如何提升企業的數控仿真水平

周代忠

摘要：本文通過對仿真環境中的機床硬件幾何尺寸，行程、換刀位置設置，對控制系統中主軸轉數、進給速度，特殊機床刀補、具體指令的正確設置等方面來闡述如何完善企業的仿真環境，滿足企業數控仿真需要。

關鍵詞：數控加工；仿真加工

前言

隨著現代企業數控仿真技術體系的不斷建設，在數控加工中的應用從簡單的檢查表面過切、殘留，加工過程中的碰撞，切削參數設置等內容，逐步向全面通過仿真流程來自動檢查數控程序質量的方向發展，擺脫對人能力的依賴，從而使整個企業的數控加工質量保證體系更加穩定、可靠。這種體系的建立，需要企業管理人員，技術人員對仿真環境基礎建設高度重視，從各個方面解決仿真中遇到的問題。

1.加工仿真環境數據庫建設

企業要保證所有新編數控程序仿真結果的正確與穩定性，在建立規范、合理的仿真審批流程的同時，還須建立與所有數控機床完全匹配的仿真環境庫（由機床、控制系統、刀具庫組成），實現仿真加工效果和實際機床加工效果保持一致，不僅能最大程度的保證了程序的質量，同時也保證通過仿真審批的數控程序能直接被機床利用，減少加工過程的調整。

2.仿真環境機床防錯設定

在仿真機床整體設計中，機床的部件尺寸，基本加工行程，初始位置設置幾個部分較為重要。

2.1仿真機床的部件及行程設定

在仿真機床構建中，有兩點較為重要，需要特別重視，否則無法仿真檢查出程序中的錯誤。

（1） 機床主要硬件的幾何模型尺寸要與實際機床保持一致，尤其是機床的工作臺，主軸等部位的尺寸，這對檢查過程碰撞具有較大作用。

（2）機床的行程設計，需要保持和實際機床一致。在進行機床數控仿真，才能準確發現數控程序是否超過機床加工加工范圍，尤其是一些在機床加工行程邊緣的零件的數控程序，需要精確確定零件的進對刀位置，

2.2機床主軸及換刀位置

在仿真機床設置過程中，機床主軸位置一般默認放置，不作特殊處理，在對一般程序仿真過程中，這樣的設置都能準確檢查出程序的正確與否，保持和現場不會出現任何問題，但在一些特殊情況下會檢查不出程序的錯誤，如主軸默認放置在工作臺中心的位置，如果前一個程序加工后主軸停止在偏離工作臺中心的位置，當前程序加工環形零件過中心線的孔時， 程序中未出現XO，由于程序仿真時繼承了仿真環境中主軸的默認設置位置，仿真結果正確，但實際機床加工時，主軸并不會自動回到中心位置，就會出現加工錯誤。對這些潛在性的錯誤，檢查難度很大，很難保證這些手編程序中出現的錯誤被完全發現。

通過將機床初始位置設置在偏離工作臺中心，端面的位置，如設置在機床實際換刀位置，可消除程序不完善仿真無法發現的問題。在調整機床的默認初始位置后，如果程序中出現缺少X0，YO，以及Z軸初始位置時，能及時通過仿真發現，無需編程校對人員花時間去檢查此項錯誤，提高了系統防錯能力。

3.控制系統防錯設置

3.1 主軸轉速

對每個機床，主軸的轉數都有一個最大最小值，同時在實際應用過程中，主軸的轉數在一個更小的范圍內進行應用。針對具體情況，可在具體仿真環境里對主軸的上限和下限設置一個具體的數值，當進行數控程序仿真時，如果主軸的轉數不在這個范圍內，仿真自動報警，提示編程人員進行修正。

3.2 進給速度

對于進給速度，同樣可以和主軸轉數一樣設置進給速度的范圍，這樣可以在仿真過程中及時發現一些異常的進給速度，如F0，F0.001等，不必人為的去檢查數控程序中的這類錯誤。

3.3特殊機床刀補控制

刀補仿真在仿真軟件中一般都能實現，但對一些特殊情況，仿真結果不一定能保證正確如在一些立臥轉換數控機床加直角度頭后，采用輪廓刀補方式加工環形零件內腔部位尺寸，需要根據彎頭的刀具方向用G17、G18、G19指令指定刀補所在的平面，才能保證刀補程序加工的正確性，但在實際編程中，部分編程人員容易忘掉這個需求，同時仿真結果也顯示沒有問題，造成仿真結果與實際情況不符合，數控程序校對人員對這類情況沒有進行專門關注，容易發生漏審的情況，對此此類特殊機床刀補問題在購買機床時可要求機床廠家提供解決辦法。

該問題如果由用戶自己解決，方法較為復雜，需要對刀補指令進行重新定義，并結合系統全局變量進行全程序檢測是否由G17、G18、G19指令指定了刀補平面，VERICUT軟件目前只能進行單段程序語法檢測，實現的難度較大。一般解決方法是通過將機床加直角頭后的幾種狀態的仿真環境進行針對性地設置，對每種狀態在進行刀補加工時，都由仿真環境自動檢查是否指定對應的刀補平面，沒有，報警提示，并使仿真結果錯誤。

3.4系統指令的正確性配置

Vericut軟件自身提供的仿真控制系統，是針對通用性的機床，有部分指令設置甚至包括了多種數控系統的功能，和實際機床功能不一致，需要進行具體的調整。以西門子840D 仿真控制系統中的部分指令為例進行介紹。

（1）暫停指令G04，這個G指令西門子、法納克等數控系統都支持，但在具體的編程用法方面，存在差異。西門子的編程格式為G4 F_ 或 G4 S_， 法納克系統編程格式為G04 X_；或G04 P_；但在仿真環境西門子840D控制系統中，該系統默認支持G4 F_ ，G4 S_，G04 X_三種編程模式，這容易造成，當編程人員在進行西門子系統編程時，錯誤的采用法納克系統編程格式G04 X_時，系統仍認為程序正確，無法及時的檢查出程序錯誤，對于此類問題，一是采取直接刪除定義格式，另一種是在各種設置中增加錯誤提示。

（2）換刀指令，西門子和法納克數控系統的默認換刀指令都為M6，在四軸和五軸數控機床上，基本都不直接采用此指令進行換刀，用一個包涵此指令的多功能子程序代替，對待這種指令，可此需要針對各個數控機床設置專門的換刀指令，替代M6。

4.仿真刀具庫建設

企業整個仿真體系的創建離不了仿真刀具庫的規范性建設，仿真刀具庫只有實現與編程刀具、現場加工刀具數據庫在命名規則上的統一，才能保證企業數控程序編制、仿真、加工過程順利銜接無干預執行。同時仿真刀具庫中的刀具承載不同加工材料的切削參數，也需要對仿真刀具庫進行長遠合理的規劃，不斷積累和優化刀具數據。因此仿真刀具庫建設看似簡單，其實非常關鍵，既影響仿真效率，又影響數控程序的加工效率，在仿真體系建設中需要高度重視。

5.總結

隨著數控仿真技術的發展，其在數控加工企業中的作用將變得更加突出，但要發揮好仿真軟件的功能，基于其建立完善的企業仿真體系，離不開對軟件及數控程序兩方面的深入研究，不斷規范兩方面的內容，根據企業的需要不斷完善軟件中的不足之處，實現以仿真流程來完全檢查出數控程序中的錯誤，消除不必要的人為干預。建立起穩定的數控程序質量保證體系。