复杂零件数控加工中仿真技术应用的几点探讨

李珑

摘 要：随着我国计算机技术的发展，我国机械自动化加工脚步也在不断加快，促进了社会经济的进步和发展。复杂零件数控加工在机械制造中是其重要组成部分，在加工中使用仿真技术能够使得数控加工获得更高的精度与准确度。文章根据相关工作经验，分析我国数控加工仿真技术的发展现状以及相关应用。

关键词：机械自动化；复杂零件数；仿真技术；应用研究

中图分类号：TH13 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）14-0036-02

1 概 述

数控加工中的仿真技术（ technique of simulation）主要指的是模拟现实工作机床与其具体的工作状况，简而言之，采用虚拟的仿真技术是一种对复杂零件数进行技能加工培训的方法。近年来，各大厂家为了满足客户的多样化需求，将产品的研究周期不断缩短，产品的零部件业务也就越来越复杂多变，与之相应的为了提高产品的综合竞争实力，仿真技术应运而生，被广大生产厂家所青睐[1]。现阶段我国高校教育中已经有诸多数控加工仿真技术的教育教学系统，此理念已经走在教育的前端，为我国工业制造的发展提供了大量的技术专业人才。在制造业中，一般采取计算机辅助设计，继而实现三维环境下的加工仿真，对工具的运行轨迹进行准确计算能够生成代码，最终提高企业的综合竞争实力，扩大市场占有份额，实现经济效益与社会效益共赢[2]。

2 数控加工中的仿真技术分析

数控加工技术主要将计算机图形与人机交换术进行有机结合，最终应用于机械加工的整个过程。数控加工仿真技术可以被应用于可视化技术当中，继而模拟出现实中的数控加工技艺，继而在仿真软件的帮助下调节器工作状态。

简而言之，虚拟显示技术能够通过计算机设备所创造出来的逼真嗅觉以及听觉等自然地在虚拟世界里进行交互.从本质上来说，虚拟现实就是通过一种较为先进的计算机端口来给用户提供五官上面的感觉，最大限度地让用户利用此软件，提供整个系统的工作效率[3]。

近年来，随着机械加工零件的复杂程度以及精确度不断被提高，加工种类也发生着巨大的变化，数控加工程序也变得愈来愈复杂，在把保证整数控加工的前提下高效利用数控设备成为企业目前遇到的最困难问题之一[4]。

数控技术的发展使得加工零件的NC代码被广泛运用，其正确性是否能够达到具体相关需求有待时间以及实践验证。

合理利用数控仿真系统可以有效检验数控加工中的各种现象，尤其是在虚拟建设制造过程中，通过对数控机床系统的模拟能够避免较大风险，通过真实模拟加工过程能够快速噢诶新机床操作工作人员且帮助机床制造商向潜在的客户演示机械制造品。

3 数控加工仿真技术的国内外发展现状

在国外，韩国开发了铣削加工环境以及虚拟数控车削环境；日本研究了FREDAM系统实现了球头铣刀加工三维仿真，可以用于碰撞检查以及干涉检查等；美国开发了虚拟控机床仿真器。上述数控加工仿真技术研究的发展推动了机械制造业的进步，基于此，加上先进的管理经验与高超的实践操作能努力，提高了企业中常见的数控加工技术（UG/MAETERCAM软件）。

在国内，目前主要研究的数控加工仿真技术方向为：刀具的轨迹问题。

目前来看我国常用的加工方式为：

①几何仿真模式；②物理仿真模式。

几何仿真方式把零件与刀具看成一个整体，能够有效检验其正确性。物理仿真模式将刀具以及零件看成一个可变弹性体，主要用于消除加工误差。几何仿真模式其主要缺点在于：未充分考虑到物理因素。

物理仿真模式的主要缺点在于：难以精确控制切削量，难以保证零部件的毛坯形状。将几个仿真模式与物理仿真模式两者相互有机结合起来才能够最大限度的实现高精度与高准确度的切削，最终提高企业的竞争力[5]。

4 复杂零件数控加工中仿真技术的具体应用

NCPVSS系统主要针对数控铣削加工，利用三维动画来显示整个数控加工过程。

以某工厂的某零件建模为例，由于该零件壁厚叫薄，在加工过程中容易出现变形事故，因此需要采用粗加工后细加工的方式，在中间的过程应该进行尺寸精度的测量检验，尽量保持与设计之初要求一致，在加工大面积钻孔时保证其垂直度。该零件的主要材料为铝合金，对其进行预拉伸板材加工，此零件属于高精度以及异形复杂腔体类，是数控加工的代表。

在加工过程中，首先需要对刀位数据进行计算，再通过后置处理软件来将数据转化为NC代码需要，建立好虚拟的加工环境（主要包括机床模型以及刀具模型等）。此零部件为长方形，其内部为槽腔结构，其刚性比较差，所以应该采用组合夹具方式来进行有效定位。在现有系统中的设计模块点击带有夹具的命令，弹出窗口之后设计零件节点，再根据具体节点位置来选择合适的夹紧位置，设计出压板实体；连接好机床与压板之间的螺栓，参考零件的具体位置后根据机床模型来设计。

在完成上述操作之后，创建数控加工具体操作方式，根据加工的具体内容，制造出每道工序的操作方法，其软件本身需要进行钻孔、曲面加工等，在选好相关操作之后，自动生成刀具具体运行轨迹，此过程也被称为是计算机自动编程。

应用VERICUT机床仿真系统主要指的是利用大众机床开进行仿真模拟，VERICUT仿真软件的应用，首先需要在MACHINE SIMULATION系统上创造出机床运动的主要模型[6]。MACHINE SIMULATION系统应用能够提供一些基础的数据库供用户参考使用，更为丰富的MACHINE SIMULATION系统能够根据用户的设计理念来进行相关调整。使用建模模块进行几何模型的设计能够做出更为完美的设计图纸，工程师利用配比图纸设定出具体的控制文件和工作文件。

再在VERICUT系统引导下，对使用的毛坯进行定义设置，最后再步入到相关使用中，并且精确设定刀具轨迹的运行。

最后，使用VERICUT系统插入到MACHINE SIMULATION软件系统中，根据机床的仿真模型添置一些较为实体的机器和毛坯实体，另外还需要在仿真软件系统中设置一些相互对应的参数，达到机床运动与刀具轨迹的两者相互兼顾。

总而言之，VERICUT系统目前来看是使用最为广泛的虚拟模拟软件，能够用于准确的数控代码查证，对较大的数控加工材料切削速度进行计算[7]。VERICUT系统还可以将切割的具体状况显示在计算机画面上，让技术操作人员能够及时发现其中的问题并且做好调试工作，通过检测刀具的运行轨迹来检测加工工件的具体进度。在实际操作加工中，采用VERICUT系统可以对加工的具体程序进行相应地检查，避免受到不需要的加工轨迹影响。

从另外一个角度来看，设计师也可以通过AUTODIFF模块作出数控仿真系统的前后比较，对仿真系统的零部件具体概念设计出不同差异的产品，对同样的产品根据不同的设计理念进行比较，其中所产生的相关误差能够检测仿真系统在现实操作运行过程中的过切/欠切发生事件。

从上述角度来看，优化刀具轨迹需要进行多方面的实验和研究，基于此能够有效提高机床的工作效率。对仿真系统进行二次开发与操作时能够对仿真特殊刀具进行轨迹判断，最终做出正确的决定[8]。

5 结 语

综上所述，随着数控加工技术的发展，在复杂的零部件加工过程中，为了有效减少废品的实验程序与过程，减少碰撞机床发生概率，技术人员需要对产品的物理仿真技术以及几何仿真技术进行深入研究与思考[9]。

参考文献：

[1] 卫青延，丁来军，高军波，等.基于MBD的数控编程与仿真分析[J].沈阳航空航天大学学报，2013，（4）.

[2] 李永祥，胡秀阳，汪洪，等.计算机虚拟仿真技术在数控加工中的应用 研究[J].浙江师范大学学报（自然科学版），2013，（4）.

[3] 曾强，张志森，肖辉进，等.基于VERICUT五轴联动数控加工仿真研究 [J].科学技术与工程，2012，（4）.

[4] 王占礼，朱丹，胡艳娟，等.薄壁件数控加工物理仿真研究现状与发展 趋势[J].机床与液压，2014，（3）.

[5] 户凤荣，邹青，孙婉婷，等.基于UG6.0与VERICUT的航空薄壁零件虚数 控加工仿真技术的研究[J].吉林化工学院学报，2015，（8）.

[6] 庄磊.关于仿真技术在数控加工中应用的思考[J].科学大众（科学教育），2014，（11）.

[7] 王宏宇，张会珍，韩智勇，等.Vericut五轴数控加工仿真技术[J].金属加 工（冷加工），2014，（16）.

[8] 付大鹏，王小旭.离心泵半开式叶轮的五轴数控加工技术研究[J].机械 设计与制造，2013，（4）.

[9] 唐文杰，吴志军，冯平法等.基于OpenGL的数控加工在线测量仿真技术研究[J].图学学报，2012，（2）.