数控加工自动化编程与仿真加工的应用研究

朱玉娥

（盐城生物工程高等职业学校，盐城 224000）

随着现代制造加工工艺的发展与进步，传统机械加工工艺逐渐开始发生转变，自动化编程与仿真加工已经成为机械冷加工的重要生产方式。数控自动化编程与仿真加工与传统加工工艺存在较大的差异，不仅包含了机械冷加工基本工艺，同时还包含了计算机编程、现代机械制造以及测量等多方面的技术，从总体上来说较为复杂。从现阶段我国数控自动化编程与仿真加工的发展现状来看，许多企业在自动化编程与仿真加工应用方面依然存在较大的不足，这在一定程度上影响了机械冷加工制造效率与产品性能。基于此，笔者结合自己的实际工作经验对相关问题进行了研究与分析。

1 自动化编程与仿真加工技术简介

自动化编程与仿真加工技术其实在很早之前就已经出现，但是实际应用一直较为滞后。20世纪90年代，随着计算机技术的发展，机械制造逐渐开始采用计算机软件来进行机械设备图纸设计、计算等工作，其间，人们逐渐认识到计算机能够有效提升机械冷加工的精确性，在自动化技术的推动下，计算机软件在数控加工中的应用得到了进一步拓展，这也是自动化编程与仿真加工技术的雏形。但是，这种加工技术与真正的自动化相比存在较大的差距。

进入21世纪后，计算机技术和有限元技术发展速度加快，仿真技术逐渐开始发展起来，利用仿真技术对相关构件进行仿真处理不仅能有效提升构件的基本性能，还能有效提升机械设备的精确性。近几年，在3D打印技术的推动下，自动化编程与仿真加工技术又实现了进一步发展。3D打印技术能够有效实现模型的实时输出，得到的模拟产品与真实产品的差异并不明显，这种仿真技术相对于有限元仿真具有更大的优势，同时3D打印技术与自动化编程的协同工作也使得加工效率显著提升。从有限元仿真到3D打印仿真，加工制造技术的本质都在于利用虚拟分析技术来实现对实体加工的仿真与监管，从而达到提升产品性能的基本目的。

目前，发达国家在数控加工自动化编程与仿真加工技术应用方面已经取得了较为显著的研究成果，同时也具有一定的实际应用基础，尤其是航空航天、汽车等领域已经具有较为广泛的应用。但是，从我国的发展现状来看，由于生产组织方式以及生产工艺之间的差异，发达国家的数控自动化编程与仿真加工技术并不能直接应用于我国的机冷加工中，因此我国针对数控加工自动化编程与仿真加工的研究一直相对较少，大部分还停留在理论阶段。例如，许多高校仅仅利用这种技术为学生提供教学，对相关零件的生产过程进行模拟分析，并不会将其应用于实际生产中。另外，虽然现阶段部分企业已经进一步加大了数控自动化编程与仿真加工技术的实际应用，但是从具体应用情况来看，自动化编程基本尚未实现，主要还是通过手动编程方式进行处理。这种模式的编程效率较低，同时人为因素很容易导致编程出错，最终严重影响产品性能。基于此，对数控自动化编程与仿真加工进行研究就显得尤为必要。

2 自动化编程与仿真加工技术主要流程分析

数控加工自动化编程与仿真加工技术作为一门集计算机技术、现代机械制造技术、自动化控制技术及测量技术等多学科交叉技术于一体的高新技术，是实现企业现代制造数字化、柔性化、自动化和信息化的基础。这一技术是利用三维软件建立或调用实体3D模型，通过优化三维模型，调整装夹定位、加工顺序、刀具选择以及进给量等加工参数，软件自动分析零件并模拟加工过程，最后自动生成数控加工程序。其主要流程如图1所示。

图1 数控加工自动化编程流程

3 自动化编程与仿真加工试验

上文对数控加工自动化编程与仿真加工技术进行了全面的介绍，下面将以UG软件为例对两种较为常用的零件数控加工技术的自动化编程与仿真加工试验进行研究与分析。

3.1 数控车削加工

自动化编程与仿真加工技术在数控车削加工中的应用可以按照以下流程来完成。

（1）利用UG模型建立车削零件3D模型，并对刀具所使用的相关数据进行设定，完成Gs280E数控车床后处理程序的编制与修改。

（2）通过UG软件内置的加工模块直接调用软件中内置的零件、毛坯以及刀具模型，并创建相关加工工作，根据车削零件加工中所需要的相关加工参数对不同步骤进行操作参数设定，具体操作如图2所示。

图2 车削零件加工参数设定

（3）根据软件自动生成的加工操作，完成最终的仿真加工，并对加工过程中的具体情况进行检查，如是否存在碰撞、过剩以及过切等问题。之后根据加工仿真具体结果对加工参数进行调整分析，并进行二次仿真，直到相关问题得以解决，停止仿真。

（4）生成加工程序，加工程序生成是最为关键的阶段，如果以上三步并未出现较大问题，其就不会存在较大的误差。加工程序的生成主要是利用后处理软件来完成，并检查后处理软件生成的加工程序并将其导入数控车床中。

3.2 数控箱体类零件加工

数控箱体类零件加工与车削加工基本类似，但是也存在细微的差别，下面也将从四个不同的步骤对数控箱体类加工进行研究。

（1）利用UG软件建立数控箱体类零件3D模型，并通过3D打印等手段构建毛坯模型，根据箱体类零件加工的具体情况建立相应的夹具、刀具的数据模型，完成对TH6563与YCM-H500A数控卧式加工中心的后处理程序的编制与修改。

（2）利用已经建立的3D模型创建箱体类零件加工所需要的相关参数，进行加工操作，并将具体参数与操作步骤结合起来，根据箱体类零件加工中所需要的加工参数对不同步骤进行操作参数设定，具体操作如图3所示。根据软件自动生成的加工操作，完成最终的仿真加工，并对加工过程中的具体情况进行检查，如是否存在碰撞、过剩以及过切等问题。之后根据加工仿真具体结果对加工参数进行调整分析，并进行二次仿真直到相关问题得以解决后停止仿真。最后，生成加工程序并将相关程序输入数控机床中。

（3）这一步与第二步基本类似，但是并不是利用已经建构的3D模型进行数据分析，而是直接调用UG软件内置的模型进行设计，参数设定如图4所示。

图3 箱体类零件加工3D模型参数设定

图4 箱体类零件加工UG内置模型参数设定

4 结语

随着社会生产对效率的要求不断提升，数控加工自动化编程与仿真加工技术在数控加工中的应用必然会得到进一步的拓展，笔者结合自己的实际工作经验，并通过实例对自动化编程与仿真加工技术在数控加工自动化中的应用进行了研究，希望能对广大从业人员有所启发。