數控仿真軟件在數控機床中的應用

章莉

摘 要：數控加工技術是現代機械制造業的先進技術，數控仿真軟件在數控加工的應用中具有很大的優勢，通過仿真及時發現和解決加工過程中出現的問題。本文分析了數控仿真軟件的優點，并簡介了斯沃數控仿真軟件、MasterCAM等幾款數控仿真軟件，并對數控仿真中應注意的工裝、對刀等問題進行了分析，最后簡單論述了數控仿真軟件的使用技巧。數控仿真的結果與實際的加工過程是不等價的，工程師們應正確地應用數控仿真軟件。

關鍵詞：數控加工技術；數控仿真；MasterCAM；對刀

中圖分類號：G712；G659 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）03-0053-01

數控加工技術為現代機械制造業解決了高精度、高效率和復雜曲面零件的加工問題[1]。數控加工根據工件的構型和已確定的軌跡，憑借數控系統操控數控機床，并按照程序指令和加工參數展開表面成型運動，完成對工件的加工。數控加工能快速高效地加工復雜零件，數控加工的各個環節必須保證準確可靠。刀具選擇的不合適、對刀的不準確、加工過程不能確保正確、數控加工程序編制的不合理等都有可能導致加工失敗，浪費人力物力。數控仿真軟件是在工件進行實際加工之前對工件的加工過程進行模擬仿真的軟件。通過對加工過程進行仿真的方式，能夠在一定程度上減少不必要的浪費。數控仿真軟件具有許多優勢，目前數控仿真軟件的種類有許多，如UG NX、Master CAM等，數控仿真時也有許多要注意的事項，如工裝、對刀等，數控仿真與實際的加工過程是不等價的，所以要樹立正確的態度應用數控仿真軟件。

1 數控仿真軟件綜述

1.1 應用數控仿真軟件的優勢

數控仿真軟件能夠幫助工程師直觀地觀測工件的加工過程，在實際加工之前就能發現加工過程中會出現哪些問題，數控仿真軟件具有以下優勢：

（1）仿真軟件投入后基本不需要維護費用，能夠有效解決資金短缺和數控設備昂貴之間的矛盾[2]。仿真軟件是一個虛擬的環境，基本不用后期的維護，只需要在需要的時候進行軟件的更新即可。（2）數控仿真能夠節省加工材料。在軟件仿真時是不需要實際的加工材料的，只需要對加工材料進行虛擬建模并在虛擬的環境中進行仿真加工。（3）數控仿真不失真實感.在實習中與真實機床類似，既能看到毛坯到工件的切削變化過程，也能聽到在加工的過程中所產生的聲音[3]。（4）安全、消除了對機床的打掃和保養。如果直接對工件進行數控加工，一旦出現錯誤，就很容易設備損壞的情況，甚至發生安全事故，造成不必要的損害。由于軟件仿真是建立在虛擬環境中對工件的加工過程進行仿真的，所以不會發生切屑飛出、撞刀等安全事故。（5）通過仿真過程及時發現加工過程中可能出現的問題。仿真過程就是真實地模擬實際工件的加工過程，所以工程師就可以直觀地觀測加工仿真過程，通過仿真的結果及時發現加工過程中的問題，并及時進行模型的重構或修改數控加工程序等。

1.2 常用的數控加工軟件與仿真軟件

數控加工仿真軟件在實現計算機編程與科學建模的基礎上，以動態的方式，將加工全過程演示出來[4]。數控加工仿真軟件有許多中，常用的仿真軟件主要有以下幾種：

（1）斯沃數控仿真軟件。斯沃數控仿真軟件的功能強大，適用于國內各種型號的數控系統的仿真，其仿真效果真實性也很強。斯沃數控仿真軟件的主要操作過程主要包括：選刀、對刀、實體仿真加工、仿真加工正常時將程序導入數控機床。（2）MasterCAM。MasterCAM為數控機床尤其是加工中心，提供了從造型設計到加工代碼生成、校驗一體化的全面解決方案。MasterCAM軟件的操作過程主要包括：零件的三維建模、設置毛坯、生成刀軌、刀軌的仿真與實體驗證、后置處理、程序轉換與生成系統程序、程序的編輯與將程序導入數控仿真系統。（3）UG NX。UG NX的CAM功能強大，主要可進行銑削加工、點位加工、車削加工和線切割加工四類的輔助制造，具有效率高、可靠性高等優點。UG NX為機械產品從設計到制造提供了一整套的解決方案。在UG NX的數控加工虛擬環境中，可對數控機床的型號和刀具等進行設置，將刀具軌跡和零件的毛坯模型輸入到虛擬環境中，并對整個加工制造過程進行仿真模擬。

2 數控仿真注意事項

數控仿真為工程師們提供了很大的方便，數控仿真參數的設置對仿真的結果的正確與否至關重要。類似于真實的工件加工過程，在進行仿真加工前要對機床、刀具、工裝、夾具、對刀等進行定義和設置。

（1）數控機床、夾具等的定義。選擇合適的數控機床，最好是公司正在使用的數控機床，對于具體的數控機床，其所配套的夾具一般也是一定的，所以在數控機床定義的同時，機床所使用的夾具也隨之被定義了。（2）工裝。工裝即工裝夾具的簡稱，是指制造過程中所用的各種工具。數控加工仿真需要對加工所使用的刀具進行選擇，除了刀具材料會影響刀具的使用壽命外，刀具的直徑也直接影響刀具壽命，刀具的切削用量會隨著刀具直徑的增大而增大[5]。仿真過程選擇的刀具應與實際所使用的刀具對應，避免仿真過程與實際加工過程差別過大。（3）對刀。對刀是進行數控加工的重要操作，對刀的好壞將直接影響零件加工的誤差、加工質量，甚至造成撞刀事故等。真實的機床在對刀時噪音很大[3]，對工人的影響很大，極易導致對刀的失敗。盡管仿真軟件能夠克服實際對刀時的情況，但在對刀時也要仔細認真，保證仿真過程具有最接近真實情況的初始值。

3 數控仿真軟件的應用技巧

盡管數控仿真軟件能夠較真實地模擬實際的數控加工過程，但是計算機對加工過程的仿真與實際的加工過程還是有差別的，模擬仿真的結果并不能完全代表實際的加工過程，所以工程師們應正確地看待和應用數控仿真軟件。為了更好、更有效地應用數控仿真軟件，可采用以下方式提高軟件使用效率。

（1）自定義模板。許多仿真軟件給用戶提供了可供選擇的數控加工模板，如UG NX軟件為數控編程提供了加工對象模板、刀具模板和刀具軌跡模板等，加快了數控加工進程。有些加工模板是不能滿足具體加工要求的，所以可通過自定義模板的方式制定符合本公司或固定機床的加工模板，為后續的數控加工提供方便。（2）模塊化加工仿真虛擬環境。數控加工仿真環境相當于一個虛擬實驗室或說是一個虛擬加工中心，這個虛擬環境可劃分為許多模塊，如數控機床模塊（包括機床本體、夾具等）、刀具模塊、加工參數模塊等。將虛擬環境模塊化，建立模塊化拼接系統，能夠更快速地完成虛擬仿真環境的構建，加快制造仿真，節省工程師們的參數設置和虛擬環境的構建時間。

4 結語

數控加工能夠快速和高效地加工復雜零件，許多企業、高校等都配置有數控機床，數控加工技術在工業生產中的應用越來越多。數控仿真軟件通過對加工過程進行仿真的方式，幫助工程師們更準確和高效地進行數控加工。數控仿真軟件基本不需要后期的維修費用，節省耗材，能夠真實地模擬實際的數控加工過程。斯沃數控仿真軟件、MasterCAM、UG NX等軟件都可以對加工過程進行仿真，在進行數控仿真時應正確地設置加工參數和構建虛擬加工環境，確保數控機床、夾具的定義與工裝和對刀是正確的，保證仿真的初始值接近實際加工過程。計算機對加工過程的仿真與實際的加工過程是不等價的，工程師們應正確地認識和應用數控仿真軟件，在應用數控仿真軟件時可通過自定義模板和模塊化虛擬環境的方式加快仿真虛擬環境的構建和節省時間。

參考文獻

[1]張雨洪，杜飛龍，劉祖其.數控仿真軟件與實踐能力培養的研究[J].機電產品開發與創新，2017（02）：110-112+132.

[2]劉合群，王志滿.數控仿真軟件的使用技巧[J].時代農機，2017，（03）：206-207.

[3]辛燕，李景才，王鵬飛.數控仿真軟件在數控加工中的應用[J].商丘職業技術學院學報，2017，（04）：84-88.

[4]李曉龍.數控仿真軟件在數控機床教學中的應用研究[J].中國培訓，2017：1.

[5]宋新華，薛海華，宋斌.數控仿真軟件在數控教學中的應用——以車削零件加工為例[J].價值工程，2015，（22）：147-148.