自动编程及仿真软件在数控技术中的应用

李勇兴

(西京学院机械工程学院，陕西西安，710100)

1 自动编程及仿真软件发展趋势

在数控技术应用过程中，自动编程及仿真软件应用水平直接取决于加工方案以及加工参数的科学、合理选择，比如：机床、刀具形态、设备尺寸、刀具加工表现形态、刀具路线、主轴运转速度、切削深度以及给进速度等相关方面。

为了优化和完善数据控制参数，必须在复杂切削基础条件下深入探索操作参数与刀具磨损、加工质量等许多因素之间的联系，因此加工外部形态复杂的零部件时，所产生的切削状态始终处于变化状态，由此可见，加工方案与参数的选择成为了完善和优化数控编程智能水平的重要标志，同样成为了完成车间编程个性化的重要前提条件。

而在建立工艺数据和信息库的基础上，应采取自动特点识别技术以及编程技术，才能从根本上解决数控技术应用问题。现阶段技术人员针对加工方案以及参数自动化相继开展全面探索和研究。目前我国在数控技术应用环节上，相继开展智能化、自动化技术研究，但是实际使用环节上不能达到系统适用性。所以对于编程系统研究现状来说，现阶段应用比较广泛的数控技术则是集合数据作为核心的集成技术方式，确保技术人员能够直接从数据库中提取所需要的自动编程信息，然而此种技术模式在实际操作环节上仍然需要较多的人工干预。如图1，零部件倒角指令编程。

图1 零部件倒角指令编程

除此之外，自动编程及仿真软件实际开发过程中，主要以模型数据库作为核心的集成化处理方式，确保产品生产模型的建立则需要使用全新造型技术，有利于根据模型中所包含的信息明确具体的加工方案、给进速度、主轴速度等，因此从本质上来看是一种系统化的集成化技术方式。

在实际的数控技术应用过程中，主要从以下几个环节来控制和优化零部件的生产工艺。

1.1 参数选择合理化

数控加工效率在实施过程中，需要依赖具体的加工方案和参数选择，对于参数选择上，应根据刀具型号、刀具走刀路线以及给进速度等方面进行深入控制，因此数控加工发展目标则是在满足基础加工需求、机床设备正常运转以及刀具设备使用寿命的前提条件下，确保数控技术实际加工效果。

1.2 刀具生产轨迹

刀具生产轨迹是复杂形状零部件进行数控加工的重要内容，所以能否生产出高质量产品，刀具运行轨迹成为了决定加工质量、效率以及可能性的重要条件之一。而刀具生产轨迹的首要目标和方案能够满足生产环节上对于产品无干涉、无碰撞、刀具切痕光滑等质量要求，除此之外，刀具生产轨迹还应满足产品通用性好、稳定性强、代码小等核心条件。如图2，刀具生产轨迹图。

图2 刀具生产轨迹图

1.3 仿真软件数控加工

虽然现代化生产工艺在方案规划以及刀具生产轨迹等方面具有较大进展，但是实际生产过程中，由于零部件生产形状十分复杂且多变，加上产品加工条件十分混乱，所以想要在加工阶段确保产品生产效果，就需要选择适合的加工模式。比如：产品加工环节上的过切、机床零部件之间的碰撞等，此种影响因素对于产品加工来说十分重要。为此刀具加工之前，需使用专业应对措施针对质量检验和修整，以此作为基础条件，利用数控加工技术结合自动编程及仿真软件针对材料切除流程进行质量检验和优化。

1.4 后续处理技术

后续处理技术是现阶段CAD/CAM系统有效衔接和集成的重要技术之一，该技术将前置生产处理完成的刀具位置数据转化为适合数控技术加工的系统化程序，由于后续处理内容包含：机床运动学建模与求解、机床结构误差补偿、机床运动非线性误差校核修正等方面，所以，科学、合理进行后续处理，以此确保基础加工质量，从根本上提高加工效率。

2 数控技术加工要求

数控技术从本质上来看是一种自动化水平和应用密集程度较高的机电一体化生产技术手段，是结合计算机技术、自动控制系统、自动检测系统以及高精准程度机械生产技术的综合化生产系统，随着数控机床的全面发展和成长，现代化生产企业需要针对数控加工技术进行全面分析。现阶段数控车床成为了现阶段使用最为广泛的数控技术之一，为此本次研究主要以数控生产技术以及系统化编制问题进行详细讨论。比如：数控车削技术在生产环节上主要用于回转加工模式，现有典型加工表面主要包含：圆柱、外圆锥、螺纹、圆弧面等方面，在数控技术加工过程中，想要加工符合生产需求的零部件，应使用自动编程的技术手段，加上数控技术实施过程中不同数控系统以及编程运行模式各有不同，所以应积极引进自动编程及仿真软件，确保系统能够正常运转。

2.1 明确生产路线

想要保证自动编程及仿真软件能够在数控技术中合理化使用，需积极明确具体的生产路线，并且按照先主后次、先粗加工后精加工等加工原则，明确具体的加工生产路线结构，同时使用固定循环控制指令和系统软件针对所生产产品外部形态进行粗制加工，随后进行细致加工，最后进行螺纹加工。

2.2 刀具选择

夹具选择上，则应使用三爪自定心卡盘进行固定和卡紧，有效针对生产实际情况选择适合的刀具设备，刀具位置点能够集中在右端面与回转轴线的交叉点上，而根据实际技术加工生产需求，应使用试切法对刀，对刀的同时把端面加工出来。

2.3 明确切削用量

对于零部件加工来说，明确切削基础用量已经成为影响产品加工效率的重要因素之一，为此利用数控技术进行产品生产时，产品外部结构粗制车轴转速为500r/min，切削给进速度为0.3mm/r，精细加工主轴转速为800r/min，所以产品切槽和螺纹时，主轴旋转速度为300r/min，进给速度为0.1mm/r。进而明确工件中心轴线与球头中心交点作为软件编程的原始位置点，明确零部件加工程序。

3 自动编程及仿真软件应用案例

为了验证数控技术应用效果和质量，本次研究主要以五角星生产模型作为实际案例，其中五角星外接圆形半径为80毫米，而中心位置点高度为15毫米。

3.1 创建模型

在自动编程及仿真软件实施过程中，充分利用Mastercam系统的CAD操作功能构建出五角星零部件的实体数据模型。

第一，技术人员首先需要绘制半径长度为80毫米的五角星外部连接圆形结构，此时需要启Mastercam系统，并且单击主要功能菜单的绘图结构。随后根据生产零部件实际情况生成五角星零部件的底座结构，同时单击主要功能菜单的实体结构，随后在底座结构上创建圆形结构，向Z轴负方向进行结构拉伸。如图3，五角星规划图。

图3 五角星规划图

第二，绘制半径为80毫米的圆形，随后在圆形中进行内切正五边形，并且在系统主要功能菜单中绘制多变性结构，并且绘制五角星中心位置点，从而根据生产产品实际情况设置内部结构图，确保单机主功能菜单的绘图点能够在标准范围内，随后有效连接五边形各个位置点并且详细修建，随后创建五边形各个未指定点和中心点相互连接，确保在标准视角内能够创建斜面并且删除多余的段落。最终完成五角星实际建设模型，通过系统保存进行下一步。

3.2 模型加工

在模型加工实施过程中，需要充分利用Mastercam系统的CAM应用功能针对五角星制造模型进行技术加工，等待模型生成之后开展后续程序处理。

第一，模型加工环节上需要使用高等切削模式，因此在主要功能应用菜单中，应根据刀具加工路径开展曲面粗制加工，因此刀具设备选择应选择直径为12毫米的端铣刀设备。并且实际进行削切时，应根据生产实际情况设置切削参数以及外部粗加工参数。而在模拟加工环节上，想要保证零部件生产质量和效果，应单击主功能菜单的公共管理以及路径模拟，并且将所生成的处理程序以及粗加工操作流程进行详细说明。

3.3 仿真加工

在系统仿真加工和处理环节上，需要将Mastercam系统中的处理程序使用记事本方式开启，并且将所有的信息和数据管理文件转化为.cnc等格式，正确地选择刀具及设置参考点后即可进行数控加工仿真。

4 自动编程及仿真软件应用策略

4.1 机械加工软件编程应用

我国现有机械加工自动编程软件主要包含：Mastercam、UG、Pro-E、CAXA等，其中 Mastercam系统软件从 80年代引进至今已经优化至MastercamX9版本，由于该软件强大的后续处理能力在机械加工行业中被广泛的使用，所以Mastercam系统软件自动编程在使用和仿真软件建设环节上，需要依靠企业技能培训、高校培训等方式为各个行业传输专业技术人才，并且由于该系统应用功能强大、系统界面操作便利，因此成为现阶段数控技术应用的核心系统之一。

Mastercam自动化系统编程软件最初的系统运转版本主要由三个相对独立的管理模块共同构成，其中包含：设计模块、车床模块和铣削模块，随着系统不断完善和改革，已经有效结合空间线架结构设计、曲面设计、三维实体造型、多轴加工等方面综合的模块软件。相比其他类型的自动编程及仿真软件来说，Mastercam自动化系统编程软件造型功能虽然具有一定优势，但是该软件自身具备较高的系统性、融合性，其中所生产的软件格式为DXF形式，以便于图形文件能够直接应用至Mastercam自动化系统中，普遍具备较高的系统适用性。能够直接在软件中针对图形结构进行后续参数选择和设置。

除此之外，Mastercam自动化系统编程软件在实施过程中，增加了刀具运行路线分析功能，确保操作人员悬停在刀具运行路径上时，能够有效显示生产路线、给进速度、走刀模式以及冷却液体物质开关状态等方面，无论是软件操作还是系统管理都更具备交互和灵活性。而系统进行模拟加工时，针对所产生干涉问题和碰撞部门进行高调渲染，进而有效提醒技术操作人员修改加工参数。

4.2 数控仿真技术应用

由于数控技术在实施环节上所使用的专业技术包含机械类、控制等专业技术，所以无论是从理论学习还是实际数控操作都需要利用专业技术手段。现有的数控仿真技术普遍具备高度的仿真数据模拟性，进而帮助学员快速且全面的熟悉机床按键使用，并且熟悉程序编辑、信息输入以及校准实验等环节，进而选择适合的生产刀具和夹具，精准控制数控机床的加工，有效展现出刀具走向轨迹，对加工零部件准确测量。

4.3 软件联合使用

现阶段，各个行业针对学员开展机械加工和数控技术教学时，无论是教育培训还是专业技术优化，往往利用软件开展独立教学，此种现状导致软件之间并没有足够的联系，而随着自动编程及仿真软件的引进，经过长时间教学实践与操作，多个软件之间相互联合使用能够保证企业建立更加可行的数控技术与机械加工技术，进而更好地完成产品加工任务。