現(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù)的應(yīng)用分析

劉江飛

摘要：現(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù)是數(shù)控加工中的重要環(huán)節(jié)，也是CAD和CAPP等系統(tǒng)能夠發(fā)揮效益的主要環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)加工的自動(dòng)化、加工精確化，并且提高了加工質(zhì)量，降低了產(chǎn)品研發(fā)周期等。數(shù)控機(jī)床技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用使其關(guān)鍵技術(shù)也就是現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)也得到了廣泛重視，能夠?qū)?fù)雜的零件加工進(jìn)行高效化處理，對(duì)零件加工理論與方法的研究也發(fā)揮著重要作用。數(shù)控編程技術(shù)作為數(shù)控加工技術(shù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在汽車制造、航空、機(jī)械制造等方面發(fā)揮著重要作用。本文主要針對(duì)現(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù)展開論述，對(duì)其技術(shù)與應(yīng)用進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù);數(shù)控加工技術(shù);應(yīng)用分析

0? 引言

作為一種新型技術(shù)手段，現(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù)在現(xiàn)代制造業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，并且為制造領(lǐng)域的發(fā)展與革新帶來了全新的動(dòng)力，可以說現(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展為國(guó)際制造領(lǐng)域的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展提供了強(qiáng)有力的推助?，F(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù)對(duì)于現(xiàn)代制造企業(yè)來說，其地位以及帶來的推動(dòng)力并不僅僅是某一種技術(shù)的革新與發(fā)展，而是包括計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、光電技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)等多種技術(shù)，運(yùn)用技術(shù)性手段集結(jié)于現(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù)于一身，因此現(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù)是一項(xiàng)具有綜合性特征的技術(shù)手段。

1? 現(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù)分析

現(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù)的運(yùn)用通常需要對(duì)加工要求進(jìn)行分析，完成有關(guān)的工藝設(shè)計(jì)，并確定產(chǎn)品加工的最終方案。其中包含了加工機(jī)床、刀具、夾具等設(shè)備的選擇。同時(shí)還要確立科學(xué)的走刀路線與切削用量等，建立工件的幾何模型，對(duì)產(chǎn)品加工期間刀具相對(duì)工件運(yùn)動(dòng)的軌跡、機(jī)床運(yùn)動(dòng)軌跡等進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)可以接受并運(yùn)行的程序格式建立科學(xué)的零件加工工序，最后通過對(duì)工序的調(diào)整與優(yōu)化最終得出合理的產(chǎn)品加工程序。針對(duì)一些加工難度不一的工件而言，可以通過手工編程、自動(dòng)化變成等途徑獲取最終的產(chǎn)品加工程序，其中手工程序與編制數(shù)控加工程序的過程都要通過人力的方式實(shí)現(xiàn)，包含了零件的圖樣分析、工藝分析、加工路線的確定、工藝參數(shù)設(shè)定、數(shù)控機(jī)床數(shù)據(jù)計(jì)算等，通常在一些較為簡(jiǎn)單、程序較短、計(jì)算難度較低的零件加工中應(yīng)用較為廣泛。但手工編程的缺點(diǎn)也很明顯，效率不足、容易出現(xiàn)偏差等，并且各個(gè)坐標(biāo)的計(jì)算工作量較大，對(duì)于編程人員具有較高的專業(yè)技術(shù)要求。而自動(dòng)編程便是通過計(jì)算機(jī)以及有關(guān)的計(jì)算機(jī)軟件來完成數(shù)控加工程序，加工期間除去部分零件土樣設(shè)計(jì)及工藝的設(shè)計(jì)會(huì)通過手工的方式完成之外，其他部分都會(huì)利用計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)。和手工編程模式對(duì)比，自動(dòng)編程明顯效率更高、容錯(cuò)率較高且出錯(cuò)率更低，能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的工件加工要求[1]。

2? 現(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù)的應(yīng)用

2.1 零件幾何建模

零件的幾何建模指的是曲線曲面生成、編輯裁剪、拼接、過度等，曲面造型通過曲面來展現(xiàn)出零件的形狀造型，和線框造型方法對(duì)比，可以展現(xiàn)出邊信息、表面特點(diǎn)、棱邊連接向等信息。和實(shí)物造型對(duì)比，曲面造型的管控更加容易也更加靈活。當(dāng)前廣泛應(yīng)用的現(xiàn)代數(shù)控編程軟件都具有幾何建模的功能，但功能性的側(cè)重點(diǎn)并不相同，不過都可以保存成通用的應(yīng)用格式，運(yùn)用多個(gè)軟件實(shí)現(xiàn)軟件造型功能的相互補(bǔ)充。

2.2 確立加工方案及參數(shù)

結(jié)合需要加工零件的幾何模型來確定數(shù)控加工的工藝路線、加工參數(shù)等。刀具和刀軸的控制，以及走刀路線、進(jìn)給速度的自動(dòng)化優(yōu)化及自適應(yīng)控制是近些年現(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù)研究中的熱點(diǎn)，主旨在于盡量滿足實(shí)際加工要求，保障機(jī)床能夠順利運(yùn)行，提高刀具壽命等，從而改善零件加工效率。

2.3 刀具軌跡的生成

刀具軌跡的生成會(huì)對(duì)加工的質(zhì)量帶來影響，而刀具軌跡生成的主要方向便是保證生成刀具能夠滿足以下要求：無碰撞無干涉、軌跡光滑、切削符合能夠達(dá)到需求、代碼質(zhì)量滿足要求等。刀具軌跡的生成還要具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性與適用性，穩(wěn)定性強(qiáng)代碼量小都是較為理想的條件。數(shù)控編程技術(shù)的重點(diǎn)便是生成刀具軌跡，之后將刀具軌跡離散為刀位點(diǎn)，再通過后置處理形成數(shù)控加工程序[2]。

2.4 數(shù)控加工仿真技術(shù)

隨著數(shù)控編程技術(shù)不斷地應(yīng)用和研究，目前已經(jīng)在工藝設(shè)計(jì)以及刀具軌跡生成等方面具有了顯著的技術(shù)突破。但零件的形狀多種多樣，并且加工環(huán)境也可能存在變化，因此零件加工工作也難保不會(huì)出現(xiàn)一些影響因素。這些影響因素通常指的是零件加工期間的過切、欠切、機(jī)床部位干涉碰撞等，數(shù)控加工仿真技術(shù)便是利用計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)加工環(huán)境、刀具軌跡、加工流程的模擬，從而改進(jìn)零件的加工工序，替代原本生產(chǎn)中的工件試切環(huán)節(jié)，相比之下與傳統(tǒng)的工件試切對(duì)比成本投入更少、效率更高、更加安全等，也是提升數(shù)控編程質(zhì)量的有效途徑。當(dāng)前數(shù)控仿真技術(shù)在試切下的模型化以及仿真計(jì)算等方面已經(jīng)有了突破，正在向提高模型精度、提高仿真計(jì)算實(shí)時(shí)性、優(yōu)化圖形真實(shí)度等方向進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。

根據(jù)試切環(huán)境模型特征進(jìn)行分析，NC切削期間的仿真劃分為幾何仿真和力學(xué)仿真兩種。其中幾何仿真并不需要結(jié)合切削參數(shù)和切削力等因素進(jìn)行設(shè)計(jì)操作，只需要結(jié)合仿真刀具到工件幾何體的運(yùn)動(dòng)過程，驗(yàn)證NC程序的合理性即可。幾何仿真能夠有效規(guī)避由程序錯(cuò)誤而引發(fā)的機(jī)床受損、刀具這段、零件損傷等現(xiàn)象，而且還能進(jìn)一步降低產(chǎn)品設(shè)計(jì)到制造的周期，提高加工效率的同時(shí)控制成本投入。力學(xué)仿真屬于物理仿真的范圍，利用仿真切削期間的動(dòng)態(tài)力學(xué)進(jìn)行刀具損壞、刀具振動(dòng)的預(yù)測(cè)，并對(duì)切削參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)切削的最優(yōu)化。

仿真期間的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)通常應(yīng)用CL數(shù)據(jù)或NC代碼，而根據(jù)這兩種應(yīng)用模式則可以將數(shù)控加工仿真分為后置處理前數(shù)據(jù)和后置處理過程的仿真。前者是基于CL數(shù)據(jù)的數(shù)控加工仿真，后者則是基于NC程序的過程仿真?；贑L數(shù)據(jù)的仿真同樣不需要考慮切削力和切削參數(shù)等因素，只需要對(duì)刀具運(yùn)作過程進(jìn)行仿真即可，主旨在于檢驗(yàn)刀位軌跡的合理性，確保零件加工的質(zhì)量，這種仿真技術(shù)發(fā)展歷程較久，直至當(dāng)前已經(jīng)形成了一些較為完善的商品軟件。而基于NC程序仿真在作用上可以劃分為以下幾種：①NC程序的正確性檢驗(yàn);②操作人員培訓(xùn);③進(jìn)行碰撞檢測(cè)。因?yàn)轵?qū)動(dòng)數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)的為NC指令，所以這一加工過程仿真與CL數(shù)據(jù)對(duì)比更加貼近加工的實(shí)際過程，但因?yàn)樵诜抡嫫骷紤]了環(huán)境因素，所以仿真的難度也有所提高。

現(xiàn)代數(shù)控加工過程的動(dòng)態(tài)仿真驗(yàn)證手段可以分為兩類：①只顯示刀具模型與零件模型的加工過程仿真。如U GII CAD/CAM集成系統(tǒng)中的Vericut動(dòng)態(tài)仿真工具;②同時(shí)動(dòng)態(tài)顯示刀具模型及零件模型、夾具模型、機(jī)床模型的仿真系統(tǒng)，如U GII CAD/CAM集成系統(tǒng)中的Unisim機(jī)床仿真工具[3]。

2.5 后置處理技術(shù)

后置處理技術(shù)也是數(shù)控編程技術(shù)中的重要構(gòu)成，決定了數(shù)控軟件對(duì)于機(jī)床的控制效果。后置處理便是將數(shù)控機(jī)床控制源文件轉(zhuǎn)變?yōu)镹C代碼，時(shí)效內(nèi)數(shù)控機(jī)床的識(shí)別。這一環(huán)節(jié)至關(guān)重要，甚至決定了數(shù)控加工能否順利開展，所以程序員需要不斷進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。通常CAD/CAM系統(tǒng)能夠提供系統(tǒng)中可以預(yù)編程的軟件，將其轉(zhuǎn)變?yōu)镹C代碼讓數(shù)控設(shè)備能夠識(shí)別，再提供一些識(shí)別軟件，根據(jù)CAD/CAM后置處理技術(shù)功能模塊的軟件設(shè)計(jì)，保證設(shè)備能夠運(yùn)行后處理程序。除此之外，還可以結(jié)合用戶對(duì)于數(shù)控機(jī)床三軸運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)及功能的分析，在編程語言和后處理技術(shù)作為基礎(chǔ)的多程序中生成到源文件，包括指令轉(zhuǎn)換為設(shè)備能夠識(shí)別的NC代碼文件，通過數(shù)控機(jī)床進(jìn)行零件的定制加工。

3? 數(shù)控編程技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 CAD模型的建立

某項(xiàng)目加工一批頭盔模具，代加工零件毛坯長(zhǎng)寬高為298mm、298mm、210mm，加工項(xiàng)目共分為3個(gè)區(qū)進(jìn)行精加工。

3.2 加工方案的確定

在分析和設(shè)計(jì)頭盔模具加工工藝期間，需要根據(jù)產(chǎn)品的加工要求，由粗加工、半精加工、分區(qū)精加工、清根加工等多個(gè)方面實(shí)施，具體內(nèi)容如表1所示。

3.3 數(shù)控加工仿真、檢驗(yàn)、優(yōu)化

工件加工處理通常選擇仿真系統(tǒng)VERICUT，仿真系統(tǒng)VERICUT通過ARTCLSF仿真與G代碼構(gòu)成，利用G代碼仿真視圖與局部視圖的分析來進(jìn)一步了解加工環(huán)境情況，系統(tǒng)仿真和實(shí)際加工現(xiàn)狀較為貼近，能夠快速了解工件的一系列加工過程，有利于及時(shí)找到問題解決問題，對(duì)加工方案進(jìn)行優(yōu)化，避免設(shè)計(jì)誤差等因素對(duì)工件加工質(zhì)量帶來的不利影響。拱架加工選擇恒定體積去除率和恒定切削厚度結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)多種加工工序，粗加工和半精加工的優(yōu)化選用恒定體積去除率的方法手段，分區(qū)精加工及清根加工則選擇恒定切斜厚度及恒定體積去除率結(jié)合的方式改善。刀具優(yōu)化的整體加工時(shí)間約為296.24min，經(jīng)過優(yōu)化后加工時(shí)間得到了有效縮減，縮減到了228.03min，提高了工件加工的效率，也保證了加工質(zhì)量。優(yōu)化處理可以保證穩(wěn)定體積去除率，規(guī)避沖擊荷載，而且數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用也能保障刀具的使用壽命，提高刀具的運(yùn)作穩(wěn)定性等[4]。

4? 結(jié)束語

現(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù)具有明顯的系統(tǒng)化特征，數(shù)控編程技術(shù)通過CAD、CAM以及數(shù)控加工仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)了零件加工工序的編程，對(duì)其中的影響因素和細(xì)節(jié)部分進(jìn)行分析，根據(jù)實(shí)際加工要求編制合理可行的NC程序。之后利用數(shù)控加工仿真軟件生成NC代碼，實(shí)施仿真、檢測(cè)、優(yōu)化等，進(jìn)一步改善零件加工過程的合理性與精確性，提升零件加工質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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[3]張?jiān)ＨA.現(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù)及應(yīng)用[J].中國(guó)科技博覽，2016：343.

[4]裴建軍.現(xiàn)代數(shù)控編程技術(shù)的應(yīng)用研究[J].科技與創(chuàng)新，2017：146-147.