关于在数控加工仿真软件中实现工艺指导功能的研究

杨学智　吴绍兵

摘 要：目前数控仿真软件基本都不具备加工工艺分析的功能，本文就数控仿真软件应该具备哪些工艺功能提出了几个方面的要求，同时根据这些要求简要的分析了如何在数控软件中实现这些分析功能，提出了相应的解决方案。

关键词：数控仿真软件；工艺分析功能；研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.21.054

0 引言

数控仿真软件能够在一定程度上模仿数控加工的整个过程。面对一个数控加工任务，为了保证真正的数控加工不会出现错误，可以先在数控仿真软件上进行真正加工的过程模拟，以便观察数控程序是否正确，加工的产品是否符合要求。数控仿真软件还广泛应用于数控加工课程的教学中，这样可以让学生在脱离真正的机床情况下学习使用数控机床和练习数控加工的相关操作。目前大部分数控仿真软件还存在很多问题，比如支持的数控系统不丰富，支持的机床不多，仿真功能有缺陷，如不支持常用的宏变量编程功能、刀补计算不全面等。还有一个很重要的功能基本上所有数控仿真软件都不具备，那就是软件的数控加工工艺分析功能。本文将就这个问题提出一些解决思路。

1 数控仿真软件应该具备的数控加工工艺分析功能

在真正的数控加工中，机床操作一般不会出现多大的错误，当规划好加工刀路后，通过手工或者CAD/CAM软件的方法编写的数控加工程序需要仔细检查和校验，而数控仿真系统目前在机床操作上可以做到很理想的仿真效果，在程序检验和加工模拟方面也能在很大程度上实现令人满意的仿真效果[1]。但是，目前基本所有的数控仿真软件都没办法对加工中涉及到的相关工艺指标进行检验和指导，而工艺的好坏会直接关系到加工产品的质量、加工效率和加工成本。

加工工艺指标很多，作为一个能真正仿真加工过程的数控仿真软件起码应该具备以下工艺辅助分析功能：

（1）分析被加工零件的尺寸、判断能否顺利的安装在工作台上、在加工过程中是否会出现夹具干涉、机床干涉或者超程等情况。

（2）分析刀具是否合理。主要检查这几个方面：

1）刀具的种类选择是否合理，如是否出现了用钻头当铣刀用的情况。2）刀具的参数选择是否合理，如在选择车刀时，车刀的角度是否会影响零件的形状和尺寸。3）刀具的材料是否选择合理，如是否出现用硬度低的刀具去加工高硬度材料的情况。

（3）切削效率分析，分析加工时间、实际切削时间、刀具空走时间等。

（4）分析切削三要素是否合理。

以上是仿真软件应该具备的功能，因为这些工艺分析功能对用户非常有帮助，当然还有其他的一些工艺功能分析，但有些工艺分析功能对一个仿真软件而言难以实现，或者没办法由软件来作判断，比如装夹方案的选择是否合理、刀具的悬伸长度是否过长，刀路规划是否合理、被加工的零件工艺性如何等。

2 数控仿真软件工艺分析功能的实现方法

一个数控加工仿真软件要实现工艺分析的功能，才能够在仿真的过程中及时的向操作者反馈相关信息，帮助操作者分析加工工艺性，合理的选择加工方案。为了实现这个功能，软件必须增加一些新的功能。

在前面提出的4个工艺分析功能中，第1、第2、第3个功能对于数控软件的设计来说相对较简单，最后一个功能涉及到得因素很多，实现起来复杂许多[2]。

（1）数控仿真软件分析机床行程的工作台尺寸和行程是否满足加工零件的要求时，可以做一个简单的比较，就可以判断出毛坯是否过大，行程是否满足要求。

（2）刀具分析功能的实现。目前有些仿真软件已经具备了部分刀具选择合理性的分析功能。在判断刀具选择是否正确这个解决方案上，应该先分析加工程序，然后根据每把刀的走刀路线来判断是否选了错误的刀，比如让切槽刀发生了垂直于刀面的移动，这时系统应该给用户提出警告，并且报告报警内容。关于车刀的角度是否会影响轮廓形状和精度的问题，系统应该先根据用户程序，算出零件的轮廓，然后结合加工刀具的角度，做一个简单的干涉计算，如果有干涉就报警。关于刀具的硬度是否合格的问题，软件内部只需要做两个数据库，一个是让工件材料硬度数据库，另外一个是刀具材料硬度数据库，在刀具和毛坯都选择完毕的情况下，系统及时调取二者的硬度数据，并作一个比较，当发现被加工材料硬度大于刀具硬度时，软件报警。

（3）加工效率分析功能的实现。这个功能对于软件来说是一个很簡单的问题，最容易实现的是加工时间的计算，只要调用进给值和相关刀路，然后做一个简单的四则运算即可得到[3]。空刀时间的计算，需要适时的根据毛坯的切削程度来逐次计算，然后累加。

（4）分析切削三要素功能的实现。软件在分析用户程序的切削三要素是否合理时，涉及到得因素很多。要分析切削要素选取是否合理，需要综合以下因素作出判断：机床刚性、装夹方式、刀具类型、毛坯材料、加工性质等等。因此软件内部要有几个数据库用于查询各种数据，同时要有一些相关的公式进行计算，最终得出切削要素的选取是否合理。

软件里面应该有以下一些数据可供查询调用：

1）机床刚性相关的数据，如主轴功率等。

2）刀具材料的性能数据库，如刀具的硬度、韧性等数据。

3）毛坯材料的硬度、韧性等数据。

4）粗加工和精加工的相关数据。

3 结束语

数控仿真软件的工艺分析功能是一个对用户有很大帮助但却被数控软件开发者忽视的功能，本文根据实际数控加工的要求提出了工艺分析的功能要求，并且从指导思路上提出了一些在软件中实现这些功能的解决方案。笔者将在今后的研究中进一步细化、具体化这些解决方案。

参考文献：

[1]张浩.数控加工仿真软件在实训教学中的应用[J].电子世界，2013，

03（08）：80-81.

[2]呼刚义，王荪馨，杨鹏.虚拟加工仿真软件在数控加工技术中的应用和发展[J].机电工程技术，2013，42（01）：16-18.

[3]于明芳.数控仿真软件在数控教学中的应用浅析[J].中国科技投资，2014，20（A17）：540.