基于数控仿真软件的数控车零件机械加工设计

陈胜强

(郑州技师学院，河南 郑州 450000)

1 数控仿真软件的优势和作用

数控加工生产过程中，要求数控专业人员拥有较强的操作能力，熟悉数控机床操作和制造工艺，掌握数据程序编程能力，这不仅需要了解相关的理论知识，实践训练更加重要。如果仅仅是从理论知识中汲取营养，缺乏实践训练的加持，可能形成纸上谈兵的尴尬局面。随着虚拟现实等技术的发展与应用，仿真软件逐渐在数控加工领域得到普及应用，然而初期很多数控仿真软件存在很大的局限性，仿真训练存在诸多障碍。经过一段时间的发展，目前数控仿真软件的功能不断增强，注重数控铣床、车床零件加工等方面的仿真，可以实现选择夹具刀具、设置零件基准测量、编辑数控程序等功能，适用于多种数控系统和机床。当前国内的数控仿真软件种类众多，虽然每个软件略有差异，但都极大地改善了数控仿真软件的性能，解决了数控设备价格高昂和真实操作安全性等问题，操作简单方便，为专业教学和生产实践提供了诸多便利。

数控仿真软件和真实机床相比，结构完全相同，可以模仿真实机床的所有功能，拥有相同的界面风格，且不会因替代物而出现失真等问题，还具备强大的网络功能，健全的图形及标准数据接口，方便操作人员开展虚拟仿真，详细观察各类运行参数。数控仿真软件的主要作用在于，可以模拟不同数控系统的操作和模拟加工，实现程序编写、装夹毛坯、安装刀具以及整个加工过程的虚拟仿真，可以选择刀具和毛坯材质，具备车削、报警等功能。同时，虽然数控仿真软件具有诸多优点，在仿真与实践仍然存在客观的差异，一方面，仿真操作不利于培养操作人员的安全生产意识。另一方面，数控软件难以模拟实际生产中的异常反应，比如机床正常运行和故障状态下的声响，不利于培养操作人员的实践操作经验。

2 基于数控仿真软件的数控车零件机械加工设计

2.1 零件加工工艺

需要先生成零件的实体造型，对零件图进行分析，抓住零件加工特征。以椭圆形凹模实体造型为例，零件的加工特征在于椭圆形凹模型腔曲面，零件呈对称状，工件坐标原点放在工件上表面中心位置。工件毛坯外形为长方形，无需加工表面，可以用虎钳进行装夹确保定位、装夹准确。工艺路线先粗加工型腔，再半精加工型腔，然后精加工曲面，最后精加工底面。工件为硬铝材质，具有良好的切削性能，刀具可以选择硬质合金铣刀，在粗加工和半精加工型腔时选用不同规格的圆柱直柄平底刀，精加工曲面选用球头刀，精加工底面选用圆柱直柄平底刀。

2.2 零件加工轨迹

第一，单击“开始”按键，点击“加工”及相应菜单，进入加工环境。

第二，在工序导航器“机床坐标系”选项区点击“CSYS对话框”，在“类型”选项中选择“动态”，输入坐标值后点击“确定”回到“CSYS对话框”，完成机床坐标系的创建。然后点击“WORKPIECE”，点击“指定部件”选择零件作为部件几何体，完成部件几何体的创建。点击“指定毛坯”，选择“包容块”，完成毛坯几何体的创建。

第三，早工序导航器中点出“机床视图”选项，在“插入刀具”中选择平底刀或球头刀，输入直径等信息，完成刀具的创建。

第四，在下拉菜单中“插入工序”，选择工序类型和刀具及“几何体”，点击“指定切削区域”选择加工区域。在“切削模式”中选择“跟随周边”，设置“刀具平直百分比”、“每刀的公共深度”、“最大距离”等选项，在“切削参数”中选择“深度优先”，采用系统默认参数设定，“余量”中的“部件侧面余量”设为0.5，其余保持原有设置。在“拐角”选项中选择“所有刀路”，在“进给率和速度”选项中设置具体参数，确定后生成型腔铣粗加工刀路轨迹。

第五，型腔铣半精加工的刀路轨迹与粗加工相似，可以复制加工工序进行编辑。在工序导航器中找到型腔铣粗加工加工工序，复制粘贴，双击该工序进行编辑，修改“平面直径百分比”、“切削参数”、“进给率和速度”等项目参数，生成半精加工的刀路轨迹。

第六，在“插入工序”中点击“创建工序”，选择“固定轮廓铣”类型，在“刀具”列表中选择B4铣刀，在“指定切削区域”选择8个曲面，选择“区域铣削”，设置“进给率和速度”参数，生成曲面精加工的刀路轨迹。

第七，点击“创建工序”，选择“使用边界面铣削”这一工序类型，在“刀具”列表中选择D6铣刀，在“指定面边界”弹出的对话框中选择型腔底面，设置“进给率和速度”等参数，生成底面精加工的刀路轨迹。

第八，选择工序导航器中的工序，点击“后处理”按钮，自动生成数控加工程序。

3 基于数控仿真软件的数控车零件仿真加工

第一，设置机床参数。启动数控仿真软件，弹出数控装置操作台。点击“急停”按钮，回到参考点。点击“工件操作”中的“选择毛坯”，对毛坯尺寸、材料等参数进行设置。点击“工件装夹”，选择所需的夹具和相应的装夹方式。

第二，对刀。在X和Y轴采用寻边器对刀，Z轴使用Z向对刀仪对刀。点击“机床操作”下面的“寻边器选择”，选定光伏式寻边器，设置程序参数，使寻边器向工件右侧靠近，接触到位后记下坐标，再使用寻边器接触左侧记下坐标，以二者平均值作为对刀时X坐标。同样利用寻边器接触工件前后侧面，记录Y坐标。选择“Z向对刀仪选择(100mm)”，与刀具接触，记下坐标值，减去100就是对刀时的Z坐标。在“坐标系”中分别输入X/Y/Z坐标，建立工件坐标系。

第三，在“选择刀具”中选择所需的刀具，“添加到刀库”，点击“确定”后完成刀具选择操作。

第四，将数控加工程序导入，显示在屏幕上之后，点击循环启动按钮，实现机床自动加工零件。

4 数控车零件仿真加工设计的注意事项

第一，在设计过程中要按照1∶1比例设计，避免出现直观错觉。绘制零件时，应进行透明处理，确保不影响夹具元件投影。主视图设置为操作者面对视角，确保视图清晰、准确，充分体现夹具的各个构件情况。如果元件位置需要调整，应在局部范围内标出可以达到的极限位置。

第二，在设计夹具时，需要对夹具刚性预留较大的安全系数。由于粗加工与精加工往往采用相同的夹具，粗加工时刀具进给量较大，需要确保夹具强度符合要求，尽可能实现多工件装夹，缩减零部件换装时间，减少换刀操作。

第三，生成加工轨迹后要严格管理数控系统工艺文件与程序，注意关注各个加工程序的前后顺序及轨迹生成顺序。由于数控仿真软件具有自身的规范性，务必做好程序的核对工作，仔细校对刀具规格、毛坯大小等参数设置，注意是否存在过切或加工残余，是否存在互相干涉碰撞问题，等等。

第四，数控加工过程中存在一定的安全性问题，数控仿真软件的应用虽然大大降低了安全威胁，但操作人员不能放松警惕。随着数控加工速度越来越快，人工干预防范难度增加，更加需要重视设备安全与操作者安全。在数控仿真加工过程中，要养成安全第一的意识，数控切削进给量不能太大，注意科学换刀、少换刀，避免由于个人疏忽等原因导致安全事故的发生。

5 结语

综上所述，数控仿真软件的应用，可以提高数控加工设计的效率与准确性，避免实际加工中碰刀等问题的产生，节省成本，降低设备损耗，对于专业教学和生产实践具有积极的意义。在未来的工作中，应进一步研发性能更加优越的数控仿真软件系统，将仿真技术与数控工艺、生产管理有机结合，形成完善、系统的仿真应用规范，以更好地满足数控产业的发展需要，推动数控加工产业的蓬勃发展。