關(guān)于在數(shù)控加工仿真軟件中實(shí)現(xiàn)工藝指導(dǎo)功能的研究

楊學(xué)智　吳紹兵

摘 要：目前數(shù)控仿真軟件基本都不具備加工工藝分析的功能，本文就數(shù)控仿真軟件應(yīng)該具備哪些工藝功能提出了幾個(gè)方面的要求，同時(shí)根據(jù)這些要求簡(jiǎn)要的分析了如何在數(shù)控軟件中實(shí)現(xiàn)這些分析功能，提出了相應(yīng)的解決方案。

關(guān)鍵詞：數(shù)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(shù)控仿真軟件能夠在一定程度上模仿數(shù)控加工的整個(gè)過程。面對(duì)一個(gè)數(shù)控加工任務(wù)，為了保證真正的數(shù)控加工不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，可以先在數(shù)控仿真軟件上進(jìn)行真正加工的過程模擬，以便觀察數(shù)控程序是否正確，加工的產(chǎn)品是否符合要求。數(shù)控仿真軟件還廣泛應(yīng)用于數(shù)控加工課程的教學(xué)中，這樣可以讓學(xué)生在脫離真正的機(jī)床情況下學(xué)習(xí)使用數(shù)控機(jī)床和練習(xí)數(shù)控加工的相關(guān)操作。目前大部分?jǐn)?shù)控仿真軟件還存在很多問題，比如支持的數(shù)控系統(tǒng)不豐富，支持的機(jī)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(bǔ)計(jì)算不全面等。還有一個(gè)很重要的功能基本上所有數(shù)控仿真軟件都不具備，那就是軟件的數(shù)控加工工藝分析功能。本文將就這個(gè)問題提出一些解決思路。

1 數(shù)控仿真軟件應(yīng)該具備的數(shù)控加工工藝分析功能

在真正的數(shù)控加工中，機(jī)床操作一般不會(huì)出現(xiàn)多大的錯(cuò)誤，當(dāng)規(guī)劃好加工刀路后，通過手工或者CAD/CAM軟件的方法編寫的數(shù)控加工程序需要仔細(xì)檢查和校驗(yàn)，而數(shù)控仿真系統(tǒng)目前在機(jī)床操作上可以做到很理想的仿真效果，在程序檢驗(yàn)和加工模擬方面也能在很大程度上實(shí)現(xiàn)令人滿意的仿真效果[1]。但是，目前基本所有的數(shù)控仿真軟件都沒辦法對(duì)加工中涉及到的相關(guān)工藝指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)和指導(dǎo)，而工藝的好壞會(huì)直接關(guān)系到加工產(chǎn)品的質(zhì)量、加工效率和加工成本。

加工工藝指標(biāo)很多，作為一個(gè)能真正仿真加工過程的數(shù)控仿真軟件起碼應(yīng)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(tái)上、在加工過程中是否會(huì)出現(xiàn)夾具干涉、機(jī)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(gè)方面：

1）刀具的種類選擇是否合理，如是否出現(xiàn)了用鉆頭當(dāng)銑刀用的情況。2）刀具的參數(shù)選擇是否合理，如在選擇車刀時(shí)，車刀的角度是否會(huì)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(xiàn)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(shí)間、實(shí)際切削時(shí)間、刀具空走時(shí)間等。

（4）分析切削三要素是否合理。

以上是仿真軟件應(yīng)該具備的功能，因?yàn)檫@些工藝分析功能對(duì)用戶非常有幫助，當(dāng)然還有其他的一些工藝功能分析，但有些工藝分析功能對(duì)一個(gè)仿真軟件而言難以實(shí)現(xiàn)，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(zhǎng)度是否過長(zhǎng)，刀路規(guī)劃是否合理、被加工的零件工藝性如何等。

2 數(shù)控仿真軟件工藝分析功能的實(shí)現(xiàn)方法

一個(gè)數(shù)控加工仿真軟件要實(shí)現(xiàn)工藝分析的功能，才能夠在仿真的過程中及時(shí)的向操作者反饋相關(guān)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(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，軟件必須增加一些新的功能。

在前面提出的4個(gè)工藝分析功能中，第1、第2、第3個(gè)功能對(duì)于數(shù)控軟件的設(shè)計(jì)來說相對(duì)較簡(jiǎn)單，最后一個(gè)功能涉及到得因素很多，實(shí)現(xiàn)起來復(fù)雜許多[2]。

（1）數(shù)控仿真軟件分析機(jī)床行程的工作臺(tái)尺寸和行程是否滿足加工零件的要求時(shí)，可以做一個(gè)簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)。目前有些仿真軟件已經(jīng)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(gè)解決方案上，應(yīng)該先分析加工程序，然后根據(jù)每把刀的走刀路線來判斷是否選了錯(cuò)誤的刀，比如讓切槽刀發(fā)生了垂直于刀面的移動(dòng)，這時(shí)系統(tǒng)應(yīng)該給用戶提出警告，并且報(bào)告報(bào)警內(nèi)容。關(guān)于車刀的角度是否會(huì)影響輪廓形狀和精度的問題，系統(tǒng)應(yīng)該先根據(jù)用戶程序，算出零件的輪廓，然后結(jié)合加工刀具的角度，做一個(gè)簡(jiǎn)單的干涉計(jì)算，如果有干涉就報(bào)警。關(guān)于刀具的硬度是否合格的問題，軟件內(nèi)部只需要做兩個(gè)數(shù)據(jù)庫，一個(gè)是讓工件材料硬度數(shù)據(jù)庫，另外一個(gè)是刀具材料硬度數(shù)據(jù)庫，在刀具和毛坯都選擇完畢的情況下，系統(tǒng)及時(shí)調(diào)取二者的硬度數(shù)據(jù)，并作一個(gè)比較，當(dāng)發(fā)現(xiàn)被加工材料硬度大于刀具硬度時(shí)，軟件報(bào)警。

（3）加工效率分析功能的實(shí)現(xiàn)。這個(gè)功能對(duì)于軟件來說是一個(gè)很簡(jiǎn)單的問題，最容易實(shí)現(xiàn)的是加工時(shí)間的計(jì)算，只要調(diào)用進(jìn)給值和相關(guān)刀路，然后做一個(gè)簡(jiǎn)單的四則運(yùn)算即可得到[3]。空刀時(shí)間的計(jì)算，需要適時(shí)的根據(jù)毛坯的切削程度來逐次計(jì)算，然后累加。

（4）分析切削三要素功能的實(shí)現(xiàn)。軟件在分析用戶程序的切削三要素是否合理時(shí)，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(jī)床剛性、裝夾方式、刀具類型、毛坯材料、加工性質(zhì)等等。因此軟件內(nèi)部要有幾個(gè)數(shù)據(jù)庫用于查詢各種數(shù)據(jù)，同時(shí)要有一些相關(guān)的公式進(jìn)行計(jì)算，最終得出切削要素的選取是否合理。

軟件里面應(yīng)該有以下一些數(shù)據(jù)可供查詢調(diào)用：

1）機(jī)床剛性相關(guān)的數(shù)據(jù)，如主軸功率等。

2）刀具材料的性能數(shù)據(jù)庫，如刀具的硬度、韌性等數(shù)據(jù)。

3）毛坯材料的硬度、韌性等數(shù)據(jù)。

4）粗加工和精加工的相關(guān)數(shù)據(jù)。

3 結(jié)束語

數(shù)控仿真軟件的工藝分析功能是一個(gè)對(duì)用戶有很大幫助但卻被數(shù)控軟件開發(fā)者忽視的功能，本文根據(jù)實(shí)際數(shù)控加工的要求提出了工藝分析的功能要求，并且從指導(dǎo)思路上提出了一些在軟件中實(shí)現(xiàn)這些功能的解決方案。筆者將在今后的研究中進(jìn)一步細(xì)化、具體化這些解決方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]張浩.數(shù)控加工仿真軟件在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)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(shù)控加工技術(shù)中的應(yīng)用和發(fā)展[J].機(jī)電工程技術(shù)，2013，42（01）：16-18.

[3]于明芳.數(shù)控仿真軟件在數(shù)控教學(xué)中的應(yīng)用淺析[J].中國(guó)科技投資，2014，20（A17）：540.