航空产品数控加工全过程仿真加工解析

王德安 赵昌辉 王国松

（沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁 沈阳 110043）

数控机床在现代制造业中起着越来越重要的作用。许多企业都大量引进数控设备，以提高自身产品的加工质量和生产效率。本文主要从产品工艺设计到现场加工的每个环节进行分析，探讨数控加工全过程中仿真加工方法及解决的问题。

1 数控加工工艺设计

在用数控机床进行零件加工时，数控工艺设计是为工件进行数控加工前期的准备工作，它必须在程序编制工作之前完成。因为只有在工艺设计方案确定以后，编程才有依据，否则，由于工艺方面的考虑不周将可能造成数控加工的错误。所以说数控加工工艺设计是数控加工中的第一要素，它确保了编程与加工的正确性、合理性。数控加工工艺设计主要内容包括： ①选择并决定零件的数控加工内容。②零件图样的数控加工性分析。③数控加工的工艺路线设计。④数控加工工序设计。⑤数控加工工艺文件的编写。其中数控加工工艺路线设计和数控加工工序设计是非常关键的工艺设计内容，如何对这两部分内容进行验证是亟待解决的问题。本公司PDM管理平台对各种工艺文件进行管理，是否可以借助PDM平台中的工艺文件进行零件工艺路线和数控加工工序的验证是值得我们考虑的。

2 数控程序编制

在工艺设计完成的基础上，可以进行数控程序的编制，数控程序的编制通常有手动编程和自动编程两种方式，但无论是手动编程还是自动编程，我们都要关注数控程序NC代码的准确性、完整性。其中自动编程通常要先生成刀具轨迹，再经过后置处理生成数控代码文件。手动编程可以按加工工序内容直接生成数控代码文件。下面按自动编程的刀具轨迹生成阶段和数控代码生成后说明不同阶段的仿真加工内容及解决的问题。

2.1 刀具轨迹生成阶段

自动编程的刀具轨迹设计需在专业的编程软件中进行，而现行的编程软件均具有刀具轨迹仿真功能，如UG、MasterCAM、HyperMILL等编程软件都能够对刀具轨迹的切削运动和材料去除过程进行模拟，验证刀具路径的正确性，避免碰撞、过切、欠切等现象。

2.2 数控代码的仿真加工

此阶段的数控代码仿真通常指离线状态的NC代码仿真，是指应用仿真软件进行NC代码的识别或材料去除模拟。NC代码的仿真加工可以根据零件结构复杂程度、数控程序的运动轴数及数控程序的类型来考虑选择不同的仿真软件和不同的仿真方法。如回转件（盘轴、机匣）的车加工程序，简单的三轴铣加工程序可以使用无机床的仿真加工。对于结构复杂，五轴的加工程序必须用带机床仿真加工。

2.2.1 无机床的仿真加工

通过此方法的模拟仿真，可以检查出数控代码的语法正确性、合理性、连续性、完整性，避免实际加工中刀具与工装、工件之间的干涉和碰撞。

2.2.2 带机床的仿真加工

机床加工过程仿真必须构建零件、毛坯、工装、机床、刀具等构件，形成包括数控机床全过程仿真验证的数控加工仿真。可以对四轴联动、五轴联动、车铣复合等加工进行机床加工过程的仿真。可以检查出数控代码语法的正确性、合理性、零件的过切和欠切，避免实际加工中数控机床与刀具、工装、工件之间的干涉和碰撞及数控机床各运动轴的超行程现象。如对整体叶盘进行叶片的数控铣加工时，若叶片长、数量多，再加上叶片本身的扭曲，在实际加工前进行机床加工起到了非常重要的作用，可以完全避免实际加工时干涉、碰撞的发生，并能够准确的给定刀具悬伸长度。

3 机床上的NC代码仿真

数控加工机床多数都具有NC代码的刀轨模拟功能，而且随着数控机床制造企业对高性能机床的研发，机床在线仿真功能将更完善。能够100%的验证数控代码的识别及语法的正确性。当零件装夹完成后，可以进行数控程序的空运行，从而目视检查程序的大致切削位置及干涉碰撞情况。

总之以上四种仿真方法，可以消除程序中的错误，如切伤工件、损坏夹具、折断刀具或碰撞机床。但非机床上的仿真，对数控程序检查的准确性完全依赖于虚拟控制系统配置的正确性和完整性。

4 试切件加工

以上进行的仿真加工都是在零件实际加工之前对数控程序进行的检查，并不能预测实际加工时加工系统对零件的影响或切削加工时零件本身的变化，为获得较高的加工精度，决定性的一步是，实际零件加工之前能够给出合理的加工参数及对产品质量的合理预测。在加工结构复杂零件、较昂贵零件及易变形等零件之前最好进行试验件的加工。如对整体叶盘的铣加工，虽然通过机床加工过程的仿真，可以完全避免干涉、碰撞等现象的发生，但是由于加工方案不同、加工参数不合理或机床本身五轴联动执行的不同步，往往造成较大的接刀痕；叶片表面有振纹、有凹坑或凸起；刀具与叶片刚性不匹配造成叶片厚度的不一致，只有通过对试件的加工，总结出合适的走刀路线、合理的加工参数、匹配的加工刀具及测量出零件的实际变形量，才能给定合理的加工方案，避免以上问题的发生。对于薄壁机匣件或叶片件的加工，在实际加工时往往存在装夹变形和加工变形，只有通过试验件的加工和测量，针对实际的变形量和变形位置，采取反变形加工方案来提高零件的加工质量。

结论

通过以上对数控加工全过程仿真加工技术的介绍，可以看出，针对不同的验证内容可以选择不同的仿真方法。NC代码仿真、机床加工过程仿真，能够准确的验证数控程序的准确性，干涉、碰撞、过切、欠切等现象的发生。对于加工参数的合理性、机床实际的执行情况、零件与刀具的匹配等情况，必须采用试验件加工的验证方法。

[1]航空航天高效数控加工技术[J]现代制造，2010（47）.