機械加工自動編程軟件與數控仿真軟件的綜合應用

文/梁毅峰

1 前言

機械加工類自動編程軟件種類較多，隨著版本的不斷更新技術日趨成熟，如Master CAM最新版本的X9、UG、Pro-E等，在機械加工領域有著廣泛的應用。常規的機械加工手工編程只能編出基本的平面加工圖形或者簡單的走刀軌跡，對于復雜的空間曲面、曲線加工只能借助于自動編程軟件編程。現有的自動編程軟件都是采用圖形交互式編程的方式，即首先要繪制出平面或者三維圖形，然后可以直接選中圖形輪廓和定義加工范圍，根據加工經驗或《機械加工工藝手冊》設置刀具尺寸、加工進給量、主軸轉速、下刀深度、加工余量、運刀軌跡等參數，自動編程軟件能夠根據所選擇的數控機床類型后處理自動生成相應的NC程序。我國數控仿真加工軟件經過近20多年發展，技術日趨成熟，各高等院校、教育機構應用較多的有宇龍數控仿真系統、VNUC數控仿真軟件、斯沃數控仿真軟件等，隨著產品的更新換代大幅提升了仿真模擬效果，能使學員快速熟練掌握數控車床、銑床、加工中心和線切割機床的操作技術，為理論學習到操作真實機床提供了較好的過渡。但是，在各高校、教育培訓機構，機械加工自動編程軟件和數控仿真軟件往往是獨立教學、獨立使用，沒有發揮軟件之間聯合使用的優勢。機械加工自動編程軟件生產的程序一般不能直接傳輸到數控機床上之間加工，自動生產的程序要經過認真核對確保每一參數無誤才可進行實際加工，一但加工參數有誤輕則被加工件報廢，尤其是加工稀有貴重金屬損失較大，重則發生如撞刀類的影響機床操作人員人身安全的事故。研究機械加工自動編程軟件和數控仿真軟件的綜合應用具有重要意義，自動編制軟件生產的程序調入到數控仿真軟件中總體運行監測，通過二次仿真模擬加工判斷，對程序中不當參數進行修改、不正確的走刀軌跡進行優化調整，生成較為成熟的加工程序，確保實際加工的工件質量和加工安全。

圖1：Mastercam自動編程軟件模擬加工圖

2 數控加工類軟件的綜合應用

2.1 機械加工自動編程軟件的應用

國內企業常見的機械加工自動編程軟件有Mastercam、UG、Pro-E、CAXA等，其中Mastercam軟件是美國CNC公司開發的，從80年代末我國引進至今已升級到Mastercam X9版本，因其強大后處理加工功能使其在機械加工領域有著廣泛的應用。Mastercam自動編程軟件教學往往作為高校、培訓機構、企業培訓上崗中機械專業、數控專業的專業基礎課程，其優點的功能強大、人機界面友好、學員上手快。Mastercam自動編程軟件早期版本由三個獨立模塊組成，分別是設計模塊、車床模塊和銑削模塊，后來發展為集成平面繪圖、空間線架結構設計、曲面設計、三維實體造型、多軸加工、刀具路徑模擬和仿真加工模擬、后處理計算為一體的綜合單一模塊軟件。相比較其他類自動編程軟件，Mastercam自動編程軟件的造型功能雖然不如UG、Pro-E等功能強大，但是Mastercam和其它類軟件有較好的兼容性，其它類繪圖軟件包括Autocad類繪圖軟件生產的圖形文件可以存儲為ISO指定要求格式，如autocad生產的文件存儲為DXF形式、Pro-E生成的文件存儲為STL形式，可很方便將圖形文件直接調入到Mastercam軟件中，具有較好的兼容性。可直接在Mastercam軟件中對調入的圖形進行下一步選取和設置加工參數操作。Mastercam X9版本增加了刀路分析功能，當鼠標懸停在刀具路徑上，可實時顯示進給速度、主軸轉速、走刀方式和冷卻液開關狀態等，具有更好的人機交互性。其模擬加工模擬功能能對發生干涉或碰撞的部分進行高色調渲染，提醒操作人員修改加工參數或走刀軌跡，Mastercam自動編程軟件模擬加工如圖1。

2.2 數控仿真軟件的應用

數控仿真軟件學習使用是機械類、數控類等專業學員在操作數控機床前，由理論學習到實際數控機床操作的基本過渡。國內高校、企業培訓等主要使用上海宇龍數控仿真系統、北京VNUC數控仿真軟件以及南京斯沃數控仿真軟件等，數控仿真軟件具有高度的仿真模擬性，能幫助學員快速熟悉數控機床眾多按鍵的使用，熟練程序的編輯、輸入和校驗，能對被加工毛坯尺寸定義，能夠進行刀具和夾具選擇，可以準確模擬數控機床加工動作、顯示走刀軌跡并對加工件準確測量。數控仿真軟件的突出優點是零耗材，不會因為技術不熟練、加工參數錯誤等發生安全生產事故，并且參數設置靈活、被加工材料種類選擇豐富。隨著數控仿真軟件的更新換代，其功能日趨完善，機械加工的切削聲、加工過程中飛濺的金屬屑等，讓學員身臨其境的沉浸在布置的加工任務中。目前的數控仿真軟件對Fanuc、西門子、三菱、大森、華中數控、廣州數控等國內企業常用的數控系統均能高度模擬加工。

2.3 多軟件間聯合應用

目前各類對學員機械加工、數控技術等的教育培訓往往是軟件的獨立使用教學，軟件之間沒有充分的聯系和發揮作用。經教學實踐，教育學員多軟件之間的聯合使用，更受學員歡迎，使學員更好的建立起機械加工、數控技術的整體思維概念，能更好的、更準確完成布置的實習實訓加工任務。多軟件之間的聯合應用，應注意軟件之間的握手協議要求，設置基準要一致，如自動編程軟件的編程原點要和數控仿真軟件的對刀點一致，否則會出現加工跑偏；編程軟件的毛坯尺寸要和數控仿真軟件的毛坯尺寸一樣，否則大大降低模擬效果；軟件間刀具尺寸、進給速度F值、主軸轉速S值、下刀和提到速度等參數要設置一致。Mastercam自動編程軟件設置編程原點方式如圖2。

3 提升數控加工實訓效果

以Mastercam自動編程軟件、宇龍數控仿真系統和XK7140數控銑床聯合實訓雕刻加工銑削任務為例。首先，使用Mastercam自動編程軟件繪制毛坯和雕刻內容、設置加工參數和進行初步模擬加工，經模擬校驗后，生成NC程序，可存儲為記事本TXT文本形式備用。使用宇龍數控仿真軟件，做松開急停、開機回機械原點等準備工作，對毛坯尺寸進行定義、選擇好刀具并做好對刀設置坐標系工作，采用間接對刀的方式利用軟件提供的塞尺或量塊準確對好X、Y、Z坐標；通過數控仿真軟件內屏幕下方軟鍵選擇PROG、操作、F檢索，打開自動編程軟件存儲的TXT文本程序，分別選擇Read和EXEC執行按鍵讀入程序，將存儲的自動編程軟件生成的NC程序調入數控仿真軟件，數控仿真軟件加工模擬如圖3。在自動模式下選擇運行程序，如發現走刀軌跡、加工參數等有誤，在編輯模式下修改后再次運行，直至能夠滿足加工要求。經模擬無誤的程序可以存儲到計算機，通過計算機COM1或COM2接口，經數據線連接到XK7140數控銑床RS-232接口。數控程序可以通過Mastercam軟件自帶Editor模塊傳輸，也可以用專用傳輸軟件發送到XK7140數控銑床。

圖2：Mastercam自動編程軟件設置編程原點方式

圖3：數控仿真軟件加工模擬

4 結束語

本文對機械加工自動編程軟件、數控仿真軟件和數控機床之間的綜合應用技術進行了深入研究。通過實習實訓教學實踐，機械加工和數控技術多軟件間的綜合使用，能夠充分利用資源，讓學員更好的建立起整體加工技術的思維概念，較好的利用各軟件的優勢，并能比較出軟件使用之間的差別和聯系，進一步提高軟件使用水平和實際加工能力。多軟件的綜合使用能夠完善和豐富數控加工實訓內容，有助于對培訓內容準確定位，同時在充分模擬校驗的基礎上進行實際加工，提高了實習實訓的安全性。