復雜零件數控加工中仿真技術應用的幾點探討

李瓏

摘 要：隨著我國計算機技術的發展，我國機械自動化加工腳步也在不斷加快，促進了社會經濟的進步和發展。復雜零件數控加工在機械制造中是其重要組成部分，在加工中使用仿真技術能夠使得數控加工獲得更高的精度與準確度。文章根據相關工作經驗，分析我國數控加工仿真技術的發展現狀以及相關應用。

關鍵詞：機械自動化；復雜零件數；仿真技術；應用研究

中圖分類號：TH13 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）14-0036-02

1 概 述

數控加工中的仿真技術（ technique of simulation）主要指的是模擬現實工作機床與其具體的工作狀況，簡而言之，采用虛擬的仿真技術是一種對復雜零件數進行技能加工培訓的方法。近年來，各大廠家為了滿足客戶的多樣化需求，將產品的研究周期不斷縮短，產品的零部件業務也就越來越復雜多變，與之相應的為了提高產品的綜合競爭實力，仿真技術應運而生，被廣大生產廠家所青睞[1]。現階段我國高校教育中已經有諸多數控加工仿真技術的教育教學系統，此理念已經走在教育的前端，為我國工業制造的發展提供了大量的技術專業人才。在制造業中，一般采取計算機輔助設計，繼而實現三維環境下的加工仿真，對工具的運行軌跡進行準確計算能夠生成代碼，最終提高企業的綜合競爭實力，擴大市場占有份額，實現經濟效益與社會效益共贏[2]。

2 數控加工中的仿真技術分析

數控加工技術主要將計算機圖形與人機交換術進行有機結合，最終應用于機械加工的整個過程。數控加工仿真技術可以被應用于可視化技術當中，繼而模擬出現實中的數控加工技藝，繼而在仿真軟件的幫助下調節器工作狀態。

簡而言之，虛擬顯示技術能夠通過計算機設備所創造出來的逼真嗅覺以及聽覺等自然地在虛擬世界里進行交互.從本質上來說，虛擬現實就是通過一種較為先進的計算機端口來給用戶提供五官上面的感覺，最大限度地讓用戶利用此軟件，提供整個系統的工作效率[3]。

近年來，隨著機械加工零件的復雜程度以及精確度不斷被提高，加工種類也發生著巨大的變化，數控加工程序也變得愈來愈復雜，在把保證整數控加工的前提下高效利用數控設備成為企業目前遇到的最困難問題之一[4]。

數控技術的發展使得加工零件的NC代碼被廣泛運用，其正確性是否能夠達到具體相關需求有待時間以及實踐驗證。

合理利用數控仿真系統可以有效檢驗數控加工中的各種現象，尤其是在虛擬建設制造過程中，通過對數控機床系統的模擬能夠避免較大風險，通過真實模擬加工過程能夠快速噢誒新機床操作工作人員且幫助機床制造商向潛在的客戶演示機械制造品。

3 數控加工仿真技術的國內外發展現狀

在國外，韓國開發了銑削加工環境以及虛擬數控車削環境；日本研究了FREDAM系統實現了球頭銑刀加工三維仿真，可以用于碰撞檢查以及干涉檢查等；美國開發了虛擬控機床仿真器。上述數控加工仿真技術研究的發展推動了機械制造業的進步，基于此，加上先進的管理經驗與高超的實踐操作能努力，提高了企業中常見的數控加工技術（UG/MAETERCAM軟件）。

在國內，目前主要研究的數控加工仿真技術方向為：刀具的軌跡問題。

目前來看我國常用的加工方式為：

①幾何仿真模式；②物理仿真模式。

幾何仿真方式把零件與刀具看成一個整體，能夠有效檢驗其正確性。物理仿真模式將刀具以及零件看成一個可變彈性體，主要用于消除加工誤差。幾何仿真模式其主要缺點在于：未充分考慮到物理因素。

物理仿真模式的主要缺點在于：難以精確控制切削量，難以保證零部件的毛坯形狀。將幾個仿真模式與物理仿真模式兩者相互有機結合起來才能夠最大限度的實現高精度與高準確度的切削，最終提高企業的競爭力[5]。

4 復雜零件數控加工中仿真技術的具體應用

NCPVSS系統主要針對數控銑削加工，利用三維動畫來顯示整個數控加工過程。

以某工廠的某零件建模為例，由于該零件壁厚叫薄，在加工過程中容易出現變形事故，因此需要采用粗加工后細加工的方式，在中間的過程應該進行尺寸精度的測量檢驗，盡量保持與設計之初要求一致，在加工大面積鉆孔時保證其垂直度。該零件的主要材料為鋁合金，對其進行預拉伸板材加工，此零件屬于高精度以及異形復雜腔體類，是數控加工的代表。

在加工過程中，首先需要對刀位數據進行計算，再通過后置處理軟件來將數據轉化為NC代碼需要，建立好虛擬的加工環境（主要包括機床模型以及刀具模型等）。此零部件為長方形，其內部為槽腔結構，其剛性比較差，所以應該采用組合夾具方式來進行有效定位。在現有系統中的設計模塊點擊帶有夾具的命令，彈出窗口之后設計零件節點，再根據具體節點位置來選擇合適的夾緊位置，設計出壓板實體；連接好機床與壓板之間的螺栓，參考零件的具體位置后根據機床模型來設計。

在完成上述操作之后，創建數控加工具體操作方式，根據加工的具體內容，制造出每道工序的操作方法，其軟件本身需要進行鉆孔、曲面加工等，在選好相關操作之后，自動生成刀具具體運行軌跡，此過程也被稱為是計算機自動編程。

應用VERICUT機床仿真系統主要指的是利用大眾機床開進行仿真模擬，VERICUT仿真軟件的應用，首先需要在MACHINE SIMULATION系統上創造出機床運動的主要模型[6]。MACHINE SIMULATION系統應用能夠提供一些基礎的數據庫供用戶參考使用，更為豐富的MACHINE SIMULATION系統能夠根據用戶的設計理念來進行相關調整。使用建模模塊進行幾何模型的設計能夠做出更為完美的設計圖紙，工程師利用配比圖紙設定出具體的控制文件和工作文件。

再在VERICUT系統引導下，對使用的毛坯進行定義設置，最后再步入到相關使用中，并且精確設定刀具軌跡的運行。

最后，使用VERICUT系統插入到MACHINE SIMULATION軟件系統中，根據機床的仿真模型添置一些較為實體的機器和毛坯實體，另外還需要在仿真軟件系統中設置一些相互對應的參數，達到機床運動與刀具軌跡的兩者相互兼顧。

總而言之，VERICUT系統目前來看是使用最為廣泛的虛擬模擬軟件，能夠用于準確的數控代碼查證，對較大的數控加工材料切削速度進行計算[7]。VERICUT系統還可以將切割的具體狀況顯示在計算機畫面上，讓技術操作人員能夠及時發現其中的問題并且做好調試工作，通過檢測刀具的運行軌跡來檢測加工工件的具體進度。在實際操作加工中，采用VERICUT系統可以對加工的具體程序進行相應地檢查，避免受到不需要的加工軌跡影響。

從另外一個角度來看，設計師也可以通過AUTODIFF模塊作出數控仿真系統的前后比較，對仿真系統的零部件具體概念設計出不同差異的產品，對同樣的產品根據不同的設計理念進行比較，其中所產生的相關誤差能夠檢測仿真系統在現實操作運行過程中的過切/欠切發生事件。

從上述角度來看，優化刀具軌跡需要進行多方面的實驗和研究，基于此能夠有效提高機床的工作效率。對仿真系統進行二次開發與操作時能夠對仿真特殊刀具進行軌跡判斷，最終做出正確的決定[8]。

5 結 語

綜上所述，隨著數控加工技術的發展，在復雜的零部件加工過程中，為了有效減少廢品的實驗程序與過程，減少碰撞機床發生概率，技術人員需要對產品的物理仿真技術以及幾何仿真技術進行深入研究與思考[9]。

參考文獻：

[1] 衛青延，丁來軍，高軍波，等.基于MBD的數控編程與仿真分析[J].沈陽航空航天大學學報，2013，（4）.

[2] 李永祥，胡秀陽，汪洪，等.計算機虛擬仿真技術在數控加工中的應用 研究[J].浙江師范大學學報（自然科學版），2013，（4）.

[3] 曾強，張志森，肖輝進，等.基于VERICUT五軸聯動數控加工仿真研究 [J].科學技術與工程，2012，（4）.

[4] 王占禮，朱丹，胡艷娟，等.薄壁件數控加工物理仿真研究現狀與發展 趨勢[J].機床與液壓，2014，（3）.

[5] 戶鳳榮，鄒青，孫婉婷，等.基于UG6.0與VERICUT的航空薄壁零件虛數 控加工仿真技術的研究[J].吉林化工學院學報，2015，（8）.

[6] 莊磊.關于仿真技術在數控加工中應用的思考[J].科學大眾（科學教育），2014，（11）.

[7] 王宏宇，張會珍，韓智勇，等.Vericut五軸數控加工仿真技術[J].金屬加 工（冷加工），2014，（16）.

[8] 付大鵬，王小旭.離心泵半開式葉輪的五軸數控加工技術研究[J].機械 設計與制造，2013，（4）.

[9] 唐文杰，吳志軍，馮平法等.基于OpenGL的數控加工在線測量仿真技術研究[J].圖學學報，2012，（2）.