關于在數控加工仿真軟件中實現工藝指導功能的研究

楊學智　吳紹兵

摘 要：目前數控仿真軟件基本都不具備加工工藝分析的功能，本文就數控仿真軟件應該具備哪些工藝功能提出了幾個方面的要求，同時根據這些要求簡要的分析了如何在數控軟件中實現這些分析功能，提出了相應的解決方案。

關鍵詞：數控仿真軟件；工藝分析功能；研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.21.054

0 引言

數控仿真軟件能夠在一定程度上模仿數控加工的整個過程。面對一個數控加工任務，為了保證真正的數控加工不會出現錯誤，可以先在數控仿真軟件上進行真正加工的過程模擬，以便觀察數控程序是否正確，加工的產品是否符合要求。數控仿真軟件還廣泛應用于數控加工課程的教學中，這樣可以讓學生在脫離真正的機床情況下學習使用數控機床和練習數控加工的相關操作。目前大部分數控仿真軟件還存在很多問題，比如支持的數控系統不豐富，支持的機床不多，仿真功能有缺陷，如不支持常用的宏變量編程功能、刀補計算不全面等。還有一個很重要的功能基本上所有數控仿真軟件都不具備，那就是軟件的數控加工工藝分析功能。本文將就這個問題提出一些解決思路。

1 數控仿真軟件應該具備的數控加工工藝分析功能

在真正的數控加工中，機床操作一般不會出現多大的錯誤，當規劃好加工刀路后，通過手工或者CAD/CAM軟件的方法編寫的數控加工程序需要仔細檢查和校驗，而數控仿真系統目前在機床操作上可以做到很理想的仿真效果，在程序檢驗和加工模擬方面也能在很大程度上實現令人滿意的仿真效果[1]。但是，目前基本所有的數控仿真軟件都沒辦法對加工中涉及到的相關工藝指標進行檢驗和指導，而工藝的好壞會直接關系到加工產品的質量、加工效率和加工成本。

加工工藝指標很多，作為一個能真正仿真加工過程的數控仿真軟件起碼應該具備以下工藝輔助分析功能：

（1）分析被加工零件的尺寸、判斷能否順利的安裝在工作臺上、在加工過程中是否會出現夾具干涉、機床干涉或者超程等情況。

（2）分析刀具是否合理。主要檢查這幾個方面：

1）刀具的種類選擇是否合理，如是否出現了用鉆頭當銑刀用的情況。2）刀具的參數選擇是否合理，如在選擇車刀時，車刀的角度是否會影響零件的形狀和尺寸。3）刀具的材料是否選擇合理，如是否出現用硬度低的刀具去加工高硬度材料的情況。

（3）切削效率分析，分析加工時間、實際切削時間、刀具空走時間等。

（4）分析切削三要素是否合理。

以上是仿真軟件應該具備的功能，因為這些工藝分析功能對用戶非常有幫助，當然還有其他的一些工藝功能分析，但有些工藝分析功能對一個仿真軟件而言難以實現，或者沒辦法由軟件來作判斷，比如裝夾方案的選擇是否合理、刀具的懸伸長度是否過長，刀路規劃是否合理、被加工的零件工藝性如何等。

2 數控仿真軟件工藝分析功能的實現方法

一個數控加工仿真軟件要實現工藝分析的功能，才能夠在仿真的過程中及時的向操作者反饋相關信息，幫助操作者分析加工工藝性，合理的選擇加工方案。為了實現這個功能，軟件必須增加一些新的功能。

在前面提出的4個工藝分析功能中，第1、第2、第3個功能對于數控軟件的設計來說相對較簡單，最后一個功能涉及到得因素很多，實現起來復雜許多[2]。

（1）數控仿真軟件分析機床行程的工作臺尺寸和行程是否滿足加工零件的要求時，可以做一個簡單的比較，就可以判斷出毛坯是否過大，行程是否滿足要求。

（2）刀具分析功能的實現。目前有些仿真軟件已經具備了部分刀具選擇合理性的分析功能。在判斷刀具選擇是否正確這個解決方案上，應該先分析加工程序，然后根據每把刀的走刀路線來判斷是否選了錯誤的刀，比如讓切槽刀發生了垂直于刀面的移動，這時系統應該給用戶提出警告，并且報告報警內容。關于車刀的角度是否會影響輪廓形狀和精度的問題，系統應該先根據用戶程序，算出零件的輪廓，然后結合加工刀具的角度，做一個簡單的干涉計算，如果有干涉就報警。關于刀具的硬度是否合格的問題，軟件內部只需要做兩個數據庫，一個是讓工件材料硬度數據庫，另外一個是刀具材料硬度數據庫，在刀具和毛坯都選擇完畢的情況下，系統及時調取二者的硬度數據，并作一個比較，當發現被加工材料硬度大于刀具硬度時，軟件報警。

（3）加工效率分析功能的實現。這個功能對于軟件來說是一個很簡單的問題，最容易實現的是加工時間的計算，只要調用進給值和相關刀路，然后做一個簡單的四則運算即可得到[3]。空刀時間的計算，需要適時的根據毛坯的切削程度來逐次計算，然后累加。

（4）分析切削三要素功能的實現。軟件在分析用戶程序的切削三要素是否合理時，涉及到得因素很多。要分析切削要素選取是否合理，需要綜合以下因素作出判斷：機床剛性、裝夾方式、刀具類型、毛坯材料、加工性質等等。因此軟件內部要有幾個數據庫用于查詢各種數據，同時要有一些相關的公式進行計算，最終得出切削要素的選取是否合理。

軟件里面應該有以下一些數據可供查詢調用：

1）機床剛性相關的數據，如主軸功率等。

2）刀具材料的性能數據庫，如刀具的硬度、韌性等數據。

3）毛坯材料的硬度、韌性等數據。

4）粗加工和精加工的相關數據。

3 結束語

數控仿真軟件的工藝分析功能是一個對用戶有很大幫助但卻被數控軟件開發者忽視的功能，本文根據實際數控加工的要求提出了工藝分析的功能要求，并且從指導思路上提出了一些在軟件中實現這些功能的解決方案。筆者將在今后的研究中進一步細化、具體化這些解決方案。

參考文獻：

[1]張浩.數控加工仿真軟件在實訓教學中的應用[J].電子世界，2013，

03（08）：80-81.

[2]呼剛義，王蓀馨，楊鵬.虛擬加工仿真軟件在數控加工技術中的應用和發展[J].機電工程技術，2013，42（01）：16-18.

[3]于明芳.數控仿真軟件在數控教學中的應用淺析[J].中國科技投資，2014，20（A17）：540.