

第五，型腔銑半精加工的刀路軌跡與粗加工相似，可以復(fù)制加工工序進(jìn)行編輯。在工序?qū)Ш狡髦姓业叫颓汇姶旨庸ぜ庸すば?，?fù)制粘貼，雙擊該工序進(jìn)行編輯，修改“平面直徑百分比”、“切削參數(shù)”、“進(jìn)給率和速度”等項目參數(shù)，生成半精加工的刀路軌跡。

第六，在“插入工序”中點擊“創(chuàng)建工序”，選擇“固定輪廓銑”類型，在“刀具”列表中選擇B4銑刀，在“指定切削區(qū)域”選擇8個曲面，選擇“區(qū)域銑削”，設(shè)置“進(jìn)給率和速度”參數(shù)，生成曲面精加工的刀路軌跡。

第七，點擊“創(chuàng)建工序”，選擇“使用邊界面銑削”這一工序類型，在“刀具”列表中選擇D6銑刀，在“指定面邊界”彈出的對話框中選擇型腔底面，設(shè)置“進(jìn)給率和速度”等參數(shù)，生成底面精加工的刀路軌跡。

第八，選擇工序?qū)Ш狡髦械墓ば?，點擊“后處理”按鈕，自動生成數(shù)控加工程序。

3 基于數(shù)控仿真軟件的數(shù)控車零件仿真加工

第一，設(shè)置機床參數(shù)。啟動數(shù)控仿真軟件，彈出數(shù)控裝置操作臺。點擊“急?！卑粹o，回到參考點。點擊“工件操作”中的“選擇毛坯”，對毛坯尺寸、材料等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。點擊“工件裝夾”，選擇所需的夾具和相應(yīng)的裝夾方式。

第二，對刀。在X和Y軸采用尋邊器對刀，Z軸使用Z向?qū)Φ秲x對刀。點擊“機床操作”下面的“尋邊器選擇”，選定光伏式尋邊器，設(shè)置程序參數(shù)，使尋邊器向工件右側(cè)靠近，接觸到位后記下坐標(biāo)，再使用尋邊器接觸左側(cè)記下坐標(biāo)，以二者平均值作為對刀時X坐標(biāo)。同樣利用尋邊器接觸工件前后側(cè)面，記錄Y坐標(biāo)。選擇“Z向?qū)Φ秲x選擇(100mm)”，與刀具接觸，記下坐標(biāo)值，減去100就是對刀時的Z坐標(biāo)。在“坐標(biāo)系”中分別輸入X/Y/Z坐標(biāo)，建立工件坐標(biāo)系。

第三，在“選擇刀具”中選擇所需的刀具，“添加到刀庫”，點擊“確定”后完成刀具選擇操作。

第四，將數(shù)控加工程序?qū)?，顯示在屏幕上之后，點擊循環(huán)啟動按鈕，實現(xiàn)機床自動加工零件。

4 數(shù)控車零件仿真加工設(shè)計的注意事項

第一，在設(shè)計過程中要按照1∶1比例設(shè)計，避免出現(xiàn)直觀錯覺。繪制零件時，應(yīng)進(jìn)行透明處理，確保不影響夾具元件投影。主視圖設(shè)置為操作者面對視角，確保視圖清晰、準(zhǔn)確，充分體現(xiàn)夾具的各個構(gòu)件情況。如果元件位置需要調(diào)整，應(yīng)在局部范圍內(nèi)標(biāo)出可以達(dá)到的極限位置。

第二，在設(shè)計夾具時，需要對夾具剛性預(yù)留較大的安全系數(shù)。由于粗加工與精加工往往采用相同的夾具，粗加工時刀具進(jìn)給量較大，需要確保夾具強度符合要求，盡可能實現(xiàn)多工件裝夾，縮減零部件換裝時間，減少換刀操作。

第三，生成加工軌跡后要嚴(yán)格管理數(shù)控系統(tǒng)工藝文件與程序，注意關(guān)注各個加工程序的前后順序及軌跡生成順序。由于數(shù)控仿真軟件具有自身的規(guī)范性，務(wù)必做好程序的核對工作，仔細(xì)校對刀具規(guī)格、毛坯大小等參數(shù)設(shè)置，注意是否存在過切或加工殘余，是否存在互相干涉碰撞問題，等等。

第四，數(shù)控加工過程中存在一定的安全性問題，數(shù)控仿真軟件的應(yīng)用雖然大大降低了安全威脅，但操作人員不能放松警惕。隨著數(shù)控加工速度越來越快，人工干預(yù)防范難度增加，更加需要重視設(shè)備安全與操作者安全。在數(shù)控仿真加工過程中，要養(yǎng)成安全第一的意識，數(shù)控切削進(jìn)給量不能太大，注意科學(xué)換刀、少換刀，避免由于個人疏忽等原因?qū)е掳踩鹿实陌l(fā)生。

5 結(jié)語

綜上所述，數(shù)控仿真軟件的應(yīng)用，可以提高數(shù)控加工設(shè)計的效率與準(zhǔn)確性，避免實際加工中碰刀等問題的產(chǎn)生，節(jié)省成本，降低設(shè)備損耗，對于專業(yè)教學(xué)和生產(chǎn)實踐具有積極的意義。在未來的工作中，應(yīng)進(jìn)一步研發(fā)性能更加優(yōu)越的數(shù)控仿真軟件系統(tǒng)，將仿真技術(shù)與數(shù)控工藝、生產(chǎn)管理有機結(jié)合，形成完善、系統(tǒng)的仿真應(yīng)用規(guī)范，以更好地滿足數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要，推動數(shù)控加工產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。