仿真软件在数控加工中的应用分析*

李丽萍

(厦门工学院 机械与制造工程学院，福建 厦门 361021)

0 引言

斯沃数控仿真加工软件具有快速熟练操作数控机床、验证加工程序正确性、检查零件加工是否存在“过切”及“欠切”等功能[1]，是高校相关专业开展数控加工类课程的重要辅助软件，也是联系数控技术理论知识和数控机床实际操作的重要桥梁。将斯沃数控仿真软件应用于数控技术相关课程的教学，很大程度上改变了传统教学存在的诸多弊端[2，3]，还能有效缓解数控机床实操环节中常见的“多人一机”操作模式及无实操经验学生入门时极易出现误操作从而引发安全事故等问题[4]。斯沃数控仿真软件从调动学生学习积极性的角度来看也起到了良好的示范作用，学生在虚拟环境下的动手操作能力短时间内得到极大的提升。为了更好地应用数控仿真加工软件来达到与数控机床实操尽可能一致的教学效果，本文将通过以下两个典型的综合例子进行说明。

1 斯沃仿真软件在车削中的应用举例

1.1 加工工艺分析

图1为车削类零件图，该零件由圆柱面、圆弧面、退刀槽和螺纹等表面组成[5，6]，毛坯尺寸定为Φ38×70，单件生产，材料为45钢，其加工工艺过程如下：

图1 车削类零件图

(1)装夹毛坯，保证伸出三爪卡盘长度35 mm。

(2)用90°外圆车刀车削右端面并完成对刀。

(3)用90°外圆车刀粗加工从左端至Φ34台阶结束的位置，即Z-30，并控制轴向尺寸要求。

(4)用35°外圆车刀精加工从左端至Φ34台阶结束的位置，即Z-30，并控制轴向尺寸要求。

(5)掉头装夹。

(6)用90°外圆车刀粗加工从右端至轮廓R4结束的位置，即Z-38，并控制轴向尺寸要求。

(7)用35°外圆车刀精加工从右端至轮廓R4结束的位置，即Z-38，并控制轴向尺寸要求。

(8)选择宽度5 mm的槽刀加工螺纹退刀槽Φ20×5至尺寸要求。

(9)选择60°螺纹刀粗加工、精加工螺纹M24×1.5至尺寸要求。

1.2 仿真加工过程

打开斯沃数控仿真软件，选择FANUC 0iT数控系统，设置毛坯尺寸Φ38×70，刀具选择如表1所示。

表1 车削刀具选择列表

装夹图1所示的右端，完成工艺过程的(1)～(4)步，得到的仿真加工结果如图2所示。

图2 工件左端加工示意图

图3 工件长度测量图 图4 工件右端加工示意图

将槽刀转到加工位完成退刀槽的仿真加工，如图5所示；再将60°螺纹刀转到加工位完成螺纹的仿真加工，如图6所示。

图5 退刀槽加工示意图 图6 螺纹加工示意图

1.3 车削仿真加工中存在的主要问题

应用斯沃数控仿真软件加工上述车削类零件时，主要存在以下两个问题：

(1)因为涉及掉头加工，所以如何保证工件的长度尺寸是一个关键问题。在此采用数控机床实操中常用的试切法对刀，即工件掉头后，先用试切法车削工件右端面；再通过控制面板“OFFSET SETTING”的“刀具补正/几何”输入“Z0”，再按下“测量”按钮；然后打开主菜单的“工件测量”命令，测量工件当前长度，并结合零件图的尺寸要求计算尺寸差距(例如差值是2.35)；接着在“手动输入方式MDI”模式下输入相应的数控代码(例如G00 X40 Z-2.35；G01 X0 F0.08；G00 X100)；最后，按下主轴停止转动按钮，打开主菜单的“工件测量”命令测量工件长度。如果工件轴向尺寸依然存在偏差，重复上述步骤，直至工件轴向尺寸符合要求为止。

(2)槽刀和螺纹刀的对刀问题。在斯沃数控仿真软件的主菜单中，选择“机床操作”下的“快速定位”命令，可以快速将刀具设置在相应的指定位置，一般来说槽刀选择在图7(a)的位置，然后在相应的参数设置中输入“X0”测量和“Z0”测量；而螺纹刀则选择在图7(b)的位置，然后在相应的参数设置中输入“X40”测量和“Z0”测量。

图7 槽刀、螺纹刀快速定位点

但是，由于保证工件轴向尺寸带来的上述快速定位方式中存在位置偏移问题，因此可以采用试切调整法来补偿偏差问题，从而解决槽刀和螺纹刀对刀时存在偏差的问题。

2 斯沃仿真软件在铣削中的应用举例

2.1 加工工艺分析

图8为铣削类零件图，该零件由Φ80的圆形凸台(外轮廓)、三段圆弧组成的心形型腔(内轮廓)组成，毛坯尺寸定为100×100×10，单件生产，材料为45钢，其加工工艺过程如下：

图8 铣削类零件图

(1)装夹毛坯，且保证工件在夹具中的伸出高度超过工件最大加工深度3 mm～5 mm[7]。

(2)采用试切法对刀，建立工件坐标系。

(3)用Φ16铣刀粗加工Φ80的圆形凸台(外轮廓)，并控制尺寸。

(4)用Φ16铣刀精加工Φ80的圆形凸台(外轮廓)，并控制尺寸。

(5)用Φ12铣刀粗加工心形型腔(内轮廓)，并控制尺寸。

(6)用Φ12铣刀精加工心形型腔(内轮廓)，并控制尺寸。

2.2 仿真加工过程

打开斯沃数控仿真软件，选择FANUC 0iM数控系统，设置毛坯尺寸100×100×10，刀具选择如表2所示。

表2 铣削刀具选择列表

装夹方式采用工艺板装夹，选择ME-610寻边器，完成X轴和Y轴的对刀；卸下寻边器，装上Φ16端铣刀，完成Z轴的对刀；将工件上表面中心点设置为工件坐标系的原点，以上参数通过“OFFSET SETTING”中的“坐标系”设置在“G54”相应的位置上。编写数控程序，完成工艺过程的(1)～(4)步，得到凸台的粗加工仿真结果如图9(a)所示、精加工仿真结果如图9(b)所示。

图9 外轮廓仿真加工示意图

卸下Φ16端铣刀，装上Φ12端铣刀，编写数控程序，完成工艺过程的(5)～(6)步，得到内轮廓的粗加工仿真结果如图10(a)所示、精加工仿真结果如图10(b)所示。

图10 内轮廓仿真加工示意图

2.3 铣削仿真加工中存在的主要问题

应用斯沃数控仿真软件加工上述铣削类零件时，粗加工到精加工过程中主要存在以下两个问题：

(1)粗加工结束后，加工余量的去除问题。用G41或G42建立刀具半径补偿后，将刀具的直径通过“OFFSET SETTING”的“刀具补正”存放在“(形状)D”中，然后启动NC程序进行仿真加工；仿真加工结束后，通过增大“(形状)D”中的数值，再次启动程序进行反复加工，直至余量切除完毕。

3 结语

应用斯沃数控仿真软件时，应尽可能与数控机床实操保持一致性，在车削和铣削的仿真加工中，主要体现在以下方面：

(1)车削时，涉及掉头二次装夹的问题，应采用与实操一致的方式，即按照“试车-测量-MDI模式定位端面车削-再测量-符合要求”的步骤来保证零件轴向尺寸的大小符合精度要求。

(2)铣削时，精加工余量预留问题，也要采用与实操一致的方式，即通过刀具半径补偿参数设置的方法解决精加工余量预留问题。