基于特征的虛擬數控加工研究

王子兵

【摘 要】隨著機械加工零部件的趨于復雜化和一體化，加工的工藝難度增大，對數控加工是一大挑戰，如何來高可靠性、高效率、高精度的完成復雜工件的加工是一大難題。基于特征的數控加工是數控加工中的一個發展方向，可以很好的解決復雜工件加工的數字化和集成化要求。本文基于Pro/E軟件，設計數據來源是機械零部件的制造模型，設計思想是基于NC特征的集成建模，來實現對機械零部件設計信息與NC特征信息的關聯和引用，來實現虛擬數控加工，可以大幅提高機械零部件的制造效率和質量。

【關鍵詞】特征 數控加工 虛擬制造

1 引言

數控技術是利用現代數字技術來對數控設備進行操作和機械加工的現代化加工技術。數控技術是現代化機械加工的關鍵，直接決定著國家和企業的競爭力。隨著市場競爭的不斷加劇，要求機械產品的設計周期越短越好，使得數控加工朝復合化和信息化方向發展，如何提高數控加工效率和質量一直是數控加工技術發展的最重要的內容。近年來，虛擬數控技術也在不斷的發展，尤其是基于特征信息的虛擬數控加工技術。

隨著機械加工零部件的趨于復雜化和一體化，加工的工藝難度增大，對數控加工是一大挑戰，如何來高可靠性、高效率、高精度的完成復雜工件的加工是一大難題。這些新技術不斷的發展，必將是向信息化、集成化的發展，可以大幅提高制造效率，和機械加工的精度和質量。基于特征的數控加工是數控加工中的一個發展方向，可以很好的解決復雜工件加工的數字化和集成化要求。如何來有效識別出復雜的機械工件的典型特征是數控加工的核心和基礎，加工特征對于虛擬數控加工的工藝設計、數控程序的編輯以及后續的設計分析都是至關重要的。

2 虛擬數控加工整體設計

一般常見的數控加工工藝設計是設計人員根據產品的模型和機械零部件形狀、尺寸和特征等要求按照設計人員的個人經驗來出設計方案，工藝路線、工序和工步嚴重依賴設計人員的個人經驗。傳統的工藝設計無法滿足高精尖機械產品的高精度和高質量的要求。必須要通過虛擬數控加工技術來解決這個問題。本文通過基于特征的方法來設計虛擬數控加工系統。

本文提出的虛擬數控加工工藝設計基于Pro/E軟件，設計數據來源是機械零部件的制造模型，設計思想是基于NC特征的集成建模，來實現對機械零部件設計信息與NC特征信息的關聯和引用。整體設計框架步驟：首選進行數控加工工藝設計，選擇數控加工并載入機械零部件產品制造模型，系統讀取模型的NC特征，然后將NC特征存儲到NC特征列表中，根據NC特征列表建立NC工藝樹并完成NC工藝的設計操作，然后將NC特征信息文件與NC工藝樹的節點進行關聯和引用，最后進行NC加工仿真播放和進行干涉碰撞檢測步驟，這些操作完成后，則完成整個NC工藝設計。NC特征的識別和提取、NC特征的關聯和引用、關于碰撞檢測的數控加工仿真等關鍵步驟下文分別分節詳述。

2.1NC特征的識別和提取

本虛擬數控加工設計首先是得到機械零部件的NC工藝模型的數據信息，首先將機械零部件的制造模型加載到Pro/E中，加載成功后開始進行NC特征的識別和提取工作，成功提取到NC特征后，直接全部存儲到NC特征列表中供后續步驟直接調用。

2.2 NC特征的關聯和引用

NC特征關鍵可以采用直接關聯和間接關聯。直接關聯是將NC特征ID和特征類型保存到工藝節點中。間接關聯是在識別提取過程中就將NC特征ID和特征類型等存儲在工藝節點中。NC特征在成功識別和提取后，根據NC特征來對NC工藝進行編制操作，由于實際NC工藝編制中機械零部件的結構和特征非常復雜，如果每個NC特征單獨編制則會造成設計效率低下的問題。為了避免這個問題，這里我們采用NC特征的關聯和引用技術大幅提高設計效率和設計質量。通過NC特征將工藝中的每個工序和工步都關聯到工藝節點中，工藝節點的修改則會直接自動關聯到NC特征的任一工序和工步。

2.3 數控加工仿真

數控加工中，刀具軌跡仿真可以最大程度的減少工序校驗和試切造成的昂貴成本問題，可以大幅縮短機械零部件的試制時間，提高數控加工的效率和大幅降低制造成本。基于NC特征的數控加工仿真十分重要，所以步驟設計非常關鍵，具有較高的使用效益。

3 結語

由于機械加工朝著越來越復雜的方向發展，傳統的機械加工技術已經不能滿足現代制造的要求。在機械數控機床加工中，刀具根據軌跡數據不同的旋轉和高速運動，很容易與加工工件表面和數控機床的部件碰撞。本文針對以上存在的問題，提出利用基于NC特征的方法，基于NC特征的集成建模，對機械零部件設計信息與NC特征信息的關聯和引用，來進行虛擬數控加工制造，減少復雜機械零部件數控加工中的人為干預，有利于制定更合理的數控加工設計方案，為數控加工提供高質高效的必要保障，提高數控加工的加工質量、加工精度和加工效率。

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