机械加工自动编程软件与数控仿真软件的综合应用

文/梁毅峰

1 前言

机械加工类自动编程软件种类较多，随着版本的不断更新技术日趋成熟，如Master CAM最新版本的X9、UG、Pro-E等，在机械加工领域有着广泛的应用。常规的机械加工手工编程只能编出基本的平面加工图形或者简单的走刀轨迹，对于复杂的空间曲面、曲线加工只能借助于自动编程软件编程。现有的自动编程软件都是采用图形交互式编程的方式，即首先要绘制出平面或者三维图形，然后可以直接选中图形轮廓和定义加工范围，根据加工经验或《机械加工工艺手册》设置刀具尺寸、加工进给量、主轴转速、下刀深度、加工余量、运刀轨迹等参数，自动编程软件能够根据所选择的数控机床类型后处理自动生成相应的NC程序。我国数控仿真加工软件经过近20多年发展，技术日趋成熟，各高等院校、教育机构应用较多的有宇龙数控仿真系统、VNUC数控仿真软件、斯沃数控仿真软件等，随着产品的更新换代大幅提升了仿真模拟效果，能使学员快速熟练掌握数控车床、铣床、加工中心和线切割机床的操作技术，为理论学习到操作真实机床提供了较好的过渡。但是，在各高校、教育培训机构，机械加工自动编程软件和数控仿真软件往往是独立教学、独立使用，没有发挥软件之间联合使用的优势。机械加工自动编程软件生产的程序一般不能直接传输到数控机床上之间加工，自动生产的程序要经过认真核对确保每一参数无误才可进行实际加工，一但加工参数有误轻则被加工件报废，尤其是加工稀有贵重金属损失较大，重则发生如撞刀类的影响机床操作人员人身安全的事故。研究机械加工自动编程软件和数控仿真软件的综合应用具有重要意义，自动编制软件生产的程序调入到数控仿真软件中总体运行监测，通过二次仿真模拟加工判断，对程序中不当参数进行修改、不正确的走刀轨迹进行优化调整，生成较为成熟的加工程序，确保实际加工的工件质量和加工安全。

图1：Mastercam自动编程软件模拟加工图

2 数控加工类软件的综合应用

2.1 机械加工自动编程软件的应用

国内企业常见的机械加工自动编程软件有Mastercam、UG、Pro-E、CAXA等，其中Mastercam软件是美国CNC公司开发的，从80年代末我国引进至今已升级到Mastercam X9版本，因其强大后处理加工功能使其在机械加工领域有着广泛的应用。Mastercam自动编程软件教学往往作为高校、培训机构、企业培训上岗中机械专业、数控专业的专业基础课程，其优点的功能强大、人机界面友好、学员上手快。Mastercam自动编程软件早期版本由三个独立模块组成，分别是设计模块、车床模块和铣削模块，后来发展为集成平面绘图、空间线架结构设计、曲面设计、三维实体造型、多轴加工、刀具路径模拟和仿真加工模拟、后处理计算为一体的综合单一模块软件。相比较其他类自动编程软件，Mastercam自动编程软件的造型功能虽然不如UG、Pro-E等功能强大，但是Mastercam和其它类软件有较好的兼容性，其它类绘图软件包括Autocad类绘图软件生产的图形文件可以存储为ISO指定要求格式，如autocad生产的文件存储为DXF形式、Pro-E生成的文件存储为STL形式，可很方便将图形文件直接调入到Mastercam软件中，具有较好的兼容性。可直接在Mastercam软件中对调入的图形进行下一步选取和设置加工参数操作。Mastercam X9版本增加了刀路分析功能，当鼠标悬停在刀具路径上，可实时显示进给速度、主轴转速、走刀方式和冷却液开关状态等，具有更好的人机交互性。其模拟加工模拟功能能对发生干涉或碰撞的部分进行高色调渲染，提醒操作人员修改加工参数或走刀轨迹，Mastercam自动编程软件模拟加工如图1。

2.2 数控仿真软件的应用

数控仿真软件学习使用是机械类、数控类等专业学员在操作数控机床前，由理论学习到实际数控机床操作的基本过渡。国内高校、企业培训等主要使用上海宇龙数控仿真系统、北京VNUC数控仿真软件以及南京斯沃数控仿真软件等，数控仿真软件具有高度的仿真模拟性，能帮助学员快速熟悉数控机床众多按键的使用，熟练程序的编辑、输入和校验，能对被加工毛坯尺寸定义，能够进行刀具和夹具选择，可以准确模拟数控机床加工动作、显示走刀轨迹并对加工件准确测量。数控仿真软件的突出优点是零耗材，不会因为技术不熟练、加工参数错误等发生安全生产事故，并且参数设置灵活、被加工材料种类选择丰富。随着数控仿真软件的更新换代，其功能日趋完善，机械加工的切削声、加工过程中飞溅的金属屑等，让学员身临其境的沉浸在布置的加工任务中。目前的数控仿真软件对Fanuc、西门子、三菱、大森、华中数控、广州数控等国内企业常用的数控系统均能高度模拟加工。

2.3 多软件间联合应用

目前各类对学员机械加工、数控技术等的教育培训往往是软件的独立使用教学，软件之间没有充分的联系和发挥作用。经教学实践，教育学员多软件之间的联合使用，更受学员欢迎，使学员更好的建立起机械加工、数控技术的整体思维概念，能更好的、更准确完成布置的实习实训加工任务。多软件之间的联合应用，应注意软件之间的握手协议要求，设置基准要一致，如自动编程软件的编程原点要和数控仿真软件的对刀点一致，否则会出现加工跑偏；编程软件的毛坯尺寸要和数控仿真软件的毛坯尺寸一样，否则大大降低模拟效果；软件间刀具尺寸、进给速度F值、主轴转速S值、下刀和提到速度等参数要设置一致。Mastercam自动编程软件设置编程原点方式如图2。

3 提升数控加工实训效果

以Mastercam自动编程软件、宇龙数控仿真系统和XK7140数控铣床联合实训雕刻加工铣削任务为例。首先，使用Mastercam自动编程软件绘制毛坯和雕刻内容、设置加工参数和进行初步模拟加工，经模拟校验后，生成NC程序，可存储为记事本TXT文本形式备用。使用宇龙数控仿真软件，做松开急停、开机回机械原点等准备工作，对毛坯尺寸进行定义、选择好刀具并做好对刀设置坐标系工作，采用间接对刀的方式利用软件提供的塞尺或量块准确对好X、Y、Z坐标；通过数控仿真软件内屏幕下方软键选择PROG、操作、F检索，打开自动编程软件存储的TXT文本程序，分别选择Read和EXEC执行按键读入程序，将存储的自动编程软件生成的NC程序调入数控仿真软件，数控仿真软件加工模拟如图3。在自动模式下选择运行程序，如发现走刀轨迹、加工参数等有误，在编辑模式下修改后再次运行，直至能够满足加工要求。经模拟无误的程序可以存储到计算机，通过计算机COM1或COM2接口，经数据线连接到XK7140数控铣床RS-232接口。数控程序可以通过Mastercam软件自带Editor模块传输，也可以用专用传输软件发送到XK7140数控铣床。

图2：Mastercam自动编程软件设置编程原点方式

图3：数控仿真软件加工模拟

4 结束语

本文对机械加工自动编程软件、数控仿真软件和数控机床之间的综合应用技术进行了深入研究。通过实习实训教学实践，机械加工和数控技术多软件间的综合使用，能够充分利用资源，让学员更好的建立起整体加工技术的思维概念，较好的利用各软件的优势，并能比较出软件使用之间的差别和联系，进一步提高软件使用水平和实际加工能力。多软件的综合使用能够完善和丰富数控加工实训内容，有助于对培训内容准确定位，同时在充分模拟校验的基础上进行实际加工，提高了实习实训的安全性。