數(shù)控仿真系統(tǒng)在實踐教學中的應用*

朱同波

（閩南理工學院，福建泉州 362700）

數(shù)控仿真系統(tǒng)在實踐教學中的應用*

朱同波

（閩南理工學院，福建泉州 362700）

數(shù)控仿真系統(tǒng)是基于計算機應用技術對數(shù)控機床加工操作過程進行模擬仿真的一門新技術。在數(shù)控加工操作之前，利用該技術的特點，在實踐教學中應用數(shù)控仿真軟件，通過三維動態(tài)仿真，進行數(shù)控加工操作，建立感性認識，以提高教學效果，為熟練掌握數(shù)控加工技術發(fā)揮顯著作用。

數(shù)控；仿真；操作；實踐教學

0 前言

數(shù)控仿真系統(tǒng)是基于計算機應用技術對數(shù)控機床加工操作過程進行模擬仿真的一門新技術。隨著社會的需求不斷發(fā)展，學校和培訓機構在實踐教學中將不斷面向新的數(shù)控系統(tǒng)、新的數(shù)控機床、新的教學培訓內(nèi)容，加快了數(shù)控仿真技術的發(fā)展[1]。該技術面向實際生產(chǎn)過程的機床仿真操作，加工過程三維動態(tài)的逼真再現(xiàn)，能使每一個學生對數(shù)控加工建立感性認識，可以反復動手進行數(shù)控加工操作，有效解決了因數(shù)控設備昂貴和操作危險性，很難做到學員“一人一機”的問題，在培養(yǎng)全面熟練掌握數(shù)控加工技術的實用型技能人才方面發(fā)揮顯著作用。

1 數(shù)控仿真系統(tǒng)

1.1 數(shù)控仿真系統(tǒng)介紹

目前國內(nèi)較為流行的仿真軟件有上海宇龍、南京斯沃、南京宇航、北京斐克、廣州超軟等數(shù)控加工仿真軟件。這些軟件都是以計算機為平臺進行的，一般都具有數(shù)控加工過程的三維顯示和模擬真實機床的仿真操作功能。

1.2 數(shù)控仿真系統(tǒng)的優(yōu)點

針對目前市場上流行的幾款數(shù)控仿真系統(tǒng)軟件，相比較數(shù)控機床而言，一般具有以下技術性能。

（1）模擬數(shù)控系統(tǒng)的操作和使用，支持多種數(shù)控系統(tǒng)，能夠從編程、毛坯準備、刀具準備、安裝、對刀到虛擬數(shù)控加工的全過程進行數(shù)控仿真，等同于對真正的CNC機床進行操作。

（2）具有車、銑等各種加工功能，可對各種刀具和多種工件材質的加工工藝參數(shù)進行設定和在加工過程中進行實時監(jiān)測，能夠提供刀具補償、坐標系設置等系統(tǒng)參數(shù)設定，同時具有報警提示功能。

（3）可進行對加工工件自動測量。

（4）支持Internet/Intranet，適應支持TCP/IP UDP協(xié)議的網(wǎng)絡環(huán)境；系統(tǒng)采用工業(yè)標準OpenGL圖形庫，顯示效果真實、準確

（5）具有遠程教學和管理功能。

1.3 數(shù)控仿真系統(tǒng)的局限性

目前存在的數(shù)控仿真系統(tǒng)中預先設定了大量假設因素，如設定工藝系統(tǒng)剛性滿足要求，無振動，無硬點等缺陷等理想情況，而現(xiàn)實加工過程中，則存在大量不確定因素。這種假定的理想狀態(tài)不能將切削過程中的隨機干擾如工件硬點造成的材質變化、振動造成的切深變化等因素考慮進去，使仿真系統(tǒng)不能真實地反映實際切削過程。

數(shù)控仿真系統(tǒng)中大多設有危險預警系統(tǒng)，完全沒有危險性。恰恰是這些特點，長時間使用仿真軟件會降低學生的安全意識，可能會隨意操作。另外，數(shù)控仿真系統(tǒng)對于宏程序等高級功能方面的支持還有待提高。

1.4 數(shù)控仿真系統(tǒng)的發(fā)展方向

數(shù)控仿真系統(tǒng)是一個極具潛力的前沿研究領域，由許多先進學科、先進知識形成的綜合技術系統(tǒng)，目前正朝著網(wǎng)絡化、智能化、集成化、開放式的系統(tǒng)發(fā)展，甚至可以根據(jù)用戶要求自行定制。很多機床廠家把某一類型的虛擬機床作為該類型數(shù)控機床的附件，提高數(shù)控機床的市場競爭力、增加機床產(chǎn)品的附加值，使得數(shù)控仿真系統(tǒng)得到了更大的發(fā)展[2]。

2 數(shù)控仿真實例

如圖1，工件毛坯尺寸為140 mm×100 mm× 20 mm，完成圖1零件的數(shù)控銑削仿真加工（本文以宇龍數(shù)控仿真軟件為例）。

圖1 零件圖

2.1 軟件界面操作

（1）進入數(shù)控加工仿真系統(tǒng)

首先啟動加密鎖管理程序，然后啟動數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，系統(tǒng)彈出“用戶登錄”界面，點擊“快速登錄”按鈕或輸入用戶名和密碼，再點擊“登錄”按鈕，即可進入數(shù)控加工仿真系統(tǒng)。

（2）選擇機床類型

打開菜單“機床/選擇機床”，在選擇機床對活框中選擇控制系統(tǒng)類型和相應的機床，并按確定按鈕，選擇北京第一機床廠的立式加工中心，如圖2。

圖2 選擇機床類型

（3）工件的定義

打開菜單“零件/定義毛坯”，按照題目要求定義尺寸，如圖3。

（4）選擇夾具

打開菜單“零件/安裝夾具”命令，先在“選擇零件”列表框中選擇毛坯。然后在“選擇夾具”列表框中間選夾具，長方體零件可以使用工藝板或者平口鉗，該題選擇工藝板，調(diào)整夾具尺寸，如圖4。

圖3 定義工件

（5）安裝工件

打開菜單“零件/放置零件”命令，根據(jù)實際情況調(diào)整零件位置，同時選擇安裝壓板，并根據(jù)工件大小選擇壓板的尺寸。如圖5。

圖4 選擇夾具

圖5 選擇壓板

（6）選擇刀具

打開菜單“機床/選擇刀具”，根據(jù)題目，該題選擇直徑為6 mm的平底刀，如圖6。

2.2 加工界面仿真操作

（1）機床準備

開機：將急停按鈕松開。按下操作面板上的“啟動”按鈕，加載驅動，當“機床電機”和“伺服控制”指示燈亮，表示機床已被激活。

回參考點：在回零模式，依次選擇操作面板上的X、Y、Z軸，點擊“+”按鈕，此時X、Y、Z軸將回零，當回到機床參考點時，相應操作面板上“X、Y、Z原點燈”的指示燈亮，同時LCD上的X、Y、Z坐標變?yōu)椤?.000”，如圖7。

圖6 選擇刀具

圖7 回參考點

（2）對刀管理及參數(shù)錄入

對于銑床或加工中心X、Y向對刀通常采用尋邊器對刀和剛性棒對刀。該題選用尋邊器對刀。尋邊器有固定端和測量端兩部分組成。固定端由刀具夾頭夾持在機床主軸上，中心線與主軸軸線重合。在測量時，主軸以400 r/min左右旋轉。

1）X軸方向對刀

先讓裝有尋邊器的主軸靠近工件左側，區(qū)別是在碰到工件前使主軸轉動起來，正反轉均可，尋邊器未與工件接觸時，其測量端大幅度晃動。這時使用點動方式或手輪方式微調(diào)進給，尋邊器繼續(xù)向工件移動，偏心距逐漸減小，直至測量端和固定端的中心線重合。

定義X為刀位點與機床為的相對值，將基準工件直徑記為X1，將定義毛坯數(shù)據(jù)時設定的零件長度記為X2，則：

如果以工件上表面中心為工件坐標系原點，其X=X1/2+X2/2；

本例中：X=-50-5=-55 mm。

2）Y軸方向對刀

在左視圖中，同樣先讓裝有尋邊器的主軸靠近工件左側，區(qū)別是在碰到工件前使主軸轉動起來，正反轉均可，尋邊器未與工件接觸時，其測量端大幅度晃動。這時使用點動方式或手輪方式微調(diào)進給，尋邊器繼續(xù)向工件移動，偏心距逐漸減小，直至測量端和固定端的中心線重合。

定義Y為刀位點與機床為的相對值，將基準工件直徑記為Y1，將定義毛坯數(shù)據(jù)時設定的零件長度記為Y2，則：

如果以工件上表面中心為工件坐標系原點，其Y=Y1/2+Y2/2；

本例中：Y=-70-5=-75 mm。

圖8 尋邊器X方向對刀

圖9 尋邊器Y方向對刀

3）Z軸對刀

銑床對Z軸對刀時采用的是實際加工時所要使用的刀具，塞尺檢查法。

當工件的上表面不能作為基準或切削余量不一致時，可以采用試切法對刀。

將X、Y、Z的參數(shù)錄入G54參數(shù)中，分別點“測量”，系統(tǒng)會自動計算出機床坐標，如圖10。

圖10 對刀參數(shù)輸入

（3）數(shù)控程序處理

在編輯模式下，將數(shù)控程序可以通過記事本或寫字板等編輯軟件輸入并保存為文本格式文件，打開菜單“機床/DNC傳送…”，在打開文件對話框中選取文件。在文件名列表框中選中所需的文件，按“打開”確認；在按LCD畫面軟鍵“[(操作)]”，再點擊畫面軟鍵，再按畫面“[READ]”對應軟鍵。

圖11 程序錄入

用MDI鍵盤在輸入域鍵入文件名，Oxx，（O后面是不超過9999的任意正整數(shù)），如“O0820”。

點擊畫面“[EXEC]”對應軟鍵，即可輸入預先編輯好的數(shù)控程序，并在LCD顯示，如圖11。

（4）自動加工

在一切準備就緒后，調(diào)用程序，在自動模式下，點擊“循環(huán)啟動”，開始加工，如圖12。

圖12 自動加工

（5）測量工件

待加工完后，點擊“測量”按鈕，對所加工工件的長、寬和槽深等參數(shù)進行測量，確保加工精度，如圖13。

圖13 測量工件

3 結束語

數(shù)控技術是制造業(yè)信息化的重要組成部分。而數(shù)控仿真軟件技術不僅在傳統(tǒng)的工程技術領域（航空、航天、化工等方面）繼續(xù)發(fā)展，而且擴大到社會經(jīng)濟、生物等許多非工程領域，可見，數(shù)控仿真軟件在實踐教學中的作用更是不容忽視。

［1］齊洪方.數(shù)控編程與加工仿真［M］.北京：北京理工大學出版社，2010.

［2］李桂云.宇龍數(shù)控仿真軟件使用指導［M］.北京：高等教育出版社，2008.

NC Simulation System Application in Practical Teaching

ZHU Tong-bo
（Minnan University of Science and Technology，Quanzhou362700，China）

The numerical control simulation system is based on computer application technology of numerical control machine operation process simulation of a new technology.Before NC machining operation，using advantage of the characteristics of the technology，applicates numerical control simulation software in the practical teaching，through 3D dynamic simulation，for NC machining operation，establishs perceptual knowledge，in order to improve the teaching effect，plays a significant role for mastering the numerical control processing technology.

CNC；simulation；operation；practice teaching

TG659

：A

：1009－9492(2014)12－0061－05

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.12.016

朱同波，男，1986年生，黑龍江人，碩士，助教。研究領域：機械設計制造。

(編輯：阮 毅)

*閩南理工學院教學改革與研究項目（編號：2013B09）；福建省中青年教師教育科研項目（編號：JB13233）

2014－08－21