数控仿真加工软件功能拓展研究

谢远辉，高 威，肖 敏

（1.赣州技师学院，江西 赣州 341000；2.商丘工学院，河南 商丘 476000）

数控仿真加工软件功能拓展研究

谢远辉1，高 威2，肖 敏1

（1.赣州技师学院，江西 赣州 341000；2.商丘工学院，河南 商丘 476000）

文章阐述了数控技术含义，概述了数控仿真软件产品及其功能，对软件功能拓展进行了展望，这些展望对于软件的开发和优化具有一定的意义。

数控仿真；功能；拓展；软件

数控技术是利用数字程序控制数控机械实现自动加工的技术，广泛应用于机械制造和自动化领域，能较好地解决多品种、小批量和复杂零件加工以及生产过程自动化问题。在进行产品数控机床加工之前，可应用数控仿真软件进行前期的准备和验证工作。数控仿真软件能模拟真实的数控加工环境，加工效果比较理想，是实际机床加工的有效补充。数控仿真软件技术亦趋成熟，但仍然有提升的空间，下面对其功能拓展进行探讨。

1 数控仿真软件及其功能

数控仿真软件产品比较多，教学和科研工作中常见的有上海宇龙数控加工仿真软件、PRO-E、UG、CAXA-ME、MASTCAM、Vericut等。软件里面包含的机床主要有数控车床、数控铣床、立式和卧式加工中心以及多种机床面板。仿真软件产品是一个应用虚拟现实技术于数控加工操作技能培训的仿真软件。软件具备对机床操作全过程和加工运行全环境仿真的功能，同时还具备适用于数控加工这类强调操作过程的功能；仿真系统不仅可以进行数控编程的教学，还能够完成整个加工操作过程教学。数控仿真软件主要功能相似，概述如下：

（1）仿真软件具有对学员编制的数控程序进行自动检测、具体指出错误原因的功能，这将大大增加学员自己动手的机会，同时也大大减少了教师的工作量，从而可以降低师生比例。由于是使用仿真软件，同时大大减少了工件材料和能源的消耗，从而可以降低培训学习成本。

（2）软件产品具有基于互联网或局域网等进行双向互动的远程教学功能。远程互动教学支持局域网、互联网、卫星等多种数据传输方式，教师、学生操作过程能实现远程实时双向观察，数据传送灾难恢复等。

（3）大规模的数控加工技能考核是一项令人头痛的事。仿真软件产品强大的操作过程纪录和回放功能是专为鉴定考核设计的。考试记录回放可实现考试结果的自动保存，考试操作过程的记录及多种回放方式。加工工件自动测量评分功能可根据事先设定的测量的三维坐标及评分标准进行自动测量评分。

（4）丰富的刀具材料库：仿真软件产品采用数据库统一管理的刀具材料、特性参数库；包含数百种不同材料、类型和形状的车刀、铣刀；支持用户自定义刀具及相关特性参数。

（5）机床操作全过程仿真。仿真软件产品可实现仿真机床操作的整个过程：毛坯定义、工件装夹、压板安装、基准对刀、安装刀具、机床手动操作等。同时还可实现加工运行全环境仿真：数控程序的自动和MDI等运行模式、三维工件的实时切削、三维刀具轨迹的显示、刀具补偿、坐标系设置等系统参数的设定。

（6）数控程序处理功能。可以导入各种CAD/CAM软件生成或自行编辑的数控程序，如PRO-E,UG,CAXA-ME,MASTCAM等；数控程序的编辑、输入、输出方便快捷；软件特有的数控程序预检查和运行中的动态检查功能也非常实用。

2 数控仿真软件功能拓展展望

虽然数控仿真软件具有全环境仿真的功能，对实际机床加工起了比较大的辅助作用，特别是对于教学是很好的一种辅助手段；但其功能还有待加强，以更好地服务于教学和科研工作。仿真软件功能拓展可从以下5个方面展望：

（1）集成数控车间设备和工具量具，形成完整的车间布局。现有的数控仿真软件界面显示的设备主要是机床，附件还会显示刀具、工件和夹具。如果能在软件界面显示机床、工具、刀具、量具、砂轮、工作台和整个车间场地，并且能切换各个设备及工量具的显示，则能大大加强学生的求知欲望，能有效地提升学生身临其境的感觉，更好地为教学服务。学生步入软件界面后如同进入了真实的车间，能随自己的意愿进行设备的使用和工量具的使用；数控软件的学习如同游戏的使用，既增添了乐趣又学到了知识。

（2）增加理论学习模块，实现一体化教学。现有的数控仿真软件只是提供了操作的平台，使用者可方便地进行编程、刀具路径规划和操作加工。但没有相关的理论知识学习模块，使用者需先掌握相关的理论知识，再应用仿真软件加以熟悉。这中间存在脱节的问题，学生在学习理论知识的时候如果没有及时应用操作，很容易遗忘。如果在软件里设置理论学习模块，把数控指令学习、简单的夹具知识和常见的工件材料知识加入进去，则学生可边学习理论知识，边应用软件进行操作验证，从而提高学生学习主动性，实现一体化教学。

（3）增设数控机床结构和原理学习模块，实现直观学习机床结构。现有的数控仿真软件只是提供了机床的大致形状和简化结构，诸如机床壳体、主轴壳体、工作台和机床门等。这些外在的结构学生通过操作机床很容易就掌握了，但对于机床的滚珠丝杠、主轴、伺服电机、精密轴承等关键零件和部件不但见的少，而且对于机床结构也是知之甚少，若能实现软件机床结构模块学习，无疑是具有重要意义的，这有效地提高了机床结构与原理课程的学习效率和学习效果。

（4）将理论学习和机床操作结合起来，实现学生自主学习。现有的数控仿真软件没有集成完整的车间布局，缺少相关的理论学习模块。若能将核心的理论知识、工量具的使用要领等集成到数控产品的操作加工中，无疑是具有重要意义的。如学生在安装夹具时，可将工件受力点的选取、夹紧力大小是否合适等相关知识列在旁边，方便学生判断和应用。这样学生可自主进行学习，只有在遇到解决不了的问题时才询问老师，提高了学生自学能力。

（5）实现对话式智能参数输入，方便学生学习。现有的数控仿真软件在这方面做的不多。若能实现对话式智能参数输入，将大大方便学生学习和掌握。比如学生在输入机床主轴转速的时候，仿真软件能根据工件材料、刀具材料和机床性能判断转速是否合适，并且给出一个参考值范围；学生在应用夹具夹紧工件时，仿真系统能提示夹具是否合适，夹紧点选取是否合理等。

3 结语

在阐述了数控仿真软件产品及其功能的基础上，对软件的发展进行了展望，包括集成数控车间设备和工具量具、增加理论学习模块、增设数控机床结构和原理学习模块、实现学生自主学习、实现对话式智能参数输入五个方面。虽然实现这些功能存在一定的困难，但这些建议是有一定意义的。

[1]陈思涛.规范数控编程流程,提高编程质量[J].CAD/CAM与制造业信息化,2010，（7）:72-74.

[2]恽志东,李海标.基于特征加工技术在自动数控编程中的应用[J].组合机床与自动化加工技术,2011,（1）:90-93.

[3]郭胜辉.参数编程在数控车削加工中的应用[J].组合机床与自动化加工技术,2010,（2）:69-72.

图8 方案5几何模型

表2 施力点位移(mm)

对方案5进行第3节中的仿真分析，施力点的位移如表2所示。从表2可以看出经过优化后，我们关心的端盖X方向和Y方向的刚度与原方案基本一致，但是质量减少了1kg，减轻重量的比例约为3%。

6 结语

通过有限元法对某型号的牵引电机端盖进行轻量化分析。在不降低端盖产品径向刚度的前提下，优化的通风筋结构，降低了端盖的质量，取得了比较好的轻量化效果。

参考文献

[1]用有限元法计算异步电机机座的强度刚度[J].中小型电机，1996,（5）.

[2]永磁同步电机结构应力测试及整体强度有限元分析[J].装配制造技术，2010,（2）.

[3]陆明万，罗学富.弹性理论基础（第二版）上册[M].北京：清华大学出版社，施普林格出版社，2001.

A Research on the Extension of the Function of NC Machining Simulation Software

XIE Yuan-hui1,GAO Wei2,XIAO Min1
(1.Ganzhou Technician Institute,Ganzhou,Jiangxi 341000,China;2.Shangqiu Institute of Technology,Shangqiu,Henan 476000,China)

Thepaper expounded the meaning of numerical control technology and summarized the nc simulation software product and its functions,and made prospects over the extension of the software functions,which was of some significance to development and optimization of softwares.

NC simulation;function;expand;software

TG659

A

2095-980X（2015）02-0055-02

2015-01-15

谢远辉(1979-)，男，江西于都人，讲师，硕士，主要从事数控加工技术等方面的教学研究工作。