数控仿真加工实训

数控仿真加工实训（精选十篇）

数控仿真加工实训 篇1

手工编程对初学者来说比较适用,可对简单的零件进行操作,但随着工业的发展和数控机床功能的完善,一些形状复杂和特殊的零件在数值计算上,参数设定中,走刀路线的规划等要借助计算机设计制造软件来实现,所以CAD/CAM软件中的仿真加工成为了数控技术发展的重要应用部分。在教学软件中常见的有PRO-E、UG、CATIA等软件。这些软件价格昂贵,在一些高校和中小企业中并不适用,然而在学习或一般的生产中,我们也是用到软件中的几个常用到的模块,我们完全可以找到一个功能简单的国产软件来进行使用。

我国在这一研究工作的领域中开展的比较晚,但随着科研机构研究工作和一些重点院校的不断深入和开展,也已取得了一定的进展,还研发了很多具有自主版权的虚拟仿真软件。例如:北京的斐克软件、上海的宇龙软件、南京的斯沃软件、广州的超软软件等数控机床仿真系统。因为这些软件价格比较便宜,也符合我国标准和国情,所以受到广泛的欢迎并赢得了越来越多的市场。[2]这里就基于斐克仿真软件配合使用,并以车削加工为例进行数控车仿真加工典型实例说明。

1仿真加工操作步骤流程

2操作步骤全流程

1)步骤一,见表2所示。

2)步骤二,见表3所示。

3)步骤三,见表4所示。

4)步骤四,如表5所示。

5)步骤五,如表6所示

6)步骤六,如表7所示

利用虚拟现实技术建立一个逼真的虚拟数控机床加工环境,可以在计算机上进行数控机床操作面板的认识、模拟编程训练并产生加工结果的仿真、进行从零件设计图到动态切削演示的全过程的虚拟实现。在数控加工的教学上利用虚拟培训教学法操作技能训练。由于数控技术教学和培训都离不开数控机床,而数控机床本身价格比较昂贵,学校的购买能力限制了其在教学中的普及。

通过数控加工的仿真操作训练,应达到如下几个教学目的:

1)增加学生对数控机床的感性认识,进一步熟悉体会安全操作规范。增加学生实际操作的自信心。提高安全性。

2)正确掌握对刀方法。刀具对刀是数控编程中重要的环节,要求学生正确掌握方法。在虚拟的世界中不存在设备损坏或刀具破损等问题,学生可以通过数控仿真操作系统进行反复操作练习,直到能完全熟练地掌握对刀方法。

3)适应临场操作感。由于学生首次操作数控设备,有些不敢上手或害怕破坏刀具和工件,所以会显得有些紧张,甚至会产生误操作。例如少输入了小数点或者忘记输入刀具补偿值等。通过仿真系统的训练,学生容易的掌握操作步骤,能在轻松的环境下进行操作,熟练后再操作真实的设备。

4)对编制的工艺流程和程序代码进行验证,更改。防止实际操作时出现危险和错误。

5)节省大量的熟悉机床时间,在现场操作时直接进行加工训练,减少材料和刀具损耗,提高机床使用效率。

进行虚拟培训教学法教学之前,应该具备和学校实际操作场地、条件一致的虚拟教学培训系统,如相应机床的虚拟操作模型、刀具库、环境模拟等等。要力求虚拟环境与实际环境的情景一致。这样才能保证学生能够在虚拟环境下进行数控加工操作的真实过程:毛坯定义、工件装夹、压板安装、基准对刀、安装刀具、机床手动操作等内容。这些操作过程都完全可以在虚拟教学系统中实现,同时虚拟数控加工仿真教学系统可以检验各种数控指令是否正确,能提供与真实机床完全相同的操作面板,其调试、编辑、修改和跟踪执行等功能也一应俱全。

虚拟现实技术在教学中有着极大的前景,特别是受到教育者关注和赏识。国内的一些高职院校,将仿真技术软件广泛应用于三维造型设计、数控模拟加工等实践教学环节,收到了较好的教学效果。在我国许多高校和研究机构也已经利用虚拟现实仿真技术,开展教学和实验实训方面研究与开发,广泛应用于高校的实践教学,将会对其教学模式改革起到极大推动作用。虚拟技术虽然不能完全替代真实的加工和操作,但在理论课与实践课之间起到承上启下的作用。能更好地为教育技术提供一项崭新的模式。

摘要：利用虚拟现实技术实施数控加工实训,能完全打破时间和空间的限制。虚拟现实技术即降低了成本又能够保证教学的质量,是未来实训教学发展的必由之路。利用虚拟现实技术完成实训任务,为职业教育的技能训练找到了一种省钱、省时、高效的方法,可节省成本兼顾精度和编程检测方面的考虑,完全可以配合使用斐克仿真软件的相应模块,以典型车削零件加工为例探索出一条新的数控加工技术教学模式的道路。

关键词：虚拟现实技术,斐克仿真,数控加工

参考文献

[1]刘金磊.虚拟加工过程仿真的研究与分析[D].华北电力大学,2009.

[2]刘文霞.数控仿真系统在数控教学中的应用[J].中国现代教育装备,2009(10).

[3]霍苏萍.数控车削加工工艺编程与操作[M].北京:人民邮电出版社,2009.

数控仿真加工实训 篇2

基于宇龙数控加工仿真软件的教学与实训模式

该文介绍一种经过多年实践,行之有效的教学与实训模式,基于宇龙数控加工仿真软件的教学与实训模式的构建,通过数控仿真专用机房的构建,数控实训车间的.布置以及课程和排课的安排,最大限度地提高设备的使用率,增强学生数控编程与操作的效果,提高学生动手能力.

作 者：吴平桂  作者单位：福建省侨兴轻工学校,福建・福清,350301 刊 名：科教文汇 英文刊名：EDUCATION SCIENCE & CULTURE MAGAZINE 年，卷(期)：2009 “”(7) 分类号：G712 关键词：数控加工   数控编程   虚拟技术   仿真软件   实践教学  

UG三维数控加工仿真 篇3

【关键字】UG；五轴数控加工；加工仿真

现阶段，使用的五轴数控仿真系统通常只有二维动画仿真，且整个仿真系统的几何功能有所限制，加工零件和机床模型必须借助其他CAD软件才能建模，整个模型的仿真精度不高。基于UG软件创建五軸数控机床仿真模型，能够准确读出数控代码，并为机床的各个部件实施三维仿真，同时对零件加工环节机床各部件之间的干涉进行检查，为合理修改刀具轨迹提供可靠依据，避免因文件格式转化导致仿真精度降低的情况。

创建三维仿真系统的步骤

（一）仿真系统工作流程

三维仿真环境是基于计算机虚拟系统中，以不消耗能源和资源真实加工系统的映射，虚拟环境的操作应于实际加工系统所具备的功能相互一致。五坐标数控机床建立的仿真系统具体流程如图1.五坐标联动机床进行加工的零件极为管饭干，可以综合考虑工件、道具等物品的外形、参数的变化，通过装配的形式把制作的CAD模型加入仿真系统内，从而提升仿真系统的灵活性。用户依照实际加工操作基于UG环境下创建刀具、工件等模型，进一步方便对这些模型的尺寸进行修改，在仿真系统的操作直视下，用户只要挑选最佳的部件和位置，

就能把工件、夹具等模型装配至仿真系统的模板文件内。

Y

N

N

Y

N

图1 仿真系统程序具体流程图

初始化仿真环境

建立合理的仿真模型之后，应对UG环境展开初始化操作，随之进入运动分析模块。为了方便在仿真系统内合理控制机床的各个运动部件，在开展仿真操作前要对机床模型中的几何体实施遍历，随后获得相关几何体的指针。

解释NC代码语义

基于NC代码对整个机床加工环节进行仿真操作，必须准确解释机床NC代表的意义，把代码指令进行转化，从而得到机床不同轴的联动运动。机床NC代码是由大量繁乱的机床运动指令组成，每次读取的代码都必须进行语义解释，从而把NC代码内有用的控制命令和数据转换为机床各个轴的位移。

基于三维造型仿真加工过程

使用三维实体造型的办法，能在仿真环境内更改不同的视角并无需重新进行计算，准确表示刀具与工件之间的几何关系和位置。把NC代码予以转化成各个轴的位移，并对其运动情况实施仿真操作。在三维造型中把动画一帧帧的展示出来，并保存到UG后台数据库内。经过存储的仿真动画能够反复回放，可以根据各行的NC代码依次显示，实际显示时可以进行放大、缩小及变换视角等操作。基于三维造型对整个加工环节进行仿真操作，能够准确展现出空间内实体之间的位置关系，三维效果非常好。

干涉检查仿真过程

对仿真过程进行干涉和检查操作，主要是对加工操作中刀具、夹具、刀柄与工件之间进行干涉。因整个仿真过程采用三维实体造型的模式，因此干涉检查就是对机床模型运动时是否相交进行判断。采用模型的几何体指针，对加工环节内可能出现的干涉部件其位置关系展开检查计算。如果运动部件遭到干涉，创建干涉产生的实体，并通过UG系统获取干涉部位的深度、体积等相关信息，并输出形成干涉效果的NC代码，为合理修改刀具轨迹提供可靠依据。

五坐标机床仿真系统实现

文中以五坐标联动机床为研究对象，为该机床建立仿真模型，同时为三元叶轮的铣削加工环节实施仿真操作。整体式三元叶轮形状非常复杂，具有大量的约束条件，因此加工难度较大，这是五轴数控加工操作中独具代表性的零件。根据数控机床具体的传动尺寸，基于UG环境创建仿真模型，对机床各个轴的运动方向及副作性质进行设定，同时把建立的模型存储为模板文件。五坐标联动机床的运动轴是由2个转动轴，和三个移动轴组合而成。根据实际机床部件的具体尺寸，使用UG/Modeling模块为机床部件创建各自的实体模型，随后使用UG/Assemblies模块把不同部件进行装配操作，从而形成完整的实体模型。在UG/Motion运动分析模块挑选工作台等机床部件定义成连杆，移动副由机床的X、Y、Z轴定义，B、C轴表示转动副，根据设定的机床传动轴运动方向进行操作，同时设定运动副其驱动方式是Articulation。对仿真完成的机床模型进行保存，就能加载各类工件、刀具及夹具，如此采用同个机床对各类工件进行加工时，不需要反复创建仿真模型。通过UF_UI_FILENAME函数弹出的对话框，挑选应该装配的部件，同时输入待装部件的位置，采用UF_ASSEM_assembly函数对部件进行装配，并把部件实体指针设置为运动副。若装配部件有必须隐藏的地方，可通过UG中Blank命令对其进行隐藏操作。

【结束语】：总之，基于UG建立的数控加工仿真模型，可以对整个加工过程机床干涉情况进行检查，为合理修改刀位提供有效依据，提升整个数据加工的工作效率，具有优良的实用性。

【参考文献】

[1] 范蓉.整体叶轮曲面造型及数控加工仿真研究[J].中国机械，2013，（6）：102-103.

[2] 章芳芳.基于Vericut的车削中心仿真系统研究[J].科技视界，2013，（28）：180-180.

[3] 丁刚强.整体叶轮五轴数控加工技术的研究[J].制造技术与机床，2013，（4）：100-103.

[4] 杜丽，张信，赵爽宇等.S 形检测试件五轴联动数控加工方法研究[J].中国机械工程，2014，（21）：2907-2911.

数控仿真加工实训 篇4

一、教学过程中使用仿真软件的优点

(一) 最大限度地节约教学成本

真实机床上进行实际操作是传统教学模式, 但是学校的机床数量是有限的, 无法让每个学生都有足够的时间进行实际操作。而利用数控仿真软件的教学模式可以弥补数控设备的不足, 并且能够减少道具的损耗, 节约教学成本。

(二) 保证学生的安全

对于刚接触数控专业的学生, 直接上机床操作是不太安全的事情, 很容易因误操引发安全事故, 而且对设备和刀具的损耗非常大。然而数控仿真软件既安全又实用。即使在学生不注意的情况下操作失误也只会出现警告提示, 一般不会危及学生的人身安全。学生可以在实际操作中找到自己失误的原因, 吸取教训并总结经验, 在下次出现同样的状况时能够以最佳的方式避免失误。

(三) 提高学生的学习兴趣和分析能力, 采用正确的方法解决问题

编写的NC代码在数控仿真软件上都能体现, 并且能对刀具切削加工路径的正确性进行验证, 学生可以直接观察工件在加工过程中可能出现的各种问题, 加工完成之后学生可以自己检查工件的有关参数。这样的教学模式可以让学生熟悉数控加工过程, 熟练掌握数控机床的使用方法与编程方法, 提高学生的学习积极性, 激发学生的自主思维能力。在操作过程中出现操作与程序上的错误, 学生可以通过仿真软件的提示与教师的指导发现与解决操作过程出现的各种问题。这种教学方法有利于提高学生独立思考与解决问题的能力。

二、教学过程中数控仿真软件的应用

(一) 使用灵活的教学方法, 让学生把主动学习当成习惯

目前, 职业技术学院的新生知识基础都不扎实, 对学习也不感兴趣。为了提高学生的学习积极性, 教师利用先进的教学模式与教育手段吸引学生的注意力。数控加工专业的教师都应该具有相对高的教学水平和教学能力, 有专业的数控职业能力, 能够熟练地利用实际操作提高学生的动手动脑能力。在数控教学过程中, 教师起着带领作用, 要对学生在学习中遇到的问题进行详细解答, 做示范操作。在整个教学过程中教师尽量让学生把精力集中在知识点的掌握上, 深入浅出, 熟练掌握编程方法和技巧。

(二) 巧用数控加工仿真软件, 充分利用仿真软件的优势

数控加工仿真软件的使用已经被教师关注与重视, 教学过程中数控加工仿真软件的使用已经得到广泛的应用, 教师不仅要利用仿真软件的优势进行教学而且要在教学中进行引导, 让学生自主思考。教师不能只唱独角戏应该科学地、充分地发挥数控加工仿真软件的特点, 以便简单又生动的教学。

编程方法在数控编程与操作课堂中是重点, 教师在教学过程中需要注重编程工艺问题的处理, 学生在上机课堂中利用数控仿真系统解决实际操作中出现的各种机床操作问题。这种教学模式可以让学生更快更好地掌握数控专业的实际操作技能, 培养学生的学习兴趣和提高分析与解决问题的能力, 以便独立完成每一项实际操作练习。

(三) 对教学内容进行合理安排, 循序渐进地掌握数控编程与操作技巧

教学的目的是把学生送入人才市场, 数控教学需要以就业为导向。数控编辑教学从内容上可以划分为两大模块———第一, 基础模块:这一模块是教学的重中之重, 包含对知识点的讲解、学校训练最常用的数控机床的编程方法、操作及应用。这个模块能让学生熟练地掌握操作技能, 灵活应用所学知识, 为后期学生上机奠定坚实的基础。第二, 提高和拓展模块:各种数控系统的优势都在仿真软件上体现, 可以根据基础训练讲解结合机床编程与操作方法来优化学生所学的知识点, 即使在后期工作中碰到不同操作系统都能上手操作。这样的教学模式, 加大了学生的就业范围, 提高了学生的自信心, 能在最短的时间内适用工作环境。

将数控仿真软件应用到教学过程中, 数控课堂变得更加生动, 学生学习数控技术的兴趣越来越浓, 数控仿真软件的使用提高了学生学习的积极性, 调动学生主观能动性。但是仿真软件毕竟与实际机床有一定的差距, 不能完全代替实际操作, 只能在课堂教学中作为辅助软件, 让学生熟练利用这个操作方法, 提高学生的学习效果。

参考文献

[1]常虹.数控加工仿真软件在数控教学中的应用研究[J].科技信息, 2011 (23) .

数控机床加工工艺实训 篇5

学 校：广东轻工职业技术学院 院 系：机电系 姓 名: 陈慕然

学 号： 2010010801303 班 级：数控102

指导老师：战祥乐，赵战锋

数控车床是数字程序控制车床的简称，它集通用性好的万能型车床、加工精度高的精密型车床和加工效率高的专用型车床的特点于一身，是国内使用量最大，覆盖面最广的一种数控机床。要学好数控车床理论和操作，就必须勤学苦练，从平面几何，三角函数，机械制图，普通车床的工艺和操作等方面打好基础

数控车床是以其主轴轴线方向为Z 轴方向，刀具远离工件的方向为 Z 轴正方向。X 坐标的方向是在工件的径向上，且平行于横向拖板，刀具离开工件旋转中心的方向为 X 轴正方向

第一节 数控车床的实际操。实训操作方法（1）工艺分析 1）技术要求

通过调用循环指令进行加工，每次背吃刀深度为1mm（半径值）。2）工艺的确定。

① 装夹定位的确定：三抓卡盘夹紧定位，工件前端面距卡抓端面距离60mm。

② 刀具加工起点及工艺路线的确定。刀具加工起点位置的确定原则是，该处方便拆卸工件，不发生碰撞，空行程不长等。故将刀具置于Z向距工件前端面2mm，X向距轴心线36mm的位置。通过调用增量编辑的子程序，并使每次调用后的终点位置相对起点位置向X轴负向移动1.5mm，从而实现循环加工，使轮廓向轴线平一，最后满足工件尺寸。

③ 加工刀具的确定：外圆端面车刀（刀具主偏角93°，刀具为焊接式车刀YT15）、3mm切断刀 ④ 切削用量：主轴转速500r/rain，进给速度200mm/min。（2）数学计算

①假设程序原点，建立工件坐标系（以工件后端面与轴线的焦点为程序原点）。① 计算各交点相对位置的坐标值。

例1：用外径粗加工复合循环编制图3.3.27 所示零件的加工

程序：要求循环起始点在A(46，3)，切削深度为1.5mm（半径量）。退刀量为1mm，X 方向精加工余量为0.4mm，Z 方向精加工余量 为0.1mm，其中点划线部分为工件毛坯。（3）确定加工路线

按先主后次，先精后粗的加工原则确定加工路线，采用固定循环指令对外轮廓进行粗加工，再精加工，然后车退刀槽，最后加工螺纹。

(2)装夹方法和对刀点的选择

采用三爪自定心卡盘自定心夹紧，对刀点选在工件的右端面与回转轴线的交点。

(3)选择刀具

根据加工要求，选用四把刀，1号为粗加工外圆车刀，2号为精加工外圆车刀，3号为切槽刀，4号为车螺纹刀。采用试切法对刀，对刀的同时把端面加工出来。(4)确定切削用量

车外圆，粗车主轴转速为500r/min，进给速度为0.3mm/r，精车主轴转速为800r/min，进给速度为0.08mm/r，切槽和车螺纹时，主轴转速为300r/min，进给速度为0.1mm/r。(5)程序编制

确定轴心线与球头中心的交点为编程原点

二、编程步骤

，首先应对零件图纸分析，确定加工工艺过程，也即确定零件的加工方拿到一张零件图纸后法（如采用的工夹具、装夹定位方法等），加工路线（如进给路线、对刀点、换刀点等）及工艺参数（如进给速度、主轴转速、切削速度和切削深度等）。其次应进行数值计算。绝大部分数控系统都带有刀补功能，只需计算轮廓相邻几何元素的交点（或切点）的坐标值，得出各几何元素的起点终点和圆弧的圆心坐标值即可。最后，根据计算出的刀具运动轨迹坐标值和已确定的加工参数及辅助动作，结合数控系统规定使用的坐标指令代码和程序段格式，逐段编写零件加工程序单，并输入CNC装置的存储器中。

一、加工中心几个常用指令的编程技巧

1、M00、M01、M02和M30的区别与联系

学生在初学加工中心编程时，对以上几个M代码容易混淆，主要原因是学生对加工中心加工缺乏认识，加上个别教材叙述不详细。它们的区别与联系如下：

M00为程序暂停指令。程序执行到此进给停止，主轴停转。重新按启动按钮后，再继续执行后面的程序段。主要用于编程者想在加工中使机床暂停（检验工件、调整、排屑等）。

M01为程序选择性暂停指令。程序执行时控制面板上“选择停止”键处于“ON”状态时此功能才能有效，否则该指令无效。执行后的效果与M00相同，常用于关键尺寸的检验或临时暂停。

M02为主程序结束指令。执行到此指令，进给停止，主轴停止，冷却液关闭。但程序光标停在程序末尾。

M30为主程序结束指令。功能同M02，不同之处是，光标返回程序头位置，不管M30后是否还有其他程序段

G90 绝对值输入 G31 等导程螺纹切削 G91 相对值输入 G32 跳步功能 G00 快速点定位 M02、M03 程序结束 G01 直线插补 M00 程序停机 G02、G03 顺圆和逆圆插补 M01 选择停机 G28 自动返回参考点 M98 调用子程序 G04 暂停 M99 子程序结束

所加工的零件、例1

%3327 N1 G59 G00 X80 Z80（选定坐标系G55，到程序起点位置）N2 M03 S400（主轴以400r/min 正转）

N3 G01 X46 Z3 F100（刀具到循环起点位置）

N4 G71U1.5R1P5Q13X0.4 Z0.1（粗切量：1.5mm 精切量：X0.4mm Z0.1mm）N5 G00 X0（精加工轮廓起始行，到倒角延长线）N6 G01 X10 Z-2（精加工2×45°倒角）N7 Z-20（精加工Φ10 外圆）

N8 G02 U10 W-5 R5（精加工R5 圆弧）

N9 G01 W-10（精加工Φ20 外圆）

N10 G03 U14 W-7 R7（精加工R7 圆弧）N11 G01 Z-52（精加工Φ34 外圆）N12 U10 W-10（精加工外圆锥）

N13 W-20（精加工Φ44 外圆，精加工轮廓结束行）N14 X50（退出已加工面）N15G00 X80 Z80（回对刀点）N16 M05（主轴停）

N17 M30（主程序结束并复位）

例2:杯子

程序设计 %O02 T0202 S500 M03 G1 X45 Z2 G71 U-0.4 R2 P5 Q10 X-0.4 F80 S1300 M3 F50 N5 G0 X33.06 G1 Z0 F80 G2 Z-0.249 X32.196 R0.5 G2 Z-11.729 X23.618 R36.5 G1 Z-27.772 X17.96 G3 Z-29.069 X17.126 R5 G3 X16.776 Z-30.213 R9.5 N10 G1 X16 G0 Z100

G0 X80 M5 T0101 S500 M03 G0 X45 Z2 G71 U0.5 R2 P10 Q20X0.4 F100 S1300 M3 F50 N10 G1 Z0 F80 G3 Z-0.5 X35.22 K-0.5 I0 Z-0.755 X35.08 K0 I-0.5 G2 Z-12 X26.568 K-17.827 I30.12 G1 Z-18.372 X24.322 G2 Z-20.209 X22.714 K-1.837 I1.696 Z-21.354 X23.27 K0 I2.5 G1 Z-24.794 X22.056 G2 Z-26.626 X20.458 K-1.832 I1.702 Z-27.922 X21.184 K0 I2.501 G3 Z-35.202 X8 K2.967 I-10.592 G1 Z-38.498 G2 Z-39.526 X8.442 K0 I2.5 Z-45.943 X26.208 K4.523 I10.027 G3 Z-46.938 X28 K-0.995 I-0.104 N20 G1 Z-48 G1 X35 G1 X80 Z100 M5 T0404 S300 M3 G0 Z-53 X30 G1 X20 F30 G0 X30 G1 X25 F30 G0 X30 G1 X20 F30 G0 X30 M30 M30

综合编程实例

例：编制图3.3.46 所示零件的加工程序。工艺条件：工件材 质为45#钢，或铝；毛坯为直径Φ54mm，长200mm 的 棒料；刀具选用：1 号端面刀加工工件端面，2 号端面外 圆刀粗加工工件轮廓，3 号端面外圆刀精加工工件轮廓，4 号外圆螺纹刀加工导程为3mm，螺距为1mm 的三头 螺纹。

%O1 N1 T0101 N2 M03 S500 N3 G00 X100 Z80 N4 G00 X60 Z5

N5 G81 X0 Z1.5 F100 N6 G81 X0 Z0

N7 G00 X100 Z100 N8 T0202

N9 G00 X60 Z3

N10 G80 X52.6 Z-133 F100 N11 G01 X54

N12 G71 U0.8 R1 P16 Q32 E0.3 N13 G00 X100 Z80 N14 T0303

N15 G00 X70 Z3 N16 G01 X10 F100 N17 X20 Z-2 N18 Z-33

N19 G01 X30 N20 Z-43

N21 G03 X42 Z-49 R6 N22 G01 Z-53

N23 X36 Z-65 N24 Z-73

N25 G02 X40 Z-75 R2 N26 G01 X44 N27 X46 Z-76 N28 Z-84

N29 G02 Z-113 R25

N30 G03 X52 Z-122 R15 N31 G01 Z-133 N32 G01 X54

N33 G00 G40 X100 Z80 N34 M05 N35 T0404 N36 M03 S200 N37 G00 X30 Z5

N38G82X19.3Z-20R-3E1C2P120F3 N39G82X18.9Z-20R-3E1C2P120F3 N40G82X18.7Z-20R-3E1C2P120F3 N41G82X18.7Z-20R-3E1C2P120F3 N43G82 X18.7Z-20 K0.65U0.1V0.1Q0.6P240F3 N43 G00 X100 Z80 N44 M30

数控车床的编程技巧 灵活设置参考点

BIEJING-FANUC Power Mate O数控车床共有二根轴，即主轴Z和刀具轴X。棒料中心为坐标系原点，各刀接近棒料时，坐标值减小，称之为进刀；反之，坐标值增大，称为退刀。当退到刀具开始时位置时，刀具停止，此位置称为参考点。参考点是编程中一个非常重要的概念，每执行完一次自动循环，刀具都必须返回到这个位置，准备下一次循环。因此，在执行程序前，必须调整刀具及主轴的实际位置与坐标数值保持一致。然而，参考点的实际位置并不是固定不变的，编程人员可以根据零件的直径、所用的刀具的种类、数量调整参考点的位置，缩短刀具的空行程。从而提高效率。2 化零为整法

在低压电器中，存在大量的短销轴类零件，其长径比大约为2~3，直径多在3mm以下。由于零件几何尺寸较小，普通仪表车床难以装夹，无法保证质量。如果按照常规方法编程，在每一次循环中只加工一个零件，由于轴向尺寸较短，造成机床主轴滑块在床身导轨局部频繁往复，弹簧夹头夹紧机构动作频繁。长时间工作之后，便会造成机床导轨局部过度磨损，影响机床的加工精度，严重的甚至会造成机床报废。而弹簧夹头夹紧机构的频繁动作，则会导致控制电器的损坏。要解决以上问题，必须加大主轴送进长度和弹簧夹头夹紧机构的动作间隔，同时不能降低生产率。由此设想是否可以在一次加工循环中加工数个零件，则主轴送进长度为单件零件长度的数倍，甚至可达主轴最大运行距离，而弹簧夹头夹紧机构的动作时间间隔相应延长为原来的数倍。更重要的是，原来单件零件的辅助时间分摊在数个零件上，每个零件的辅助时间大为缩短，从而提高了生产效率。为了实现这一设想，我联想到电脑程序设计中主程序和子程序的概念，如果将涉及零件几何尺寸的命令字段放在一个子程序中，而将有关机床控制的命令字段及切断零件的命令字段放在主程序中，每加工一个零件时，由主程序通过调用子程序命令调用一次子程序，加工完成后，跳转回主程序。需要加工几个零件便调用几次子程序，十分有利于增减每次循环加工零件的数目。通过这种方式编制的加工程序也比较简洁明了，便于修改、维护。值得注意的是，由于子程序的各项参数在每次调用中都保持不变，而主轴的坐标时刻在变化，为与主程序相适应，在子程序中必须采用相对编程语句。3 减少刀具空行程

在BIEJING-FANUC Power Mate O数控车床中，刀具的运动是依靠步进电动机来带动的，尽管在程序命令中有快速点定位命令G00，但与普通车床的进给方式相比，依然显得效率不高。因此，要想提高机床效率，必须提高刀具的运行效率。刀具的空行程是指刀具接近工件和切削完毕后退回参考点所运行的距离。只要减少刀具空行程，就可以提高刀具的运行效率。(对于点位控制的数控车床，只要求定位精度较高，定位过程可尽可能快，而刀具相对工件的运动路线是无关紧要的。)在机床调整方面，要将刀具的初始位置安排在尽可能靠近棒料的地方。在程序方面，要根据零件的结构，使用尽可能少的刀具加工零件使刀具在安装时彼此尽可能分散，在很接近棒料时彼此就不会发生干涉；另一方面，由于刀具实际的初始位置已经与原来发生了变化，必须在程序中对刀具的参考点位置进行修改，使之与实际情况相符，与此同时再配合快速点定位命令，就可以将刀具的空行程控制在最小范围内从而提高机床加工效率。4 优化参数，平衡刀具负荷，减少刀具磨损

由于零件结构的千变万化，有可能导致刀具切削负荷的不平衡。而由于自身几何形状的差异导致不同刀具在刚度、强

度方面存在较大差异，例如：正外圆刀与切断刀之间，正外圆刀与反外圆刀之间。如果在编程时不考虑这些差异。用强度、刚度弱的刀具承受较大的切削载荷，就会导致刀具的非正常磨损甚至损坏，而零件的加工质量达不到要求。因此编程时必须分析零件结构，用强度、刚度较高的刀具承受较大的切削载荷，用强度、刚度小的刀具承受较小的切削载荷，使不同的刀具都可以采用合理的切削用量，具有大体相近的寿命，减少磨刀及更换刀具的次数

第二节 数控铣床的实际操作

一、实训目的与要求

（1）强化数控编程代码的理解。

（2）掌握数控系统常用指令的编程技巧。

（3）通过对零件的加工，了解数控铣床的工作原理。（4）了解典型零件的数控铣削加工工艺。（5）懂得产品零件的质量检验和控制。

（6）学生自己动手编制零件程序，独立进行零件生产加工。

二、实训仪器与设备

（1）配HK-21铣床数控系统的HK240数控铣床。

（2）配seimens802s/c铣床数控系统的XK0824数铣床。（3）PVC毛坯（100×100×15mm）。（4）游标卡尺（0-125）一把。

（5）Ф6HSS立铣刀一把，Ф6HSS钻头一把。

三、实训方法（1）工艺分析 1)技术要求

通过调用循环指令进行加工，每次背吃刀深度为1.5mm（半径值）。2)加工工艺的确定。

① 装夹定位的确定：三抓卡盘夹紧定位，工件前端面距卡抓端面距离60mm。

② 刀具加工起点及工艺路线的确定。刀具加工起点位置的确定原则是，该处方便拆卸工件，不发生碰撞，空行程不长等。故将刀具置于Z向距工件前端面2mm，X向距轴心线36mm的位置。通过调用增量编辑的子程序，并使每次调用后的终点位置相对起点位置向X轴负向移动1.5mm，从而实现循环加工，使轮廓向轴线平一，最后满足工件尺寸。

③ 加工刀具的确定：外圆端面车刀（刀具主偏角93°，刀具为焊接式车刀YT15）切断刀 ④ 切削用量：主轴转速560r/rain，进给速度150mm/min。（2）数学计算

① 假设程序原点，建立工件坐标系（以工件后端面与轴线的焦点为程序原点）。② 计算各交点相对位置的坐标值。第三章 零件工艺分析及编程

第一节 工艺分析

一、工件装夹定位的确定

根据零件外型可以看出是直接装夹零件左端用通用夹具

二、加工起点及刀具路线

车外部轮廓---加工退刀槽---切断---调头---车端面

三、加工刀具

01号:车外圆(93°合金)、02号:3mm切断刀(合金)

四、切削用量的选择

① 车外圆及圆弧:转速粗车500 r/min,进给速度100mm/min ②切槽:转速500r/min,进给100mm/min ③切断：转速500r/min,进给100mm/min 第二节 数控车床程序的编制 实例

%O001 N1 T0101 N2 T7 F150 S2000 M13 N3 G0 X11 Y11 Z1 N4 G1 Z-2.5 N5 G1 X61 N6 G1 Y37 N7 G1 X11 N8 G1 Y11 N9 G0 Y19 Z1 N10 G1 Z-2.5 N11 G1 X57 N12 G1 Y33 N13 G1 X15 N14 G1 Y26 N15 G1 X50 N16 G0 X11 Y11 Z1 N17 G1 Z-5 N18 G1 X61 N19 G1 Y37 N20 G1 X11 N21 G1 Y11 N22 G0 Y19 Z1 N23 G1 Z-5 N24 G1 X57 N25 G1 Y33 N26 G1 X15 N27 G1 Y26 N28 G1 X52 N29 G0 Z1 M9 N30 G0 X110 Y65 N31 G1 Z-2.5 N32 G2 I-4 N33 G2 I-8 N34 G2 I-12 N35 G2 I-16 N36 G1 X110 Y65 N37 G1 Z-5 N38 G2 I-4 N39 G2 I-8 N40 G2 I-12

N41 G2 I-16 N42 G0 X110 Y65 N43 G1 Z-7.5 N44 G2 I-4 N45 G2 I-8 N46 G2 I-12 N47 G2 I-16 N48 G1 X110 Y65 N49 G1 Z-10 N50 G2 I-4 N51 G2 I-8 N52 G2 I-12 N53 G2 I-16 N54 G0 Z1 M9 N55 G0 X21 Y67 N56 G1 Z-2.5 N57 G1 X34 N58 G1 Y54 N59 G3 X36 R5 N60 G1 Y67 N61 G1 X49 N62 G3 Y69 R5 N63 G1 X36 N64 G1 Y82 N65 G3 X34 R5 N66 G1 Y69 N67 G1 X21 N68 G0 Z1 N69 G0 X22 Y55 N70 G1 Z-2 N71 G0 Z0 N72 G1 Z-4 N73 G0 Z0 N74 G1 Z-6 N75 G0 Z0 N76 G1 Z-8 N77 G0 Z1 N78 G0 X48 N79 G1 Z-2 N80 G0 Z0 N81 G1 Z-4 N82 G0 Z0 N83 G1 Z-6 N84 G0 Z0 N85 G1 Z-8 N86 G0 Z1 M9 N87 G0 X109 Y24 M13 N88 G1 Z-2.5 N89 G2 I1 N90 G1 Z-5 N91 G2 I1 N92 G0 Z1 N93 G1 X101.5 Y37 N94 G1 Z-2.5 N95 G2 I1 N96 G1 Z-5 N97 G2 I1 N98 G0 Z1 N99 G0 X86 N100 G1 Z-2.5

N101 G2 I1 N102 G1 Z-5 N103 G2 I1 N104 G0 Z1 N105 G0 X78.5 Y24 N106 G1 Z-2.5 N107 G2 I1 N108 G1 Z-5 N109 G2 I1 N110 G0 Z1 N111 G0 X86 Y11 N112 G1 Z-2.5 N113 G2 I1 N114 G1 Z-5 N115 G2 I1 N116 G0 Z1 N117 G0 X101.5 Y11 N118 G1 Z-2.5 N119 G2 I1 N120 G1 Z-5 N121 G2 I1 N122 G0 Z100 M9 N123 M30

实训心得：

近两个多月的实训，我真的体会很多，从一开始嫌累嫌脏又嫌繁琐，复杂到后来渐渐习惯，适应……真觉得我们很不容易，但是我们还是熬过来了，我们成功了，虽然成绩跟自己预想的还有一段距离但是算是不错了，起码每天都在进步，基本的操作学会了，其他的也了解了很多，这就足够了

实训是我们今后近工厂最好的考验和磨练，通过这次实训我深刻地体会到今后工作不是那么的容易，但是只要有信心，毅力，耐心，和一份持之以恒的决心，我们是能成功的。当然我还要感谢我们的组成员，感谢一路我的组员对我的帮助和支持。这次实习给了一次我将所学知识进行运用来解决实际问题的机会，在实习过程中，许多原来并不熟练的知识逐渐被清晰的理解，许多原来没有重视的方面也得到了巩固，更在发现及解决问题的过程中学习到了不少新东西。

虽然目前生产的仅仅是车铣床，加工的零件野是相当的简单的，但是我觉得凡是都要从简单的地方学起，成功没有一蹴而就的，只有满满的学习，相信今后的日子会更好很

七月份就是真正考验我们大学这两年我们学到什么的时候了，到时我坚信这次实训我学到的东西能运用到里面去。加油，一切会成功的！

陈慕然

数控仿真加工实训 篇6

关键词：数控加工仿真;数控教学

数控机床是高科技产品，种类众多，技术含量非常高，价格十分昂贵，一台数控车床或者数控铣床动辄几十万，在数控教学中全部采用实际操作的方式进行将会造成十分高昂的教学成本，实力雄厚的重点院校企业同样无力承担，所以研究一种仿真系统代替实际操作成为了数控教学主要的发展方向，本文就对数控加工仿真系统在数控教学中的应用进行研究，试图摸索出一套更有效，更加节省的数控教学方法。

1.数控教学中存在的问题

数控机床是机电一体化设备，造价远高于普通车床，完全依赖数控机床实际操作进行实训消耗的成本是难以承担的。

数控机床发展非常快，型号众多，更新比较频繁，学校将全部型号系统配齐是不现实的，学生在学校接受数控车床学习之后往往发现工厂中的车床和学校的差别较大，导致学生毕业之后需要在工作岗位上摸索很长时间才能够真正适应机床。

数控机床采用自动运行的方式，学生在初学阶段，极容易因为编程不合理造成刀具和机床损坏，维修的造价很高，甚至可能导致学生受伤。

2.数控加工仿真系统

数控架空仿真系统是在计算机技术和虚拟现实技术飞速进步的情况下产生和发展的，主要用于进行实际设备的模拟和工作状态的仿真，采用计算机仿真培训系统进行培训，能够迅速提高操作者的操作水平，并且不会对真实设备造成损坏。

国内已经有很多学校在教学过程中应用了计算机仿真技术，在数控操作人员培训方面更是产生了各种仿真教学系统。数控加工仿真系统实际上就是计算机以及其他专用硬件软件对真实场景的一种模拟，参与者能够通过和仿真情况的交互来学习数控机床的实际操作。

数控架空仿真系统以虚拟数控机床为核心，虚拟数控机床是虚拟制造技术的一个执行单元，能够给产品设计过程提供可制造型分析，还可以用作学生学习实际操作的工具。通过对零件切削过程的模拟来检查数控指令是否正确。数控加工独立仿真系统可以独立和在线运行，独立运行设备需要一台微机，在显示屏仿真面上上进行数控机床模拟，零件切削过程采用三维动画表示，这种模式方式是十分直观有效的。而在线运行则是将教学系统连接在实际机床上，控制硬件通过对真实场景的仿真，让学生获得一种类似真实的感觉，提高学生的实际操作能力。

3.数控架空仿真系统应用于数控教学的策略

3.1数控加工仿真系统选择

数控加工仿真系统种类和软件形式比较丰富很多数控机床自身就带有仿真系统，然而这些数控加工仿真系统在教学中适用性不强，对教师教学和学生训练具有一定的局限性。很多先构图之后进行自动编程仿真的软件不适用于手工编程，而采用上海宇龙公司开发的基于虚拟现实技术的仿真系统则能够实现对数控铣床、加工中心、车床加工中心加工全过程的仿真，是一种比较理想的仿真系统。

3.2应用策略

3.2.1活化教学方法

传统教学方式在数控教学中的应用效果不是十分理想，因为数控加工有着很强的实践性，理论知识的讲解不能给学生产生很强的印象，所以需要采用灵活的教学方式，提高学生的学习热情。数控专业教师需要不断提升自身的教学水平和数控专业技能，要具有相当的数控编程能力，工艺处理能力和机床实际操作技术，采用行动导向的教学方式，将学生的整体地位充分发挥出来，让学生动手动脑，提高学生的主动性。教师需要积极对学生进行引导，在学生在仿真系统操作过程中遇到的困难进行生动的讲解，尽量集中每堂课的知识点，由浅入深，循序渐进，让学生有层次的掌握编程方法和实际操作技巧。

3.2.2应用仿真系统，实地操作

数控加工仿真系统在数控编程和操作理论教学中能够得到有效的利用，是提高学生数控实际操作能力有效的辅助教学工具。教师需要在教学过程中将仿真系统的可操作性充分利用起来，不能在教学过程中过分依赖仿真系统，弱化数控理论知识的学习加强，也不能一味采用“独角戏”的教学方式，纸上谈兵，导致学生对机床的恐惧心理。

在数控编程和操作课程操作过程中，应该将教学的中心放在编程方法和在编程过程中解决工艺问题的措施。学生则利用仿真系统，进行程序校验，熟悉不同型号不同种类机床的操作问题。在上机操作之前，教师要给学生提出明确的课题，教师需要首先在数控加工仿真系统中进行演示，或者利用多媒体进行演示，学生上机过程需要巡回指导，学生通过在数控仿真系统进行编程和操作，提高了学生自学能力和解决问题的能力，同时有效避免了初学者对车床造成的破坏。

3.2.3编排合理的教学内容

按照三个层次安排教学内容。基础模块对数控系统最常见的车床、铣床、加工中心以及编程方法、操作方法和应用进行研究，这是数控教学的“基本功”，是非常重要的知识环节，学生一定要非常熟练，并且能够灵活应用。

之后安排提高模块的教学内容。对三种机床的编程和操作方面进行详细讲解，加深学生对不同数控机床编程方法的理解。

另一模块是扩展模块，对国产主流数控系统的编程操作方法进行讲解，拓宽学生视野。

3.2.4在课程设计中的应用

传统数控技术专业课程设计往往采用图纸和课程设计的方式进行，但是在学生的课程设计报告中我们发现很多问题，在零件工艺分析、加工路线和工艺卡片等方面存在着明显不足，这样的课程设计不是我们想要的。

引入数控加工系统的课程设计则将课程设计分解为理论和实际操作两部分，在实践部分，要求学生首先在仿真系统上进行手动编程，之后检查第一部分内容的合理性，之后根据编程在实际数控机床上进行操作，进一步验证方案的可行性，采用这种课程设计方案显著体伽勒课程设计的效率，同时也锻炼了学生思考和分析的能力。

4.结束语

数控加工仿真软件应用于数控教学，能够显著提高学生的实际操作能力，并能帮助学生对多种操作系统车床的操作和编程方法进行了解，而且能够减少初学者对成实际车床设备的损坏，并一定程度上保护了学生的人身安全。

参考文献：

[1]黄志辉.数控加工编程与操作[M].北京：电子工程出版社，2012，（8）.

[2]朱丽军.数控仿真应用软件实训[M].机械工业出版社，2013，（5）.

[3]曾小慧，吴明华，潘铁虹.在线数控加工仿真教学系统的实现[J].组合机床与自动化加工技术，2011（9）.

数控车削加工过程仿真模块浅析 篇7

1. 集合运算

在几何造型中，由简单形状物体(通常叫体素)构造复杂形状物体时，必须用到集合论。实体造型技术是建立在集合论的基础上的。

集合表示任何有明确定义的事物的组合，属于一个集合的事物是它的元素或成员。在几何造型中，实体或其它几何体的基本元素都是点。

以某种方式来合并两个或更多个集合中的元素可以形成新的集合。约定集合A和B，构造第三个集合C，其中的元素是所有在A中的元素和所有在B中的元素，则C=A∪B, C称为集合A和B的并集。如果构造一个集合D，其元素是A和B的公共元素，则D=A∩B，集合D叫做A、B的交集。最后，如果A和B是集合，则A·B表示在A中但不在B中的元素的集合。

就几何造型而言，由点组成集合，这些点就定义了笔者所考察的一定维数的欧几里德空间。集合论就为这些点提供了运算方法。

2. 布尔运算

在此笔者讨论如何用这些概念使得更复杂的形状可由简单的形状生成。为此，笔者将运用集合运算符，如：并(∪)、交(∩)和差(—)。这些布尔运算符的应用与组合规则，称为布尔代数。

布尔运算可将两个物体的模型组合起来，从而建立一个合成后物体的新模型。它们为建立复杂的实体模型提供了一种极为有利的手段。它们的基本运算符与集合运算的并、差、交相同。

设有两个物体都部分地占据同一空间，通过布尔运算可将它们合并为一个新的物体取而代之。

差集运算后形成的物体占据第一个物体原有的全部空间，但第二个物体所占据的那部分空间除外。差在许多实体造型系统中也称作相减。

并集后形成的物体占据了两个物体原来所占据的全部空间，交集后形成的物体只占据了原来两个物体所共同占据的空间。由此可以看出，布尔运算是生成和修改复杂实体模型的一种有效方法。尤其是它对某一存在的实体进行修改的能力，是我们对数控加工进行仿真的基础。

在将实体造型技术用于仿真的过程中，难点就是布尔运算，因为要模拟刀具切削，验证加工轨迹，就要把刀具切削毛坯看成是执行布尔差运算，连续的差运算生成物体即为刀具切削毛坯后的工件。这样可通过在工件模型上减去刀具扫描体而完成仿真和验证工作。

二、毛坯模型的离散

车削加工时通常是棒料毛坯，设其直径为D，长度为L。在实现仿真过程时，笔者首先将毛坯离散成许多单元体，单元体的数目依据加工精度而定。

下面以切外圆为例，对实现仿真切削过程的方法加以简单介绍：

1. 在符合精度要求下将毛坯离散，本系统是将其延Z轴离散成10个小单元体，假设毛坯的直径为D，长度为L。

2. 将小单元体的半径值初始化成毛坯的半径。

3. 读取数控代码或刀位文件传递的插补形式及坐标。假设起点(X0, Z0)终点(X1, Z1)。

4. 根据起点、终点坐标的Z值，确定毛坯的切削范围，即确定哪些单元体被切削。

5. 在(Z0—Z1)范围内，把车刀切削后对应的单元体的半径与D/2相比较。如果前者小于后者，则将前者的值赋给小单元体半径;如果前者大于后者，则小单元体的半径保持不变。

6. 利用OpenGL的双缓存(Double Buffer)技术、定时器技术 (Timer)和界面更新技术(InvalidateRgn)可获得平滑逼真的动画效果。

三、车削碰撞、干涉检验

1. 碰撞检验

(1）碰撞的概念

R.K.Culley从时空的角度给出了发生碰撞的定义，即在某一个时刻t，如果空间中位于L1、L2、…、Ln的n个物体S1、S2、…、Sn中，存在一对或多对物体同时占据某块空间，那么就认为发生了碰撞。碰撞的发生就是两个物体在某一个时间点，在某一个位置发生了体积的重合。当物体接触时，每一个物体拥有维持物体本来物理状态的作用力，用于抵御外界产生的变形，如摩擦力等。从机械仿真的角度看，可以划分为两个部分，其一，碰撞检测：用来判断两个物体是否发生接触;其二，碰撞反馈;用于描述物体发生接触后产生的反作用效果。笔者主要针对碰撞进行检测研究。

在虚拟现实中，虚拟物体通过计算机被描述，在内存中格式化的存储，而并没有和实际的空间相联系。在虚拟空间中，没有任何东西可以阻止这些对象在同一时刻，占据同一个空间位置，所以虚拟物体不可能像实物一样存在碰撞，只有通过模仿碰撞发生用算法表现。

(2）碰撞检验的算法

在回转体工件加工过程中，刀具类型的不同可能引起碰撞类型也有差别，主要分为两类;一类是刀具与夹具的碰撞，如外圆车刀、螺纹刀等;另一类是刀具与工件的碰撞，如锉刀等。在实际仿真加工过程中，刀具实体与零件实体在进行复杂的布尔减运算时消耗了大量的计算机系统资源，而与此同时碰撞仿真检测如果采用实体级的刀具、零件、夹具的布尔运算判断碰撞发生，虽然较为精确，但却是不可行的，它将会使计算机资源枯竭，运行速度将异常缓慢，无法达到快速仿真的目的。考虑到回转体零件的对称性，在车内外圆、键孔、钻削和切断，以及刀具快进、快退时的运动轨迹，近似都在刀尖顶点与零件轴线形成的二维平面上，因此笔者采用基于固定时间段的碰撞检测方法，在每隔△t时间段末，刀具从L1点移到L2点，构造刀尖顶点L2与零件轴线形成的加工平面，分别与夹具体、零件体和刀具体相交，构成三个切割平面，即夹具切面、零件切面和刀具切面。根据碰撞分类，选择判断刀具切面与零件切面或夹具切面是否相交，推断碰撞是否发生。

2. 干涉检验

(1）干涉检验的重要性

通常干涉是指在加工曲面时刀具切入了曲面上应该保留的部分，又称为啃切。干涉现象所产生的后果，轻则影响加工表面的质量，损坏工件，重则损坏机床设备。自动干涉检查与处理功能是衡量GAD/CAM系统中数控编程功能的一项重要标志，它不仅能检查出每个刀位是否与零件夹具存在干涉、碰撞，而且能通过抬刀、调整刀轴矢量来消除干涉，自动生成一个无干涉的刀位轨迹。

(2）干涉检验的算法

具体的干涉检查算法是在插值点将加工刀具的主偏角和副偏角与直线倾斜角度比较，对于圆弧段轮廓，则与该插值点在圆弧轮廓的切线的倾斜角进行比较，并区分顺圆和逆圆两种情况。

参考文献

[1]杨润党.虚拟数控车削加工过程建模与仿真系统的研发.江苏大学硕士论文, 2003, 3.

[2]盛亮.数控加工物理仿真关键技术的初探.系统仿真学报, 2003, 5.

数控加工仿真技术简述 篇8

引入仿真后, 在计算机上进行仿真加工, 大幅度缩短程序调试时间, 不需要进行刀具准备、夹具等工作, 不需要进行工件装夹定位和找正, 且仿真切削的速度远远高于实际的切削, 能更快、更好的掌握整个加工过程。

总之, 数控仿真代替了机床切削调试程序, 从经济角度来看, 缩短了产品试制周期, 减低了产品生产成本;从技术角度来看, 检验程序方法简单, 不涉及多部门协调, 避免现场试切打乱现场生产计划, 避免机床碰撞、刀具干涉、刀具折断等问题, 对数控技术更深一步研究有很大的价值。

1 数控加工仿真的类型

1.1 几何仿真

几何仿真不考虑切削参数、切削力等物理因素, 只考虑刀具与工件的运动, 以验证数控加工代码的正确性与合理性, 以减少或者消除因为程序错误而导致的机床碰撞、刀具折断及零件报废等问题。目前几何仿真方面的研究比较全面深入, 出现了许多成熟的仿真软件与仿真模块。国外的仿真软件与系统相对比较成熟, 商业化程度比较高。例如美国CGTECH公司开发的数控加工仿真系统VERICUT软件, 是由NC程序验证模块、机床运动仿真模块、优化路径模块、多轴模块、高级机床特征模块、实体比较模块和CAD/CAM接口等模块组成, 可仿真数控车床、铣床、加工中心、线切割机床和多轴机床等多种加工设备的数控加工过程, 也能进行NC程序优化, 缩短加工时间、延长刀具寿命、改进表面质量, 检查过切、欠切, 防止机床碰撞、超行程等错误;具有真实的三维实体显示效果, 可以对切削模型进行尺寸测量, 并能保存切削模型供检验、后续工序切削加工;具有CAD/CAM接口, 能实现与UG.CATIA及MasterCAM等软件的嵌套运行。VERICUT软件目前已广泛应用于航空航天、汽车、模具制造等行业, 其最大特点是可仿真各种CNC系统, 既能仿真刀位文件, 又能仿真CAD/CAM后置处理的NC程序, 其整个仿真过程包含程序验证、分析、机床仿真、优化和模型输出等。在国内, 数控几何仿真系统相对不够成熟, 商业化程度也不高, 但是也独立研制了一些数控几何仿真系统。清华大学与华中科技大学合作开发的HMPS系统、哈尔滨工业大学研制的NCMPS系统、南京航空航天大学开发的Superman2000CAD/CAM系统。

1.2 物理仿真

物理仿真使用物理规律模拟整个切削加工过程, 考虑受力、速度、加速度、质量、密度、能量等物理因素, 模拟加工过程的动态力学特性进行刀具破损预测、刀具震振动计算以及切削参数控制, 从而达到优化切削过程的目的。由于切削机理复杂, 建模难度大, 研究还不够深入。目前国外较为成熟的美国Third wave AdvantEdge FEM, 是一个基于材料物理性的有限元金属切削仿真软件, 作为切削条件输入的内容包括:工件材料特性, 刀具几何, 刀具材料特性, 切削速度、冷却液参数、刀具振动参数、切削参数等。软件通过有限元分析后, 获得切削加工过程中的切削力、切屑打卷、切屑形成、切屑断裂、热流、刀具工件和切屑上的温度分布、应力分布、应变分布、残余应力分布等物理特性输出结果, 为实际加工提供理论依据, 避免传统加工中单方面凭借经验而导致技术的不可复制性、零件质量不可控性。在软件分析的基础上, 就能选择出最佳的刀具和切削参数;通过仿真分析提高材料的去除率、优化切削力及温度、优化切屑形成、减少金属切削中工件扭曲变形、降低残余应力、提高零件质量、提高刀具性能, 减少现场试切的试验次数和成本, 从而帮助企业通过仿真技术提高产品质量、延长刀具寿命、完善加工工艺, 显著地降低产品制造成本。在国内, 天津大学张大卫教授等人建立了圆锥螺旋铣刀的三维铣削力模型, 哈尔滨工业大学姚英学等提出了面向加工质量预测的虚拟加工检测单元的概念, 综合了虚拟加工及虚拟检测尺寸误差、形状误差、表面粗糙度误差等技术指标。

2 机械加工过程仿真的现状与存在问题

2.1 现状

目前进行的机械加工过程仿真, 主要有两种情况:一种是从研究金属切削的角度出发, 仿真某具体切削过程内部各因素的变化过程, 研究其切削机理, 供生产实际与研究应用;另一种则是将加工过程仿真作为系统的一部分, 重点在于构造完整的虚拟制造系统。这两种方式的仿真方法是相同的, 即首先对机加工艺系统建立连续变化模型, 然后用数学离散方法将连续模型离散为离散点, 通过分析这些离散点的物理因素变化情况来仿真加工过程。

2.2 存在的问题

(1) 仿真的加工形式少, 研究范围窄。在众多的切削加工种类与形式中, 目前的仿真主要集中于铣、磨两种。即使在这两种加工方法上, 仿真也局限在很窄的范围内。如铣削中多是仿真棒铣刀和端铣刀, 而这种仿真系统对其他种类的铣刀 (如加工成形表面用铣刀) 却无能为力。其原因是机械加工种类繁多, 存在着车、铣、刨、磨、镗等多种加工形式;另一方面加工理论复杂, 不同的加工方法、刀具形状的加工模型有较大差别。同时, 目前的仿真系统大多进行几何仿真, 即对刀位轨迹、工件与刀具的干涉校验等, 有称之为NC校验 (NC Verification) 。但在机加过程中, 几何校验只是前提条件, 更为重要的是切削力、刀具振动及刀具磨损等在切削过程中起决定因素的各物理量。 (2) 物理仿真过程都是考虑理想切削状态, 与实际切削过程有较大差距。在目前的仿真系统中预先设定了大量假设因素, 如设定工艺系统刚性满足要求, 无振动;加工材料结构统一, 无硬点等缺陷;刀具无磨损;切削要素不发生变化等。这种假定的理想状态不能将切削过程中的随机干扰如工件硬点造成的材质变化、振动造成的切深变化等因素考虑进去, 使仿真系统不能真实地反映实际切削过程。 (3) 仿真手段限制仿真系统的发展。计算机技术的发展与仿真技术紧密相连, 过去由于计算机软硬件的限制, 仿真时间很长。编码工作量大, 程序可读性、维护性差, 这些都为仿真工作带来困难。目前应用C++语言及面向对象的方法开发仿真系统已成为发展潮流。

以上问题已引起研究人员的重视, 今后的机加工仿真系统将朝着快速运行、面向多种加工形式、更加符合实际状况的方向发展。

摘要：数控加工仿真技术目前已成为数控加工切削过程必不可少的环节, 尤其对于复杂结构的零件来说, 其材料昂贵、结构复杂, 大量采用多轴加工或高速切削, 相关设备极为昂贵, 因此, 确保加工过程中刀具轨迹、切削参数的正确性、合理性, 杜绝过大余量切削、碰撞干涉、超程等意外错误至关重要, 对提高数控编程及加工工作质量、避免失误、缩短生产准备周期、降低成本等方面具有重要现实意义。简要介绍了数控加工仿真技术的作用、分类、国内外发展现状和存在的问题。希望通过文章的介绍, 对相关工作提供借鉴。

关键词：数控加工仿真技术,几何仿真,物理仿真

参考文献

[1]明建全, 等.科学使用数控仿真提高数控教学水平[J].西北职教, 2008 (3) .

[2]John Vesterayer.Simulation Used in CIMS Development[M].A Publication of the Society for Computer Simulation, 1989:95-106.

[3]孟晓风, 王行仁, 等.建模与仿真的智能化、集成化发展综述[J].系统仿真学报, 1996 (4) :1-5.

数控仿真加工实训 篇9

1 数控加工工艺设计

在用数控机床进行零件加工时, 数控工艺设计是为工件进行数控加工前期的准备工作, 它必须在程序编制工作之前完成。因为只有在工艺设计方案确定以后, 编程才有依据, 否则, 由于工艺方面的考虑不周将可能造成数控加工的错误。所以说数控加工工艺设计是数控加工中的第一要素, 它确保了编程与加工的正确性、合理性。数控加工工艺设计主要内容包括: (1) 选择并决定零件的数控加工内容。 (2) 零件图样的数控加工性分析。 (3) 数控加工的工艺路线设计。 (4) 数控加工工序设计。 (5) 数控加工工艺文件的编写。其中数控加工工艺路线设计和数控加工工序设计是非常关键的工艺设计内容, 如何对这两部分内容进行验证是亟待解决的问题。本公司PDM管理平台对各种工艺文件进行管理, 是否可以借助PDM平台中的工艺文件进行零件工艺路线和数控加工工序的验证是值得我们考虑的。

2 数控程序编制

在工艺设计完成的基础上, 可以进行数控程序的编制, 数控程序的编制通常有手动编程和自动编程两种方式, 但无论是手动编程还是自动编程, 我们都要关注数控程序NC代码的准确性、完整性。其中自动编程通常要先生成刀具轨迹, 再经过后置处理生成数控代码文件。手动编程可以按加工工序内容直接生成数控代码文件。下面按自动编程的刀具轨迹生成阶段和数控代码生成后说明不同阶段的仿真加工内容及解决的问题。

2.1 刀具轨迹生成阶段

自动编程的刀具轨迹设计需在专业的编程软件中进行, 而现行的编程软件均具有刀具轨迹仿真功能, 如UG、Master CAM、Hyper MILL等编程软件都能够对刀具轨迹的切削运动和材料去除过程进行模拟, 验证刀具路径的正确性, 避免碰撞、过切、欠切等现象。

2.2 数控代码的仿真加工

此阶段的数控代码仿真通常指离线状态的NC代码仿真, 是指应用仿真软件进行NC代码的识别或材料去除模拟。NC代码的仿真加工可以根据零件结构复杂程度、数控程序的运动轴数及数控程序的类型来考虑选择不同的仿真软件和不同的仿真方法。如回转件 (盘轴、机匣) 的车加工程序, 简单的三轴铣加工程序可以使用无机床的仿真加工。对于结构复杂, 五轴的加工程序必须用带机床仿真加工。

2.2.1 无机床的仿真加工

通过此方法的模拟仿真, 可以检查出数控代码的语法正确性、合理性、连续性、完整性, 避免实际加工中刀具与工装、工件之间的干涉和碰撞。

2.2.2 带机床的仿真加工

机床加工过程仿真必须构建零件、毛坯、工装、机床、刀具等构件, 形成包括数控机床全过程仿真验证的数控加工仿真。可以对四轴联动、五轴联动、车铣复合等加工进行机床加工过程的仿真。可以检查出数控代码语法的正确性、合理性、零件的过切和欠切, 避免实际加工中数控机床与刀具、工装、工件之间的干涉和碰撞及数控机床各运动轴的超行程现象。如对整体叶盘进行叶片的数控铣加工时, 若叶片长、数量多, 再加上叶片本身的扭曲, 在实际加工前进行机床加工起到了非常重要的作用, 可以完全避免实际加工时干涉、碰撞的发生, 并能够准确的给定刀具悬伸长度。

3 机床上的NC代码仿真

数控加工机床多数都具有NC代码的刀轨模拟功能, 而且随着数控机床制造企业对高性能机床的研发, 机床在线仿真功能将更完善。能够100%的验证数控代码的识别及语法的正确性。当零件装夹完成后, 可以进行数控程序的空运行, 从而目视检查程序的大致切削位置及干涉碰撞情况。

总之以上四种仿真方法, 可以消除程序中的错误, 如切伤工件、损坏夹具、折断刀具或碰撞机床。但非机床上的仿真, 对数控程序检查的准确性完全依赖于虚拟控制系统配置的正确性和完整性。

4 试切件加工

以上进行的仿真加工都是在零件实际加工之前对数控程序进行的检查, 并不能预测实际加工时加工系统对零件的影响或切削加工时零件本身的变化, 为获得较高的加工精度, 决定性的一步是, 实际零件加工之前能够给出合理的加工参数及对产品质量的合理预测。在加工结构复杂零件、较昂贵零件及易变形等零件之前最好进行试验件的加工。如对整体叶盘的铣加工, 虽然通过机床加工过程的仿真, 可以完全避免干涉、碰撞等现象的发生, 但是由于加工方案不同、加工参数不合理或机床本身五轴联动执行的不同步, 往往造成较大的接刀痕;叶片表面有振纹、有凹坑或凸起;刀具与叶片刚性不匹配造成叶片厚度的不一致, 只有通过对试件的加工, 总结出合适的走刀路线、合理的加工参数、匹配的加工刀具及测量出零件的实际变形量, 才能给定合理的加工方案, 避免以上问题的发生。对于薄壁机匣件或叶片件的加工, 在实际加工时往往存在装夹变形和加工变形, 只有通过试验件的加工和测量, 针对实际的变形量和变形位置, 采取反变形加工方案来提高零件的加工质量。

结论

通过以上对数控加工全过程仿真加工技术的介绍, 可以看出, 针对不同的验证内容可以选择不同的仿真方法。NC代码仿真、机床加工过程仿真, 能够准确的验证数控程序的准确性, 干涉、碰撞、过切、欠切等现象的发生。对于加工参数的合理性、机床实际的执行情况、零件与刀具的匹配等情况, 必须采用试验件加工的验证方法。

摘要：现代的数控加工技术越来越多的应用仿真加工技术, 不仅仿真加工软件在不断提高软件功能, 编程软件也在增加仿真加工的内容, 本文主要讨论了数控加工的不同阶段, 如何选择不同的仿真形式, 通过本文伯介绍使我们可以在编程的不同阶段选择不同的仿真方法, 不仅增加了仿真手段, 而且能够将错误减少到最小。

关键词：仿真加工,数控加工,NC代码仿真

参考文献

数控仿真加工实训 篇10

数控加工设备价格昂贵、占地面积大, 学校无法做到人手一台设备, 而数控加工仿真软件可以在计算机平台上运行, 解决了教学时学生多数控机床设备少的问题。学生可以对数控机床的操作在数控仿真软件上练习, 同样会起到了真实数控设备的教学效果。

数控加工仿真系统的软件形式很多, 有的是数控机床本身自带的仿真系统, 但这种数控机床的仿真系统在教学中局限性较大, 不适于教师教学, 也不适应学生手工编程教学训练。经过各家仿真软件工程师的介绍, 经比对, 最终我们选择了上海宇龙软件工程有限公司开发的数控加工仿真系统的教学软件。该软件具备对数控机床操作全过程和加工运行全环境仿真的功能, 可以进行数控编程的教学, 能够完成整个加工操作过程的教学。使原来需要在数控设备上才能完成的大部分教学功能可以在这个虚拟制造环境中实现, 大大减少在数控机床设备上的资金投入, 从而可以加快当前紧缺数控加工操作技术人员的培训速度。由于使用仿真软件, 也大大减少工件材料和能源的消耗, 从而可以降低培训成本。该软件可以实现对数控车床、数控铣床、数控加工中心加工零件全过程的仿真, 其中包括毛坯定义与选用、夹具刀具定义与选用, 零件基准测量和设置, 数控程序输入、编辑和调试、零件模拟加工等;拥有FANUC数控系统、SIEMENS数控系统、华中数控系统、广州数控系统等多种数控系统;该软件具有多系统、多机床、多零件的数控加工仿真模拟功能。

2 数控加工仿真系统在课堂教学的优越性

2.1 运用数控加工仿真系统创设情境, 导入新课, 激发兴趣

俗话说得好“良好的开端是成功的一半”。在数控加工课堂中, 利用数控加工仿真系统可以直观地演示, 便于集中学生的注意力, 把他们思绪带进特定的学习情境, 激发学生浓厚的学习兴趣和强烈的求知欲, 对一堂课的成败与否起着至关重要的作用。

借助数控加工仿真系统操作界面如图1, 教师熟练地运用行动导向的教学方法, 将零件程序编制、工艺处理、零件加工操作、自动编程等通过演示, 直观地展现给学生。在教学过程中, 真正体现学生为主体, 变学生被动学习为主动学习;教师起引导作用, 即对学生学习中遇到困难或无法下手的问题进行引导、讲解, 又把每节课的知识点尽可能集中, 深入浅出, 便于学生掌握编程方法与技巧。

2.2 科学安排教学内容, 循序渐近掌握数控编程与操作技巧

在教学过程中教学内容的安排分为三个模块。模块一:基础模块。主要根据我校所具有的设备讲解与训练最常用的FANUC数控系统和广州数控系统中的数控车床的编程方法、操作及应用, 这一模块是中职教学重点, 必须使学生熟练掌握, 灵活应用, 并顺利通过数控车床中级考证;模块二:提高模块。主要讲解与训练FANUC数控系统数控铣床、数控加工中心的编程方法、操作及应用, 以帮助学生进一步加强不同数控系统下对不同数控机床的编程方法的掌握与应用能力;模块三:拓展模块。主要根据省级、国家数控技能竞赛, 讲解SIEMENS数控系统和华中数控系统中的数控车床、数控铣床、数控加工中心的编程与操作方法, 扩大学生的知识面, 提高学生对不同操作系统、不同操作面板的编程与操作能力。这样, 学生在毕业后从业时能够信心十足地面对所操作的数控机床, 较快适应所从事的工作岗位。

2.3 合理分组, 建立竞争机制

在数控教学过程中对学生进行分组, 一般5~8个学生为一组, 指定一名成绩较好的同学为组长, 先将学生安排在数控仿真模拟实验室, 运用数控仿真软件进行训练, 使学生熟练掌握数控控制面板操作, 验证程序的编制, 模拟加工过程, 为机床实际操作打好基础。然后每隔一段时间进行分组轮换实际操作, 从而充分利用了各种资源, 增加了学生的实践时间, 使学生数控编程和机床操作能力得到增强。学生每加工完一个零件时, 就指导他们做知识小结, 以便今后应用。待学生练习到一定程度, 就可以选取一个难度适中零件, 以组为单位, 限定时间完成, 做得又好又快的组给予奖励。这样, 学生的积极性提高了, 学习效果也好。

2.4 用数控加工仿真系统交互功能, 巩固知识, 提升自我探索能力

在课堂教学中, 学生与教师借助控加工仿真系统强大的交互性可以自由调整和控制学习进程。由于仿真软件不存在安全问题, 哪怕是课余时间, 老师不在场指导的情况下, 学生也可以大胆地、独立地进行学习和练习。该软件中不仅具有对学生编制的数控程序进行自动检测、具体指出错误原因的功能, 还具有在真实设备上无法实现的三维测量功能。这些功能使得学生可以进行自我学习, 自我检测加工零件几何形状的精度, 大大降低了教师的工作强度。该软件的互动教学功能使得教师既可以以广播的方式在每个学生的屏幕上演示其教学内容。教师也可以在自己屏幕上看到每个学生的操作情况, 实时了解教学情况, 尤其是对于重难点的巩固练习上效果非常好, 能化抽象为具体, 轻松巩固已学知识, 切实激发学生发自内心的学习兴趣。

2.5 数控加工仿真系统考试功能

在教学过程中, 教师为了检测学生对知识的掌握程度, 在本学科学习快结束时都要对学生考试。而数控加工技能操作考试不仅重视最后的结果, 更重视操作的过程。数控加工仿真系统考试功能不仅记录了考试的最后结果, 还把整个操作过程完整记录下来。通过回放功能可以察看考试的操作全过程。该软件自动测量功能能够对仿真软件上加工完成后的工件进行完全自动的、智能化的测量。如果事先设定了评分规则, 就可以进行全自动的评分。

3 数控加工仿真系统训练快速对刀

车床对刀是数控加工教学中学生较难掌握的知识点, 学生可以利用数控加工仿真系统反复练习, 达到实训时快速对刀。

3.1 机床回参考点

对准MODE SELECT旋钮, 点击鼠标左键或右键, 将旋钮拨到回零模式ZRN档。

先将X轴方向回零, 在回零模式ZRN下, 点击按钮-X, 此时X轴将回零, 相应操作面板上X轴的指示灯亮;再点击按钮+Z, 可以将Z轴回零, 操作面板上Z轴的指示灯亮, 此时机床回到参考点。

3.2 对刀

将操作面板中MODE SELECT旋钮, 切换到JOG上。点击MDI键盘的位置显示POS按钮, 此时CRT界面上显示坐标值, 利用操作面板上的按钮+X、+Z和-X、-Z, 将机床移动到快靠近工件的位置。

点击SPINDLE按钮, 使主轴正转;点击按钮-Z, 用所选刀具接触工件端面, 记下CRT界面上显示的MACHINE的Z的坐标, 读出端面在工件坐标系中Z的坐标值, 记为Z (此处以工件端面中心点为工件坐标系原点, 则Z为0) 。保持Z轴方向不移动, 点击按钮+X, 将刀具退离工件;点击MDI键盘上的参数输入键, 进入形状补偿参数设定界面, 将光标移到相应的位置, 输入Z0, 按“测量”软键输入到指定区域。

点击按钮-X, 接触工件外圆。保持X轴方向不移动, 点击按钮+Z, 将刀具退离工件, 点击SPINDLE按钮, 使主轴停止转动, 点击菜单“测量/坐标测量”, 点击试切外圆时所切线段, 选中的线段由红色变为黄色。记下下半部对话框中对应的X的直径值。点击MDI键盘上的参数输入键, 进入形状补偿参数设定界面, 将光标移到相应的位置, 输入X, 按“测量”软键输入。

数控加工仿真系统中所安装的工件, 端面和外圆都是平整的, 自动点击安装, 位置也是一致的, 利用这种接触方法多次对刀, 将所得的值与老师或同学比较, 所得的对刀值都很接近, 说明对刀是正确的, 若偏差较大, 说明对刀有误, 必须从新对刀。当然, 在仿真加工和实际加工中, 为了提高对刀精度, 采用手动模式和手轮模式结合进行对刀。

总之, 以“技能操作为核心”的数控加工仿真软件在教学中的应用, 只要积极思考在应用中产生的问题, 激发独立思考和创新意识, 培养学生自主学习和勇于实践的能力, 主动采取应对措施, 我们正确发挥数控加工仿真软件在教学中的作用, 就一定能收到事半功倍的效果, 培养出具有高超技艺的合格技能型人才。

摘要：随着数控设备在制造业的广泛应用, 数控专业在中职学校中越来越盛行, 数控加工仿真软件在中职数控加工教学中起着越来越重要的作用。把数控加工仿真引入数控加工课堂教学, 可以更好地激发学生兴趣, 增强新课导入效果, 扩充教学内容, 发挥学生的主体作用, 从而获得最佳的教学效果。

关键词：数控加工,仿真软件,课堂教学

参考文献

[1]张超英.数控车床.北京;化学工业出版社.2003

[2]朱鹏超.数控加工技术.北京;高等教育出版社.2002