數控仿真加工軟件功能拓展研究

謝遠輝，高 威，肖 敏

（1.贛州技師學院，江西 贛州 341000；2.商丘工學院，河南 商丘 476000）

數控仿真加工軟件功能拓展研究

謝遠輝1，高 威2，肖 敏1

（1.贛州技師學院，江西 贛州 341000；2.商丘工學院，河南 商丘 476000）

文章闡述了數控技術含義，概述了數控仿真軟件產品及其功能，對軟件功能拓展進行了展望，這些展望對于軟件的開發和優化具有一定的意義。

數控仿真；功能；拓展；軟件

數控技術是利用數字程序控制數控機械實現自動加工的技術，廣泛應用于機械制造和自動化領域，能較好地解決多品種、小批量和復雜零件加工以及生產過程自動化問題。在進行產品數控機床加工之前，可應用數控仿真軟件進行前期的準備和驗證工作。數控仿真軟件能模擬真實的數控加工環境，加工效果比較理想，是實際機床加工的有效補充。數控仿真軟件技術亦趨成熟，但仍然有提升的空間，下面對其功能拓展進行探討。

1 數控仿真軟件及其功能

數控仿真軟件產品比較多，教學和科研工作中常見的有上海宇龍數控加工仿真軟件、PRO-E、UG、CAXA-ME、MASTCAM、Vericut等。軟件里面包含的機床主要有數控車床、數控銑床、立式和臥式加工中心以及多種機床面板。仿真軟件產品是一個應用虛擬現實技術于數控加工操作技能培訓的仿真軟件。軟件具備對機床操作全過程和加工運行全環境仿真的功能，同時還具備適用于數控加工這類強調操作過程的功能；仿真系統不僅可以進行數控編程的教學，還能夠完成整個加工操作過程教學。數控仿真軟件主要功能相似，概述如下：

（1）仿真軟件具有對學員編制的數控程序進行自動檢測、具體指出錯誤原因的功能，這將大大增加學員自己動手的機會，同時也大大減少了教師的工作量，從而可以降低師生比例。由于是使用仿真軟件，同時大大減少了工件材料和能源的消耗，從而可以降低培訓學習成本。

（2）軟件產品具有基于互聯網或局域網等進行雙向互動的遠程教學功能。遠程互動教學支持局域網、互聯網、衛星等多種數據傳輸方式，教師、學生操作過程能實現遠程實時雙向觀察，數據傳送災難恢復等。

（3）大規模的數控加工技能考核是一項令人頭痛的事。仿真軟件產品強大的操作過程紀錄和回放功能是專為鑒定考核設計的。考試記錄回放可實現考試結果的自動保存，考試操作過程的記錄及多種回放方式。加工工件自動測量評分功能可根據事先設定的測量的三維坐標及評分標準進行自動測量評分。

（4）豐富的刀具材料庫：仿真軟件產品采用數據庫統一管理的刀具材料、特性參數庫；包含數百種不同材料、類型和形狀的車刀、銑刀；支持用戶自定義刀具及相關特性參數。

（5）機床操作全過程仿真。仿真軟件產品可實現仿真機床操作的整個過程：毛坯定義、工件裝夾、壓板安裝、基準對刀、安裝刀具、機床手動操作等。同時還可實現加工運行全環境仿真：數控程序的自動和MDI等運行模式、三維工件的實時切削、三維刀具軌跡的顯示、刀具補償、坐標系設置等系統參數的設定。

（6）數控程序處理功能。可以導入各種CAD/CAM軟件生成或自行編輯的數控程序，如PRO-E,UG,CAXA-ME,MASTCAM等；數控程序的編輯、輸入、輸出方便快捷；軟件特有的數控程序預檢查和運行中的動態檢查功能也非常實用。

2 數控仿真軟件功能拓展展望

雖然數控仿真軟件具有全環境仿真的功能，對實際機床加工起了比較大的輔助作用，特別是對于教學是很好的一種輔助手段；但其功能還有待加強，以更好地服務于教學和科研工作。仿真軟件功能拓展可從以下5個方面展望：

（1）集成數控車間設備和工具量具，形成完整的車間布局。現有的數控仿真軟件界面顯示的設備主要是機床，附件還會顯示刀具、工件和夾具。如果能在軟件界面顯示機床、工具、刀具、量具、砂輪、工作臺和整個車間場地，并且能切換各個設備及工量具的顯示，則能大大加強學生的求知欲望，能有效地提升學生身臨其境的感覺，更好地為教學服務。學生步入軟件界面后如同進入了真實的車間，能隨自己的意愿進行設備的使用和工量具的使用；數控軟件的學習如同游戲的使用，既增添了樂趣又學到了知識。

（2）增加理論學習模塊，實現一體化教學。現有的數控仿真軟件只是提供了操作的平臺，使用者可方便地進行編程、刀具路徑規劃和操作加工。但沒有相關的理論知識學習模塊，使用者需先掌握相關的理論知識，再應用仿真軟件加以熟悉。這中間存在脫節的問題，學生在學習理論知識的時候如果沒有及時應用操作，很容易遺忘。如果在軟件里設置理論學習模塊，把數控指令學習、簡單的夾具知識和常見的工件材料知識加入進去，則學生可邊學習理論知識，邊應用軟件進行操作驗證，從而提高學生學習主動性，實現一體化教學。

（3）增設數控機床結構和原理學習模塊，實現直觀學習機床結構。現有的數控仿真軟件只是提供了機床的大致形狀和簡化結構，諸如機床殼體、主軸殼體、工作臺和機床門等。這些外在的結構學生通過操作機床很容易就掌握了，但對于機床的滾珠絲杠、主軸、伺服電機、精密軸承等關鍵零件和部件不但見的少，而且對于機床結構也是知之甚少，若能實現軟件機床結構模塊學習，無疑是具有重要意義的，這有效地提高了機床結構與原理課程的學習效率和學習效果。

（4）將理論學習和機床操作結合起來，實現學生自主學習。現有的數控仿真軟件沒有集成完整的車間布局，缺少相關的理論學習模塊。若能將核心的理論知識、工量具的使用要領等集成到數控產品的操作加工中，無疑是具有重要意義的。如學生在安裝夾具時，可將工件受力點的選取、夾緊力大小是否合適等相關知識列在旁邊，方便學生判斷和應用。這樣學生可自主進行學習，只有在遇到解決不了的問題時才詢問老師，提高了學生自學能力。

（5）實現對話式智能參數輸入，方便學生學習。現有的數控仿真軟件在這方面做的不多。若能實現對話式智能參數輸入，將大大方便學生學習和掌握。比如學生在輸入機床主軸轉速的時候，仿真軟件能根據工件材料、刀具材料和機床性能判斷轉速是否合適，并且給出一個參考值范圍；學生在應用夾具夾緊工件時，仿真系統能提示夾具是否合適，夾緊點選取是否合理等。

3 結語

在闡述了數控仿真軟件產品及其功能的基礎上，對軟件的發展進行了展望，包括集成數控車間設備和工具量具、增加理論學習模塊、增設數控機床結構和原理學習模塊、實現學生自主學習、實現對話式智能參數輸入五個方面。雖然實現這些功能存在一定的困難，但這些建議是有一定意義的。

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圖8 方案5幾何模型

表2 施力點位移(mm)

對方案5進行第3節中的仿真分析，施力點的位移如表2所示。從表2可以看出經過優化后，我們關心的端蓋X方向和Y方向的剛度與原方案基本一致，但是質量減少了1kg，減輕重量的比例約為3%。

6 結語

通過有限元法對某型號的牽引電機端蓋進行輕量化分析。在不降低端蓋產品徑向剛度的前提下，優化的通風筋結構，降低了端蓋的質量，取得了比較好的輕量化效果。

參考文獻

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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

謝遠輝(1979-)，男，江西于都人，講師，碩士，主要從事數控加工技術等方面的教學研究工作。