数控机床加工仿真技术及应用

庄新宇

【摘 要】本文主要阐述了数控机床加工仿真技术及其研究现状，介绍了目前国外成熟的数控机床加工仿真软件VERICUT，并且充分应用这种软件的各项功能进行了具体的机床加工仿真，对于越来越复杂的产品的零部件业，主要阐述了数控加工仿真软件的运用，着重介绍了机床仿真VERICUT系统，Machine Simulation系统，以提高产品竞争力。通过研究数控加工在仿真技术中的应用，改善制造业的加工质量，提高加工效率，对于我国现代制造业的发展有着重要的意义。

【关键词】仿真技术；数控机床加工；应用

一、前言

仿真技术是一种新型的采用数学模型或者物理模型代替真实系统，尤其是对复杂系统进行相关研究与设计的工具，而且十分有效。而数控加工仿真技术就是在零件的数控加工中加入计算机仿真技术。作为一种新型先进的计算机人机交互技术，数控加工仿真技术利用计算机图形学结合可视化技术而创造人为虚拟环境，实现对现实数控加工工艺系统环境的模拟。

二、仿真技术在数控机床加工中的应用现状

数控加工是一个自动化过程，需要工匠事先确定工艺流程。在制定过程中，工匠不仅要考虑各种过程因素，还要考虑干扰问题。由于零件的形状是空间中的三维形状，所以机床由多个轴链接。在加工过程中，加工参数的选择是否合理，零件是否与机床产生干涉，是否存在过切等，都是相互关联的，并遵循各自的变化规律。因此，工匠难以用现有的分析计算方法优化工艺流程。因此，技术人员必须具备可分析计算的视觉环境，能够制定和优化工艺流程的辅助手段，从而达到提高产品质量，缩短制造周期的目的。因此，应用比较成熟的仿真技术，在实际加工前观察产品的数控加工过程，以尽快发现并解决问题，以避免不必要的损失。

在正常情况下，我们试图通过试用和切割来确保数控程序的准确性，用易于切割的材料替换工作中的设备。通过这种方法，加工指令可以得到更全面的测试，同时在数控加工中轨迹显示法也是一种常用的方法。这些方法存在一些明显的缺点，如费时费力等，这必然会导致企业生产成本增加，从而延长整个产品的开发周期。目前，模拟技术在数控加工中的应用受到了广泛关注。具体来说，它是指在实际工作中对机床加工条件的模拟，并通过计算机模拟技术来实现。有些学校已经开设了相关课程。本课程的建立培养了一批优秀的专业人才，为学生进入企业工作奠定了良好的基础。

几何模拟技术的发展随着几何建模技术的发展而发展，包括定性图形显示和定量干涉验证。常用的方法有直接实体建模法，基于图像空间的方法和离散矢量交叉法。根据在模拟过程中驱动的数据是使用CL（CutterLocation）还是NC代码，数据处理仿真可以分为两类：一类是基于预处理数据（CL数据）的仿真，即基于CL数据的数控加工过程仿真；另一种是基于数控程序仿真产生的后处理，即基于NC程序的数控加工过程仿真。基于CL数据的模拟没有考虑到切削参数，切削力和物理因素的影响。只有工具在工件上的运动被模拟。主要目的是验证刀具路径的正确性并确保零件的加工质量。这种模拟方法较早开发。到目前为止，有一些成熟的想法和商业软件。数控程序仿真的主要目的可以归纳为三个方面：数控程序的正确性测试和优化，操作员培训和碰撞测试。由于数控机床移动NC指令，基于NC过程的加工仿真比基于CL数据的加工过程仿真更接近实际。但是，由于在仿真过程中考虑了加工环境，所以增加了仿真难度。目前，数控加工仿真的研究主要集中在刀具轨迹上，对三坐标以下零部件的加工效果较好。

但是，对于坐标超过三个的CNC设备，仅检查刀具路径是不够的。还有必要模拟加工过程以检查刀具过切，刀具与夹具之间的碰撞以及机床。另外，机床在应用效率方面还需要考虑刀具加工文件的优化，以提高零件加工效率和机床利用率，同时保证产品质量。通过在加工和生产过程中引入仿真技术，保证数控加工产品的精度，大大缩短产品开发周期，提高产品质量，全面提高企业竞争力。

三、机床仿真VERICUT系统

在数控加工过程中，根据具体制造要求对基础试验环境进行建模和研究。仿真技术可用于模拟数控切削过程中的机械和几何部件。这主要是由于几何模拟。不需要考虑切削力，切削参数等物理参数，进一步保证了刀具轨迹仿真中几何运动的合理性和程序系统运行的准确性。在数控机床加工仿真技术的实践中，可以对数控加工的环境，状态和基本流程进行模拟和演示，以防止由于不正确的操作程序而导致夹具损坏，报废零件损坏等问题。数控加工和零部件制造可进一步缩短产品设计时间和缩短产品制造时间，降低成本并提高产出效率。实现了数控加工中零件切削应用的机械原理模拟。根据动态特性，预测切削参数，刀具振动和断裂，并优化整个切削过程。

机床仿真VERICUT系统是应用最广泛的数控加工仿真软件。它不仅可以模拟数控代码的验证步骤，而且可以最大限度地提高材料的切割效率。

VERICUT是一种模拟NC加工轨迹代码的交互式材料切割运动。VERICUT仿真部件将在计算机屏幕上直观显示，验证刀具路径的准确性，并确保验证部件符合设计标准。在正式处理开始之前，VERICUT发现了阻礙处理的矛盾，并确认了处理轨道的可靠序列号，以便快速和容易地修改。几乎所有形式的刀具路径代码都可以用作VERICUT的输入程序。M&G;代码与CL文件的APT形式一样，可以由VERICUT直接执行。与真实加工类似，VERICUT需要轨迹代码，要加工的原材料的描述以及刀具的描述。该验证过程的结果之一是作为产品的加工（三维）实体模型。第二个是报告在模拟过程中检测到的所有错误的日志文件。此外，VERICUT模型可被检测，保存或用作其他通行证的原材料。

除了简化和提高验证过程的效率之外，VERICUT还大大提高了工厂的生产力。VERICUT中的优化设置是自动的和用户可选择的。这允许用户最大限度地提高切割效率根据切削深度，切削宽度和切削角度，将每个刀具路径的进给速率和切削速度调整到最佳状态。事实上，您甚至可以将VERICUT设置为刀具补偿或其他独特设置以进行操作。VERICUT可以模拟多达5轴铣削，钻孔或线框电火花加工，以及车削和铣削组合的加工运动。由于增加了特征和机制的一系列特殊模块，VERICUT实际上是一套全面的模拟，验证和优化方法。这种方法可以很好地解决提高数控加工效率的问题。

四、Machine Simulation系统

VERICUT-MACHINE仿真系统是数控加工仿真软件中功能最强大的工具。这是使用机床和模拟控制过程中最容易实现的一个。图2使用VERICUT和机器模拟的验证系统VERICUT机器模拟系统的主要功能是解释可识别的NC代码（G代码）文件并可视化模拟机器的G代码处理。可以模拟一些更加复杂的数控加工技术，如刀具直径补偿，刀具长度补偿和加工坐标系。Machine Simulation可以在实际开始加工之前检测机器和工件之间的潜在碰撞。这些碰撞往往会造成一定的经济损失。也可以找出一些超程的头疼问题，并找出最可靠的高速加工路径。Machine Simulation中的CNC代码模块负责查找错误并将其列在错误列表中以供参考。

Machine Simulation系统通常与VERICUT系统和其他验证软件一起使用。这种组合产生了最全面的验证系统。在这个系统中，Machine Simulation模拟机器的运动并检测机器碰撞和超程等错误。VERICUT模拟切割工件并验证NC代码的正确性。这为数控加工过程提供了一个全面的错误检测系统，最大限度地提高了加工过程的效率。除模拟机床和控制过程外，Machine Simulation还提供不同类型的NC代码转换技术。它可以将一些旧的无法使用的NC代码转换为标准的ASCAPT工具路径文件。这种多用途的APT刀具路径文件可以应用于大多数通用数控机床或使用VERICUT进行模拟。

系统应该具有关于数控机床物理特性的信息，并且还应该能够用数字控制命令解释NC代码，这两者都确定系统可以控制整个模拟过程。该软件本身也为用户提供机床和控制文件库。用户可以根据自己的需要任意组合以获得所需的处理系统。它还允许用户定义自己的机床，编译控制文件，并获得他们自己想要的模拟环境和过程。

其主要模块和功能是：

（一）机器制造商

机床结构功能为修改现有的数控机床和控制指令提供了工具，也可以根据仿真环境的需要增加新的设备。这些数字设备以简单而强大的用户界面以图形化方式进行组装，修改和测试。在MachineSimulation中，您可以使用从CAD系统（例如IGES模型，线框模型）引入的实体模型（例如立方体，圆柱体，圆锥体和其他体素）或其他模型来处理机床组件（如线性运动或旋转工作描述了表，心轴，夹具，夹具等）和其他细节。

（二）机床开发工具箱

当MachineSimulation的功能非常适合大多数数值模拟时，机器开发工具箱可以满足一些特殊的模拟和加工要求。这个模块是一个高级编程工具。它可以提高VERICUT解释复杂和特殊NC代码以满足特定需求的能力。该工具开发工具包提供编程工具和方法。首先，您需要定义VERICUT需要解释NC代码的宏，然后将宏编译到与标准文件库连接的目标文件中。这导致新的CGTech可执行宏文件。调用CME文件。使用机床开发工具包，可以读取任何来源的数控代码或将其转换为其他形式的输出。使用这个系统来模拟Mikronwf72数控加工中心来处理一个瓶子模型的例子，控制器是Heidenhain415b型。经过验证和优化的刀具路径文件和机器设置参数完全可用，在实际加工过程中加工时间节省50%。

由于加工操作中技术等限制因素的影响较大，将模拟技术应用于数控机床的加工过程中，可以更加有效地实现过程管理和技术控制。数控加工是一个自动化程度高的过程，但是使用普通的计算机控制在数控机床加工中，系统的应用可以从手动操作实现到计算机操作。并且模拟技术在数控加工中的应用可以将相关数据输入到计算机系统中，并预先设置处理流程和数据参数，使机械部件在加工过程中可以实现更有效的技术控制和产品加工质量。控制。在数控机床仿真技术的实际应用中，有必要综合考虑加工工艺和操作流程等因素，确保零件不确定因素参数的合理设置，并防止零件由于参数而被处理。不正确的设置导致报废。

五、结束语

綜上所述，本文分析了仿真技术在数控机床加工中的应用现状，总结了Machine Simulation系统与VERICUT系统和其他验证软件一起使用的方法，为数控机床加工仿真技术及应用积累了技术经验。

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