數(shù)控仿真加工軟件功能拓展研究

謝遠(yuǎn)輝，高 威，肖 敏

（1.贛州技師學(xué)院，江西 贛州 341000；2.商丘工學(xué)院，河南 商丘 476000）

數(shù)控仿真加工軟件功能拓展研究

謝遠(yuǎn)輝1，高 威2，肖 敏1

（1.贛州技師學(xué)院，江西 贛州 341000；2.商丘工學(xué)院，河南 商丘 476000）

文章闡述了數(shù)控技術(shù)含義，概述了數(shù)控仿真軟件產(chǎn)品及其功能，對(duì)軟件功能拓展進(jìn)行了展望，這些展望對(duì)于軟件的開發(fā)和優(yōu)化具有一定的意義。

數(shù)控仿真；功能；拓展；軟件

數(shù)控技術(shù)是利用數(shù)字程序控制數(shù)控機(jī)械實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造和自動(dòng)化領(lǐng)域，能較好地解決多品種、小批量和復(fù)雜零件加工以及生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化問(wèn)題。在進(jìn)行產(chǎn)品數(shù)控機(jī)床加工之前，可應(yīng)用數(shù)控仿真軟件進(jìn)行前期的準(zhǔn)備和驗(yàn)證工作。數(shù)控仿真軟件能模擬真實(shí)的數(shù)控加工環(huán)境，加工效果比較理想，是實(shí)際機(jī)床加工的有效補(bǔ)充。數(shù)控仿真軟件技術(shù)亦趨成熟，但仍然有提升的空間，下面對(duì)其功能拓展進(jìn)行探討。

1 數(shù)控仿真軟件及其功能

數(shù)控仿真軟件產(chǎn)品比較多，教學(xué)和科研工作中常見的有上海宇龍數(shù)控加工仿真軟件、PRO-E、UG、CAXA-ME、MASTCAM、Vericut等。軟件里面包含的機(jī)床主要有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、立式和臥式加工中心以及多種機(jī)床面板。仿真軟件產(chǎn)品是一個(gè)應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)于數(shù)控加工操作技能培訓(xùn)的仿真軟件。軟件具備對(duì)機(jī)床操作全過(guò)程和加工運(yùn)行全環(huán)境仿真的功能，同時(shí)還具備適用于數(shù)控加工這類強(qiáng)調(diào)操作過(guò)程的功能；仿真系統(tǒng)不僅可以進(jìn)行數(shù)控編程的教學(xué)，還能夠完成整個(gè)加工操作過(guò)程教學(xué)。數(shù)控仿真軟件主要功能相似，概述如下：

（1）仿真軟件具有對(duì)學(xué)員編制的數(shù)控程序進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、具體指出錯(cuò)誤原因的功能，這將大大增加學(xué)員自己動(dòng)手的機(jī)會(huì)，同時(shí)也大大減少了教師的工作量，從而可以降低師生比例。由于是使用仿真軟件，同時(shí)大大減少了工件材料和能源的消耗，從而可以降低培訓(xùn)學(xué)習(xí)成本。

（2）軟件產(chǎn)品具有基于互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)等進(jìn)行雙向互動(dòng)的遠(yuǎn)程教學(xué)功能。遠(yuǎn)程互動(dòng)教學(xué)支持局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星等多種數(shù)據(jù)傳輸方式，教師、學(xué)生操作過(guò)程能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)雙向觀察，數(shù)據(jù)傳送災(zāi)難恢復(fù)等。

（3）大規(guī)模的數(shù)控加工技能考核是一項(xiàng)令人頭痛的事。仿真軟件產(chǎn)品強(qiáng)大的操作過(guò)程紀(jì)錄和回放功能是專為鑒定考核設(shè)計(jì)的。考試記錄回放可實(shí)現(xiàn)考試結(jié)果的自動(dòng)保存，考試操作過(guò)程的記錄及多種回放方式。加工工件自動(dòng)測(cè)量評(píng)分功能可根據(jù)事先設(shè)定的測(cè)量的三維坐標(biāo)及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量評(píng)分。

（4）豐富的刀具材料庫(kù)：仿真軟件產(chǎn)品采用數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)一管理的刀具材料、特性參數(shù)庫(kù)；包含數(shù)百種不同材料、類型和形狀的車刀、銑刀；支持用戶自定義刀具及相關(guān)特性參數(shù)。

（5）機(jī)床操作全過(guò)程仿真。仿真軟件產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)仿真機(jī)床操作的整個(gè)過(guò)程：毛坯定義、工件裝夾、壓板安裝、基準(zhǔn)對(duì)刀、安裝刀具、機(jī)床手動(dòng)操作等。同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)加工運(yùn)行全環(huán)境仿真：數(shù)控程序的自動(dòng)和MDI等運(yùn)行模式、三維工件的實(shí)時(shí)切削、三維刀具軌跡的顯示、刀具補(bǔ)償、坐標(biāo)系設(shè)置等系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定。

（6）數(shù)控程序處理功能。可以導(dǎo)入各種CAD/CAM軟件生成或自行編輯的數(shù)控程序，如PRO-E,UG,CAXA-ME,MASTCAM等；數(shù)控程序的編輯、輸入、輸出方便快捷；軟件特有的數(shù)控程序預(yù)檢查和運(yùn)行中的動(dòng)態(tài)檢查功能也非常實(shí)用。

2 數(shù)控仿真軟件功能拓展展望

雖然數(shù)控仿真軟件具有全環(huán)境仿真的功能，對(duì)實(shí)際機(jī)床加工起了比較大的輔助作用，特別是對(duì)于教學(xué)是很好的一種輔助手段；但其功能還有待加強(qiáng)，以更好地服務(wù)于教學(xué)和科研工作。仿真軟件功能拓展可從以下5個(gè)方面展望：

（1）集成數(shù)控車間設(shè)備和工具量具，形成完整的車間布局。現(xiàn)有的數(shù)控仿真軟件界面顯示的設(shè)備主要是機(jī)床，附件還會(huì)顯示刀具、工件和夾具。如果能在軟件界面顯示機(jī)床、工具、刀具、量具、砂輪、工作臺(tái)和整個(gè)車間場(chǎng)地，并且能切換各個(gè)設(shè)備及工量具的顯示，則能大大加強(qiáng)學(xué)生的求知欲望，能有效地提升學(xué)生身臨其境的感覺，更好地為教學(xué)服務(wù)。學(xué)生步入軟件界面后如同進(jìn)入了真實(shí)的車間，能隨自己的意愿進(jìn)行設(shè)備的使用和工量具的使用；數(shù)控軟件的學(xué)習(xí)如同游戲的使用，既增添了樂(lè)趣又學(xué)到了知識(shí)。

（2）增加理論學(xué)習(xí)模塊，實(shí)現(xiàn)一體化教學(xué)。現(xiàn)有的數(shù)控仿真軟件只是提供了操作的平臺(tái)，使用者可方便地進(jìn)行編程、刀具路徑規(guī)劃和操作加工。但沒有相關(guān)的理論知識(shí)學(xué)習(xí)模塊，使用者需先掌握相關(guān)的理論知識(shí)，再應(yīng)用仿真軟件加以熟悉。這中間存在脫節(jié)的問(wèn)題，學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的時(shí)候如果沒有及時(shí)應(yīng)用操作，很容易遺忘。如果在軟件里設(shè)置理論學(xué)習(xí)模塊，把數(shù)控指令學(xué)習(xí)、簡(jiǎn)單的夾具知識(shí)和常見的工件材料知識(shí)加入進(jìn)去，則學(xué)生可邊學(xué)習(xí)理論知識(shí)，邊應(yīng)用軟件進(jìn)行操作驗(yàn)證，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)一體化教學(xué)。

（3）增設(shè)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)和原理學(xué)習(xí)模塊，實(shí)現(xiàn)直觀學(xué)習(xí)機(jī)床結(jié)構(gòu)。現(xiàn)有的數(shù)控仿真軟件只是提供了機(jī)床的大致形狀和簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，諸如機(jī)床殼體、主軸殼體、工作臺(tái)和機(jī)床門等。這些外在的結(jié)構(gòu)學(xué)生通過(guò)操作機(jī)床很容易就掌握了，但對(duì)于機(jī)床的滾珠絲杠、主軸、伺服電機(jī)、精密軸承等關(guān)鍵零件和部件不但見的少，而且對(duì)于機(jī)床結(jié)構(gòu)也是知之甚少，若能實(shí)現(xiàn)軟件機(jī)床結(jié)構(gòu)模塊學(xué)習(xí)，無(wú)疑是具有重要意義的，這有效地提高了機(jī)床結(jié)構(gòu)與原理課程的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)效果。

（4）將理論學(xué)習(xí)和機(jī)床操作結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。現(xiàn)有的數(shù)控仿真軟件沒有集成完整的車間布局，缺少相關(guān)的理論學(xué)習(xí)模塊。若能將核心的理論知識(shí)、工量具的使用要領(lǐng)等集成到數(shù)控產(chǎn)品的操作加工中，無(wú)疑是具有重要意義的。如學(xué)生在安裝夾具時(shí)，可將工件受力點(diǎn)的選取、夾緊力大小是否合適等相關(guān)知識(shí)列在旁邊，方便學(xué)生判斷和應(yīng)用。這樣學(xué)生可自主進(jìn)行學(xué)習(xí)，只有在遇到解決不了的問(wèn)題時(shí)才詢問(wèn)老師，提高了學(xué)生自學(xué)能力。

（5）實(shí)現(xiàn)對(duì)話式智能參數(shù)輸入，方便學(xué)生學(xué)習(xí)。現(xiàn)有的數(shù)控仿真軟件在這方面做的不多。若能實(shí)現(xiàn)對(duì)話式智能參數(shù)輸入，將大大方便學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握。比如學(xué)生在輸入機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速的時(shí)候，仿真軟件能根據(jù)工件材料、刀具材料和機(jī)床性能判斷轉(zhuǎn)速是否合適，并且給出一個(gè)參考值范圍；學(xué)生在應(yīng)用夾具夾緊工件時(shí)，仿真系統(tǒng)能提示夾具是否合適，夾緊點(diǎn)選取是否合理等。

3 結(jié)語(yǔ)

在闡述了數(shù)控仿真軟件產(chǎn)品及其功能的基礎(chǔ)上，對(duì)軟件的發(fā)展進(jìn)行了展望，包括集成數(shù)控車間設(shè)備和工具量具、增加理論學(xué)習(xí)模塊、增設(shè)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)和原理學(xué)習(xí)模塊、實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、實(shí)現(xiàn)對(duì)話式智能參數(shù)輸入五個(gè)方面。雖然實(shí)現(xiàn)這些功能存在一定的困難，但這些建議是有一定意義的。

[1]陳思濤.規(guī)范數(shù)控編程流程,提高編程質(zhì)量[J].CAD/CAM與制造業(yè)信息化,2010，（7）:72-74.

[2]惲志東,李海標(biāo).基于特征加工技術(shù)在自動(dòng)數(shù)控編程中的應(yīng)用[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2011,（1）:90-93.

[3]郭勝輝.參數(shù)編程在數(shù)控車削加工中的應(yīng)用[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2010,（2）:69-72.

圖8 方案5幾何模型

表2 施力點(diǎn)位移(mm)

對(duì)方案5進(jìn)行第3節(jié)中的仿真分析，施力點(diǎn)的位移如表2所示。從表2可以看出經(jīng)過(guò)優(yōu)化后，我們關(guān)心的端蓋X方向和Y方向的剛度與原方案基本一致，但是質(zhì)量減少了1kg，減輕重量的比例約為3%。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)有限元法對(duì)某型號(hào)的牽引電機(jī)端蓋進(jìn)行輕量化分析。在不降低端蓋產(chǎn)品徑向剛度的前提下，優(yōu)化的通風(fēng)筋結(jié)構(gòu)，降低了端蓋的質(zhì)量，取得了比較好的輕量化效果。

參考文獻(xiàn)

[1]用有限元法計(jì)算異步電機(jī)機(jī)座的強(qiáng)度剛度[J].中小型電機(jī)，1996,（5）.

[2]永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)應(yīng)力測(cè)試及整體強(qiáng)度有限元分析[J].裝配制造技術(shù)，2010,（2）.

[3]陸明萬(wàn)，羅學(xué)富.彈性理論基礎(chǔ)（第二版）上冊(cè)[M].北京：清華大學(xué)出版社，施普林格出版社，2001.

A Research on the Extension of the Function of NC Machining Simulation Software

XIE Yuan-hui1,GAO Wei2,XIAO Min1
(1.Ganzhou Technician Institute,Ganzhou,Jiangxi 341000,China;2.Shangqiu Institute of Technology,Shangqiu,Henan 476000,China)

Thepaper expounded the meaning of numerical control technology and summarized the nc simulation software product and its functions,and made prospects over the extension of the software functions,which was of some significance to development and optimization of softwares.

NC simulation;function;expand;software

TG659

A

2095-980X（2015）02-0055-02

2015-01-15

謝遠(yuǎn)輝(1979-)，男，江西于都人，講師，碩士，主要從事數(shù)控加工技術(shù)等方面的教學(xué)研究工作。