如何提升企业的数控仿真水平

周代忠

摘要：本文通过对仿真环境中的机床硬件几何尺寸，行程、换刀位置设置，对控制系统中主轴转数、进给速度，特殊机床刀补、具体指令的正确设置等方面来阐述如何完善企业的仿真环境，满足企业数控仿真需要。

关键词：数控加工；仿真加工

前言

随着现代企业数控仿真技术体系的不断建设，在数控加工中的应用从简单的检查表面过切、残留，加工过程中的碰撞，切削参数设置等内容，逐步向全面通过仿真流程来自动检查数控程序质量的方向发展，摆脱对人能力的依赖，从而使整个企业的数控加工质量保证体系更加稳定、可靠。这种体系的建立，需要企业管理人员，技术人员对仿真环境基础建设高度重视，从各个方面解决仿真中遇到的问题。

1.加工仿真环境数据库建设

企业要保证所有新编数控程序仿真结果的正确与稳定性，在建立规范、合理的仿真审批流程的同时，还须建立与所有数控机床完全匹配的仿真环境库（由机床、控制系统、刀具库组成），实现仿真加工效果和实际机床加工效果保持一致，不仅能最大程度的保证了程序的质量，同时也保证通过仿真审批的数控程序能直接被机床利用，减少加工过程的调整。

2.仿真环境机床防错设定

在仿真机床整体设计中，机床的部件尺寸，基本加工行程，初始位置设置几个部分较为重要。

2.1仿真机床的部件及行程设定

在仿真机床构建中，有两点较为重要，需要特别重视，否则无法仿真检查出程序中的错误。

（1） 机床主要硬件的几何模型尺寸要与实际机床保持一致，尤其是机床的工作台，主轴等部位的尺寸，这对检查过程碰撞具有较大作用。

（2）机床的行程设计，需要保持和实际机床一致。在进行机床数控仿真，才能准确发现数控程序是否超过机床加工加工范围，尤其是一些在机床加工行程边缘的零件的数控程序，需要精确确定零件的进对刀位置，

2.2机床主轴及换刀位置

在仿真机床设置过程中，机床主轴位置一般默认放置，不作特殊处理，在对一般程序仿真过程中，这样的设置都能准确检查出程序的正確与否，保持和现场不会出现任何问题，但在一些特殊情况下会检查不出程序的错误，如主轴默认放置在工作台中心的位置，如果前一个程序加工后主轴停止在偏离工作台中心的位置，当前程序加工环形零件过中心线的孔时， 程序中未出现XO，由于程序仿真时继承了仿真环境中主轴的默认设置位置，仿真结果正确，但实际机床加工时，主轴并不会自动回到中心位置，就会出现加工错误。对这些潜在性的错误，检查难度很大，很难保证这些手编程序中出现的错误被完全发现。

通过将机床初始位置设置在偏离工作台中心，端面的位置，如设置在机床实际换刀位置，可消除程序不完善仿真无法发现的问题。在调整机床的默认初始位置后，如果程序中出现缺少X0，YO，以及Z轴初始位置时，能及时通过仿真发现，无需编程校对人员花时间去检查此项错误，提高了系统防错能力。

3.控制系统防错设置

3.1 主轴转速

对每个机床，主轴的转数都有一个最大最小值，同时在实际应用过程中，主轴的转数在一个更小的范围内进行应用。针对具体情况，可在具体仿真环境里对主轴的上限和下限设置一个具体的数值，当进行数控程序仿真时，如果主轴的转数不在这个范围内，仿真自动报警，提示编程人员进行修正。

3.2 进给速度

对于进给速度，同样可以和主轴转数一样设置进给速度的范围，这样可以在仿真过程中及时发现一些异常的进给速度，如F0，F0.001等，不必人为的去检查数控程序中的这类错误。

3.3特殊机床刀补控制

刀补仿真在仿真软件中一般都能实现，但对一些特殊情况，仿真结果不一定能保证正确如在一些立卧转换数控机床加直角度头后，采用轮廓刀补方式加工环形零件内腔部位尺寸，需要根据弯头的刀具方向用G17、G18、G19指令指定刀补所在的平面，才能保证刀补程序加工的正确性，但在实际编程中，部分编程人员容易忘掉这个需求，同时仿真结果也显示没有问题，造成仿真结果与实际情况不符合，数控程序校对人员对这类情况没有进行专门关注，容易发生漏审的情况，对此此类特殊机床刀补问题在购买机床时可要求机床厂家提供解决办法。

该问题如果由用户自己解决，方法较为复杂，需要对刀补指令进行重新定义，并结合系统全局变量进行全程序检测是否由G17、G18、G19指令指定了刀补平面，VERICUT软件目前只能进行单段程序语法检测，实现的难度较大。一般解决方法是通过将机床加直角头后的几种状态的仿真环境进行针对性地设置，对每种状态在进行刀补加工时，都由仿真环境自动检查是否指定对应的刀补平面，没有，报警提示，并使仿真结果错误。

3.4系统指令的正确性配置

Vericut软件自身提供的仿真控制系统，是针对通用性的机床，有部分指令设置甚至包括了多种数控系统的功能，和实际机床功能不一致，需要进行具体的调整。以西门子840D 仿真控制系统中的部分指令为例进行介绍。

（1）暂停指令G04，这个G指令西门子、法纳克等数控系统都支持，但在具体的编程用法方面，存在差异。西门子的编程格式为G4 F_ 或 G4 S_， 法纳克系统编程格式为G04 X_；或G04 P_；但在仿真环境西门子840D控制系统中，该系统默认支持G4 F_ ，G4 S_，G04 X_三种编程模式，这容易造成，当编程人员在进行西门子系统编程时，错误的采用法纳克系统编程格式G04 X_时，系统仍认为程序正确，无法及时的检查出程序错误，对于此类问题，一是采取直接删除定义格式，另一种是在各种设置中增加错误提示。

（2）换刀指令，西门子和法纳克数控系统的默认换刀指令都为M6，在四轴和五轴数控机床上，基本都不直接采用此指令进行换刀，用一个包涵此指令的多功能子程序代替，对待这种指令，可此需要针对各个数控机床设置专门的换刀指令，替代M6。

4.仿真刀具库建设

企业整个仿真体系的创建离不了仿真刀具库的规范性建设，仿真刀具库只有实现与编程刀具、现场加工刀具数据库在命名规则上的统一，才能保证企业数控程序编制、仿真、加工过程顺利衔接无干预执行。同时仿真刀具库中的刀具承载不同加工材料的切削参数，也需要对仿真刀具库进行长远合理的规划，不断积累和优化刀具数据。因此仿真刀具库建设看似简单，其实非常关键，既影响仿真效率，又影响数控程序的加工效率，在仿真体系建设中需要高度重视。

5.总结

随着数控仿真技术的发展，其在数控加工企业中的作用将变得更加突出，但要发挥好仿真软件的功能，基于其建立完善的企业仿真体系，离不开对软件及数控程序两方面的深入研究，不断规范两方面的内容，根据企业的需要不断完善软件中的不足之处，实现以仿真流程来完全检查出数控程序中的错误，消除不必要的人为干预。建立起稳定的数控程序质量保证体系。