数控机床加工仿真技术研究

2021-07-02谢雷

现代制造技术与装备 2021年5期

关键词：仿真技术数控机床工件

谢雷

（天津职业技术师范大学，天津 300222）

数控机床仿真技术应用，对于改善加工过程、提升工件加工精度具有良好的效果，得到了广泛应用。因此，研究仿真技术在数控机床加工中的应用，能够更好地为数控机床加工技术研究和发展提供一些思路。

1 数控机床加工中的仿真技术应用特征

1.1 分布性

在数控机床加工中，仿真技术的分布特征比较显著。这主要是因为仿真技术和机床制造之间紧密联系，借助仿真技术应用，可以通过虚拟网络进行图形构建。相关技术应用和传感器使用较多，可构建交互式的分布状态[1]。

1.2 集成性

就仿真技术本身而言，是一种集成技术，所以技术本身就具有集成性特点。仿真技术在产品的环境开发中应用也较多，可以为产品开发创造良好的开发环境，促进仿真类型更加多元化。

1.3 广泛性

在数控机床加工中，借助仿真技术应用，可以实现技术在产品全寿命周期中的积极作用。使用仿真技术不会影响产品概念设计和具体的加工过程，因此仿真技术的实际应用范围比较广泛，在数控机床加工中可以保证理想的动力学效果。

2 数控机床加工中仿真技术应用的优势和流程

2.1 仿真技术应用的优势

与传统的设计方案相比，仿真技术应用的技术安全性和可靠性更强，且相关的技术应用灵活性更高，能够有效降低相关资金费用的投入，缩减成本，也会减少相应的设计制造损耗。仿真技术在数控机床加工中的应用是在虚拟环境中构建实物模型进行设计优化和改造的过程，并不是真实的生产制造过程，所以只有在最优方案制定后才会投入批量生产，因此可以保证方案最优化，避免生产中的误差和问题，从而有效避免废弃和不合格加工产品的出现，有效降低损耗[2]。可见，仿真技术在数控机床加工中的应用，对于提升加工精度、降低生产成本、提升生产质量具有重要作用。

2.2 仿真技术的应用流程

在数控机床加工中应用仿真技术，需要把握该技术应用的具体流程，明确各流程中的关键技术处理，把握重点，才能够保证仿真技术在数控加工中发挥理想效果。

2.2.1 进行模型构建

在实施数控机床加工中，结合仿真技术应用，首先要结合相应的产品设计编辑条件和约束限制确定相应的研究目标，构建能够满足系统要求的仿真运行系统。完成系统构建后，相关设计人员结合具体的学科知识实施对系统的数字化表达，构建系统数学模型。一般来说，数学模型还分为动态和静态两种。动态模型又有离散、连续以及混合3种。

2.2.2 实施模型的变换

这是借助相应的数学表达式对初步构建的数学模型进行变换，使其成为计算机可以识别的样式。这一过程中，需要用到一些符合计算机算法和语言表达需要的知识，是仿真的基础性环节，也是仿真模型的重要部分[3]。要进一步实现模型变换，相关设计人员可以通过应用相应的仿真软件，结合系统需求进行开发。

2.2.3 开展模型试验

完成以上两个步骤后，下一步是开展模型实验，主要是在计算机中进行相应的仿真模型运行实验或者相应的仿真实验结果。所以，前面两个步骤的工作很重要，必须要保证模型构建和变换都能够满足要求，以奠定好实验的基础，才能够保证实验数据的可靠性。前面两个步骤顺利开展后，后续的模型实验才能够顺利进行。但是，在实施仿真结果衡量的过程中，需要先分析其可靠性[4]。一般可以使用置信通道法和反向验证法来完成。

3 数控机床加工中仿真技术的具体应用

3.1 在工件结构设计中的应用

在数控机床零部件的生产加工中，仿真技术应用可以贯穿到产品设计、加工等众多环节，发挥较好的技术辅助效果。在数控机床工件加工中，具体的机床机械系统需要确保相关机械结构件能够实现精确组成，从而实现整体联动效果，保证机床设备的有序运营。在新产品结构设计中，要保证相关工件功能实现，确保结构件的密切配合。此时，可以通过仿真技术来优化工件的结构。图1为数控机床加工中的工件加工仿真情景设计。

图1 数控机床加工中的工件加工仿真情景设计

通过仿真技术应用可以实现对结构运动的有效仿真，提升整体装配性能配合效果。在具体的仿真设计中，需要设定具体的主运动件，开展运动学仿真实验，通过三维设计软件仿真运动过程，360°检查结构并进行适当的调整，保证构件结构合理性的同时，实现功能设计效果[5]。

3.2 在复杂零部件加工中的应用

在目前数控机床加工中，仿真技术是新型技术之一，也是基础性技术内容，对产品的设计和制造都有重要影响。随着工业仪器、机械等对设备精度、质量等要求的不断提升，在工件加工中，复杂零部件的加工需求不断增长。例如，转向螺杆、转向螺母、摇臂等工件，其制造工艺比较复杂，技术要求高。通过仿真技术应用，可以结合设备以及零部件的深层机理，做好理论上的技术强化措施，把握复杂零部件的实际机理和要求，做好工件加工设计。图2为复杂零部件的仿真加工。

图2 复杂零部件的仿真加工

在数控机床加工中，通过仿真技术进行CNC机床和零件加工程序设计，将程序编码转换成图形信息，再通过设计人员对加工的具体参数做好设置。在磨削环节处理方面，可以借助磨削时间设置构建具体磨削模型，借助仿真模型分析评价磨削过程，从而确定最佳磨削方案，精确磨削中的相关参数设定，保证在机床的零部件加工中，加工参数更加精准，零部件的加工质量更可靠。在机床对汽车转向器的加工中，可以通过仿真技术应用，促进汽车零部件在加工中实现自由的转动，满足自动化上下料操作，提升整体转向器加工过程的自动化控制水平。通过系统自动测量和计算，可以显示工件加工的具体参数和指标，计算误差值，确保加工误差控制在合理范围内。

3.3 在复杂数值计算中的应用

在数控机床的工件产品开发设计和制造中，需要经历产品设计、产品试验、产品优化、产品再试验以及终极方案确定等一系列过程，进而确定理想产品的设计方案。这一过程需要消耗大量成本，而通过仿真技术应用可以实现产品开发设计和制造过程的简化，降低能源资源的消耗。通过仿真技术对产品制造进行动力学分析，可以对产品结构进行强度应力计算，还可以计算出产品的振动、热变形参数，通过计算机数据分析把握在产品加工中的关键风险因素，从而保证复杂数据计算精准可靠，并制定风险防范的具体措施，优化产品开发设计过程。