数控机床加工仿真技术及应用

陈长远 郑美英

摘 要： 我国经济建设与经济大发展中，不同行业发展迅速，在工业生产以及制造业的运行发展中，对先进工艺技术的和设备的应用不断增加，提高生产率的同时，也保证了产品生产的质量。在制造业中使用的数控机床主要是使用数字化技术实现对机床生产的控制，自动化机床内部装有控制系统和控制程序，因而对数控机床进行加工是自动化的过程，需要操作人员在加工前对工艺流程和加工过程等有所了解。随着现代化科技技术的不断应用于发展，在数控机床加工过程中应用仿真技术，能够促进对机床加工的综合控制，本篇文章在此基础上，主要对数控机床加工仿真技术应用内容及应用方法等进行研究与分析。

关键词： 数控机床；加工；仿真技术；应用；系统程序

数控机床是在机床的生产加工中应用数字化技术予以集中控制，机床自动化的同时内部装有数字化控制系统程序，能够在符号指令执行和编码控制中实现系统程度的逻辑处理，译码后使用代码数字表示，在数控装置中输入信息后，经过运算发出信号，对机床的动作进行控制，并根据实际图纸要求，对机床加工的尺寸和形状等进行设定，使机床零部件能够自动加工。数控机床对于不同品种的精密、复杂零部件加工控制效果较好，属于高效能和柔性自动化机床，在机电一体化中促进了现代机床控制技术的应用与发展[1]。而在数控机床加工中应用仿真技术，能够对更加复杂的工具系统进行设计和模拟，在物理模型和数学模型的构建中，对数控机床加工过程增加计算环节，在人机交互中实现对虚拟环境的图形结合式的创造，这种可视化的技术应用，能够进一步实现对数控机床的综合化控制。关于数控机床加工中应用仿真技术的相关内容等需要从实践分析的角度展开研究与探讨。

一、数控机床加工仿真技术特点

（一）可视化操作

数控机床加工自动化程度较高，在数控机床加工中应用仿真技术，能够对数控程序进行集中化的控制，保证程序执行的正确性，在生产实践中，一般是使用容易切削的加工材料代替工件进行试切，在这种操作模式下，可以对加工指令进行检验，同时也可以使用轨迹显示的方法，使用笔或者针代替刀具，对工件加工的轨迹进行二维图模仿，但是这些方法操作麻烦，且使用成本增加。应用仿真技术，能够在计算机系统程序的应用中，对数控机床加工的程序环境和加工流程等进行可视化模拟，对虚拟环境进行观察后，能够及时发现数控机床加工中存在的问题，并及时调整方案，使工件加工工艺得以完善。

（二）几何仿真

数控机床加工过程中的试制环境模型关于NC切削仿真，一般包括力学仿真和几何仿真两大模块的内容，几何仿真不需要考虑物理因素如切削力和切削参数等的影响，需要对工件几何体运动以及刀具轨迹等进行研究。在此过程中应用仿真技术大大缩减了从产品设计到产品制造的中间环节时间，减少了生产成本，数控机床加工中的切削过程应用物理仿真，根据动态力学的特点，对刀具振动以及刀具破损等情况进行预测，使整个切削过程中得到优化[2]。几何仿真技术在实际应用中得到不断发展，对于定量干涉验证和定性图形显示等均能够使用常用方法对实体造型进行检测和分析。

（三）高效能特点

将仿真技术应用在数控机床加工中，对于零部件的加工程度和工艺技术等方面能够展开综合化的分析，保证机床加工质量的同时，也大大提高了生产效率，因而具有生产高效能的特点。仿真技术中的NC仿真程序主要用途包括检验、优化和操作培训，NC指令驱动机床的运动，因而数控机床加工中能够对碰撞问题进行检验和控制，相较于CL数据加工，NC仿真程序加工，操作过程与实际情况更加接近，但是在此过程中需要注意的是在数控机床加工仿真操作总，需要对加工环境进行分析，考虑其中的影响性因素，并研究制定出有效方案予以解决，促进数控机床加工的效率提升和质量稳定[3]。

二、数控机床加工仿真技术应用

（一）构建器

数控机床加工应用仿真技術涉及多个不同的模块内容，构建器在数控机床加工过程中，能够对其指令控制提供必要工具内容，因此在实际应用中能够增添新的设备到仿真环境中，这些“数字”设备大多图形方式是可见的，因而用户界面下进行组装、更改和测试后，能够使其功能更加强大。对于实体化的模型通常包括圆锥体、圆柱体和长方体等，将其他模型如线框模型和IGES模型从CAD系统中引出后，可以对机床主轴、夹子、夹具和工作台等部件内容进行细节性的描述，机床构建器在对数控代码转换后，能够使程序运行更加具有自动化特点。

（二）工具箱

仿真技术在数控机床加工中使用，能够在仿真程序控制中，对刀具长度补偿、刀具直径补偿、计量长度编程、加工坐标系、宏指令、变量编程以及子程序等进行功能升级，使数控机床加工控制内容更加完善[4]。在数控模拟状态较为理想的状态下，使用机床开发工具箱能够对数控机床加工中的一些特殊加工要求和仿真要求等予以满足。机床工具箱应用对于较为特殊和复杂的数控代码控制能力提高，对于代码解读的效率也有所提升，因而能够为数控机床加工提供代码输入和代码编译服务。

（三）工具包

仿真技术中的几何工具包在数控机床加工中，能够将不同的CAD数据进行转化，转化形式为STL文件，也可以转化为CGTech产品可以用的文件类型，且几何工具包对于模型文件的问题修复功能也较为突出，可以将表面模型进一步升级为实体模型。数控机床加工仿真技术中的几何工具包可以将系统程序中应用有限或者是无用的模型转化成可用的夹具或者是组件等实体内容，实现数控技术应用的最优化。

结语：

数控机床加工是在数控单元中完成加工操作和加工监控，因而数控机床加工在实际的应用过程中具有适应性强的优势，加工的机床精度高，质量稳定，且能够在多坐标联动中加工出形状更加复杂的零件。加工数控机床中应用仿真技术可以将计算机仿真技术应用在零部件数控加工中，人机交互的特点明显，模拟出工艺系统的数控加工环境，在计算机上集中演示数控机床的方法和路线等，及时反馈错误信息，使技术人员对仿真过程进行预览和虚拟，使其能够及时发现问题，并调整程度，减少加工事故的产生，保证机床质量[5]。从实践生产分析来看，仿真技术在数控机床加工中的应用，能够对加工的过程进行综合仿真，减少和防止碰撞等其他具有生产干涉性的事故产生，有效提高了数控机床加工的安全率，对于现代制造业的发展具有重要促进作用。

参考文献

[1]廖晓玲，刘少龙，邓珂.探析数控机床加工仿真技术及应用创新[J].湖南农机，2014，41（04）：46-47.

[2]王红宾.VERICUT7.2构建五轴机床模型及仿真加工过程分析[J].金属加工（冷加工），2014，15：73-76.

[3]张洲硕.自动编程和仿真技术在数控铣削加工中的应用[J].中国新技术新产品，2015，01：11.

[4]任宝钢.五轴数控机床加工仿真技术应用[J].工具技术，2014，48（12）：51-53.

[5]冯娟，杨承涛.数控镗铣床的3D仿真建模及应用[J].机床与液压，2013，41（05）：161-163+166.

作者简介：陈长远（1984-），男（汉族），山东省嘉祥县人，副教授，硕士，工作单位，辽宁工程职业学院，从事专业领域：机电一体化。