數(shù)控機床加工仿真技術(shù)及應用

陳長遠 鄭美英

摘 要： 我國經(jīng)濟建設與經(jīng)濟大發(fā)展中，不同行業(yè)發(fā)展迅速，在工業(yè)生產(chǎn)以及制造業(yè)的運行發(fā)展中，對先進工藝技術(shù)的和設備的應用不斷增加，提高生產(chǎn)率的同時，也保證了產(chǎn)品生產(chǎn)的質(zhì)量。在制造業(yè)中使用的數(shù)控機床主要是使用數(shù)字化技術(shù)實現(xiàn)對機床生產(chǎn)的控制，自動化機床內(nèi)部裝有控制系統(tǒng)和控制程序，因而對數(shù)控機床進行加工是自動化的過程，需要操作人員在加工前對工藝流程和加工過程等有所了解。隨著現(xiàn)代化科技技術(shù)的不斷應用于發(fā)展，在數(shù)控機床加工過程中應用仿真技術(shù)，能夠促進對機床加工的綜合控制，本篇文章在此基礎上，主要對數(shù)控機床加工仿真技術(shù)應用內(nèi)容及應用方法等進行研究與分析。

關(guān)鍵詞： 數(shù)控機床；加工；仿真技術(shù)；應用；系統(tǒng)程序

數(shù)控機床是在機床的生產(chǎn)加工中應用數(shù)字化技術(shù)予以集中控制，機床自動化的同時內(nèi)部裝有數(shù)字化控制系統(tǒng)程序，能夠在符號指令執(zhí)行和編碼控制中實現(xiàn)系統(tǒng)程度的邏輯處理，譯碼后使用代碼數(shù)字表示，在數(shù)控裝置中輸入信息后，經(jīng)過運算發(fā)出信號，對機床的動作進行控制，并根據(jù)實際圖紙要求，對機床加工的尺寸和形狀等進行設定，使機床零部件能夠自動加工。數(shù)控機床對于不同品種的精密、復雜零部件加工控制效果較好，屬于高效能和柔性自動化機床，在機電一體化中促進了現(xiàn)代機床控制技術(shù)的應用與發(fā)展[1]。而在數(shù)控機床加工中應用仿真技術(shù)，能夠?qū)Ω訌碗s的工具系統(tǒng)進行設計和模擬，在物理模型和數(shù)學模型的構(gòu)建中，對數(shù)控機床加工過程增加計算環(huán)節(jié)，在人機交互中實現(xiàn)對虛擬環(huán)境的圖形結(jié)合式的創(chuàng)造，這種可視化的技術(shù)應用，能夠進一步實現(xiàn)對數(shù)控機床的綜合化控制。關(guān)于數(shù)控機床加工中應用仿真技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容等需要從實踐分析的角度展開研究與探討。

一、數(shù)控機床加工仿真技術(shù)特點

（一）可視化操作

數(shù)控機床加工自動化程度較高，在數(shù)控機床加工中應用仿真技術(shù)，能夠?qū)?shù)控程序進行集中化的控制，保證程序執(zhí)行的正確性，在生產(chǎn)實踐中，一般是使用容易切削的加工材料代替工件進行試切，在這種操作模式下，可以對加工指令進行檢驗，同時也可以使用軌跡顯示的方法，使用筆或者針代替刀具，對工件加工的軌跡進行二維圖模仿，但是這些方法操作麻煩，且使用成本增加。應用仿真技術(shù)，能夠在計算機系統(tǒng)程序的應用中，對數(shù)控機床加工的程序環(huán)境和加工流程等進行可視化模擬，對虛擬環(huán)境進行觀察后，能夠及時發(fā)現(xiàn)數(shù)控機床加工中存在的問題，并及時調(diào)整方案，使工件加工工藝得以完善。

（二）幾何仿真

數(shù)控機床加工過程中的試制環(huán)境模型關(guān)于NC切削仿真，一般包括力學仿真和幾何仿真兩大模塊的內(nèi)容，幾何仿真不需要考慮物理因素如切削力和切削參數(shù)等的影響，需要對工件幾何體運動以及刀具軌跡等進行研究。在此過程中應用仿真技術(shù)大大縮減了從產(chǎn)品設計到產(chǎn)品制造的中間環(huán)節(jié)時間，減少了生產(chǎn)成本，數(shù)控機床加工中的切削過程應用物理仿真，根據(jù)動態(tài)力學的特點，對刀具振動以及刀具破損等情況進行預測，使整個切削過程中得到優(yōu)化[2]。幾何仿真技術(shù)在實際應用中得到不斷發(fā)展，對于定量干涉驗證和定性圖形顯示等均能夠使用常用方法對實體造型進行檢測和分析。

（三）高效能特點

將仿真技術(shù)應用在數(shù)控機床加工中，對于零部件的加工程度和工藝技術(shù)等方面能夠展開綜合化的分析，保證機床加工質(zhì)量的同時，也大大提高了生產(chǎn)效率，因而具有生產(chǎn)高效能的特點。仿真技術(shù)中的NC仿真程序主要用途包括檢驗、優(yōu)化和操作培訓，NC指令驅(qū)動機床的運動，因而數(shù)控機床加工中能夠?qū)ε鲎矄栴}進行檢驗和控制，相較于CL數(shù)據(jù)加工，NC仿真程序加工，操作過程與實際情況更加接近，但是在此過程中需要注意的是在數(shù)控機床加工仿真操作總，需要對加工環(huán)境進行分析，考慮其中的影響性因素，并研究制定出有效方案予以解決，促進數(shù)控機床加工的效率提升和質(zhì)量穩(wěn)定[3]。

二、數(shù)控機床加工仿真技術(shù)應用

（一）構(gòu)建器

數(shù)控機床加工應用仿真技術(shù)涉及多個不同的模塊內(nèi)容，構(gòu)建器在數(shù)控機床加工過程中，能夠?qū)ζ渲噶羁刂铺峁┍匾ぞ邇?nèi)容，因此在實際應用中能夠增添新的設備到仿真環(huán)境中，這些“數(shù)字”設備大多圖形方式是可見的，因而用戶界面下進行組裝、更改和測試后，能夠使其功能更加強大。對于實體化的模型通常包括圓錐體、圓柱體和長方體等，將其他模型如線框模型和IGES模型從CAD系統(tǒng)中引出后，可以對機床主軸、夾子、夾具和工作臺等部件內(nèi)容進行細節(jié)性的描述，機床構(gòu)建器在對數(shù)控代碼轉(zhuǎn)換后，能夠使程序運行更加具有自動化特點。

（二）工具箱

仿真技術(shù)在數(shù)控機床加工中使用，能夠在仿真程序控制中，對刀具長度補償、刀具直徑補償、計量長度編程、加工坐標系、宏指令、變量編程以及子程序等進行功能升級，使數(shù)控機床加工控制內(nèi)容更加完善[4]。在數(shù)控模擬狀態(tài)較為理想的狀態(tài)下，使用機床開發(fā)工具箱能夠?qū)?shù)控機床加工中的一些特殊加工要求和仿真要求等予以滿足。機床工具箱應用對于較為特殊和復雜的數(shù)控代碼控制能力提高，對于代碼解讀的效率也有所提升，因而能夠為數(shù)控機床加工提供代碼輸入和代碼編譯服務。

（三）工具包

仿真技術(shù)中的幾何工具包在數(shù)控機床加工中，能夠?qū)⒉煌腃AD數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化形式為STL文件，也可以轉(zhuǎn)化為CGTech產(chǎn)品可以用的文件類型，且?guī)缀喂ぞ甙鼘τ谀Ｐ臀募膯栴}修復功能也較為突出，可以將表面模型進一步升級為實體模型。數(shù)控機床加工仿真技術(shù)中的幾何工具包可以將系統(tǒng)程序中應用有限或者是無用的模型轉(zhuǎn)化成可用的夾具或者是組件等實體內(nèi)容，實現(xiàn)數(shù)控技術(shù)應用的最優(yōu)化。

結(jié)語：

數(shù)控機床加工是在數(shù)控單元中完成加工操作和加工監(jiān)控，因而數(shù)控機床加工在實際的應用過程中具有適應性強的優(yōu)勢，加工的機床精度高，質(zhì)量穩(wěn)定，且能夠在多坐標聯(lián)動中加工出形狀更加復雜的零件。加工數(shù)控機床中應用仿真技術(shù)可以將計算機仿真技術(shù)應用在零部件數(shù)控加工中，人機交互的特點明顯，模擬出工藝系統(tǒng)的數(shù)控加工環(huán)境，在計算機上集中演示數(shù)控機床的方法和路線等，及時反饋錯誤信息，使技術(shù)人員對仿真過程進行預覽和虛擬，使其能夠及時發(fā)現(xiàn)問題，并調(diào)整程度，減少加工事故的產(chǎn)生，保證機床質(zhì)量[5]。從實踐生產(chǎn)分析來看，仿真技術(shù)在數(shù)控機床加工中的應用，能夠?qū)庸さ倪^程進行綜合仿真，減少和防止碰撞等其他具有生產(chǎn)干涉性的事故產(chǎn)生，有效提高了數(shù)控機床加工的安全率，對于現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展具有重要促進作用。

參考文獻

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[4]任寶鋼.五軸數(shù)控機床加工仿真技術(shù)應用[J].工具技術(shù)，2014，48（12）：51-53.

[5]馮娟，楊承濤.數(shù)控鏜銑床的3D仿真建模及應用[J].機床與液壓，2013，41（05）：161-163+166.

作者簡介：陳長遠（1984-），男（漢族），山東省嘉祥縣人，副教授，碩士，工作單位，遼寧工程職業(yè)學院，從事專業(yè)領域：機電一體化。