數控銑削加工的計算機圖形仿真算法分析

摘 要： 對數控銑削加工中的計算機圖形仿真算法進行分析，在提高數控銑削加工質量方面具有重要意義。在模擬數控加工過程中，采用計算機圖形仿真算法，對數控銑削加工中數控代碼正確性進行驗證，增加數控銑削仿真運行速度。仿真實驗結果證明，在數控銑削加工中，運用計算機圖形仿真算法，不僅明顯減少仿真時間消耗，也可以將數控銑削仿真運行速度提升8.0%。經分析證實，在數控銑削加工中，采用計算機圖形仿真算法，有助于實現對數控銑削加工的計算機圖形仿真，可以提升數控銑削加工質量。

關鍵詞： 仿真算法； 銑削加工； 計算機圖形仿真； 數控

中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）12?0096?03

Abstract： The application of computer graphics simulation algorithm in the process of numerical control milling is analyzed. The analysis result indicates that the computer graphics technology can be adopted in the simulation of numerical control machining process. The correctness of NC code in NC milling process was verified on the basis of the computer graphics simulation algorithm. The application of the computer graphics simulation algorithm in the numerical control milling process can not only significantly reduce the simulation time consumption， but also can increase the running speed of numerical control milling simulation by 8%. The analysis results prove that the application of computer graphics simulation algorithm in numerical control milling be conducive to the realization of the computer graphics simulation in NC milling process， and can improve the quality of NC milling process.

Keywords： simulation algorithm； milling processing； computer graphics simulation； numerical control

隨著當前我國計算機圖形學以及計算機仿真技術的發展，在數控銑削加工之中，可以使用基于計算機圖形仿真算法，從而有效模擬、演示出數控銑削加工的過程，不僅可以檢驗出數控加工中程序的正確性，也可提升數控銑削加工質量效益。本文主要分析數控銑削加工的計算機圖形仿真算法。

1 數控銑削加工過程

數控加工中，選擇好切削用量，計算數控加工中的數值，運用仿真軟件仿真加工，不僅要確保仿真質量，也應該縮短仿真時間，這樣才可以提升仿真速度，在最大限度上提升數控機床加工效益[1]。一般來說，數控銑削過程主要包括：分析零件圖樣、工藝處理、數學處理、編寫程序單、輸入數控系統及程序檢查，如圖1所示。

2 數控中應用計算機圖形仿真算法的重要性

通過構建集建模、加工、仿真、優化為一體的計算機圖形仿真數控加工鏈，模擬實際加工過程，實現完全意義上的虛擬制造，是檢驗數控銑削程序的合理性的一種有效的手段[2]。在數控銑削加工中，還可以利用計算機圖形仿真算法，從而能夠根據計算機中的自動識圖編程，以提高進行數控銑削加工編程的準確性，這不僅不易出錯，還能夠有效降低在數控銑削加工中誤差的發生率。運用計算機圖像仿真算法，可合理地安排數控走刀路線，從而能夠使銑削加工過程更加準確[3]，提升精準度。在進行數控銑削加工中， 利用計算機圖形仿真進行圖形分析計算，合理選擇加工工序，確定好銑削走刀的路線，可以將銑削加工的走刀路線進行計算機圖像進行仿真，并通過計算而簡化其數控編程步驟，降低程序的出錯率，提高數控銑削加工質量[4]。應用該技術加工常見軸類、盤類等機床零件，也可以加工復雜形狀的機床零件， 滿足加工精度，改造機床切削工藝，提高普通機床切削精度和效率[5?6]。

3 數控銑削加工的計算機圖形仿真

3.1 選擇并激活機床

選擇SIEMENS802s銑床，確保其中急停按鈕為松開狀態，就證實可以激活，若為未松開的狀態，可以在此時點擊急停按鈕，確保其是松開的。之后，就可以去點擊在操作面板中的“復位”按鈕，以此激活銑削加工機床，完成其進行數控銑削加工的準備工作。

3.2 使機床返回參考點

同時，可以檢查操作面板中的“手動”、“回原點”按鈕，檢查其是否是按下的狀態，否則可以使機床進入到回零的模式，若是在CRT界面狀態欄中顯示出“手動REF”的X軸回零標志，則可以按住操作面板中的按鈕，直到X軸回零，CRT界面上的X軸回零燈亮。同樣，采用相同方法完成Y軸，Z軸的回零點操作，然后去點擊操作面板中“主軸正轉”按鈕，就可以使計算機圖形仿真中的主軸回零。

3.3 設置零件放大仿真操作

可以依次點擊計算機圖形仿真菜單中“零件/安裝夾具”圖標，此時系統將彈出對話框“選擇夾具”。可以在“選擇零件”的列表框之中選擇毛坯；并可在中間選夾具，運用工藝板繪制長方體零件、圓柱形零件。采用手輪調節方式，將機床移動至圖2所示的位置，之后可以點擊菜單中的“塞尺檢查/1 mm”，放大零件。

可以在工件中，將坐標系原點到X方向基準邊距離標記為X2；并把塞尺的厚度記做X3（1 mm）；把基準工具直徑記為X4（14 mm），將X2+X3+X4記為DX。使用系統面板輸入當前刀具號（此處輸入“1”），點擊軟鍵“確認”， 將DX填入到“零偏”對應的文本框中，測量X，Y方向零偏。

3.4 自動加工仿真過程

在數控銑削加工中，針對如圖3所示的零件仿真圖，可以先檢查機床是否機床回零，若未回零，先將機床回零，使數控銑削機床就會進入到自動加工模式；然后就可以選擇一個可以供自動加工的數控操作程序，可以點擊操作面板的“運行開始”按鈕。

4 計算機圖形仿真算法實例

4.1 尋邊器對刀

尋邊器對刀中，例如針對120 mm×120 mm×30 mm的工件毛坯尺寸， 具體計算方法為，可以先讓裝有尋邊器主軸靠近數控中待銑削工件的左側，同時避免尋邊器與工件進行接觸，如圖5所示；然后，可以小幅度增加X方向的量，若是與此對應的尋邊器測量端，也會隨之產生大幅度的偏移，如圖6所示，就能夠表示該尋邊器與工件實際尺寸吻合。

可以記錄在計算機圖像仿真中的[X]坐標值，并以此為基準將工具中心[X]坐標標記為[X1]；把基準工件的直徑標記為[X2]，同時，定義毛坯零件長度為[X3]，那么，工件上表面和左下角的X向坐標表示為（單位：mm）：

[X=X1+X22=-565+5=-560]

若以工件上表面中心為原點，則[X]為（單位：mm）：

[X=X1+X22+X32=-565+5+60=-500]

4.2 工件加工坐標系設置

在計算機圖形仿真中，可以通過對刀操作得到該銑削加工的坐標值（X、Z），也就是在機床坐標系中數控銑削工件端面的中心點坐標值。在進行計算機圖像仿真中，可以將此點作為該工件坐標系的原點，采用坐標偏移指令G50確認該位置，設置銑削加工試切的尺寸：

試切外圓：保障測量直徑可以達到37.667 mm，可以把機床X坐標設置成206.967，此時就可計算出銑削工件的端面X值（單位：mm）：

[X=206.967-37.667=169.30]

在試切工件中的右端面：對于計算機仿真機床坐標系之中，工件端面中心點刀具Z坐標為149.25，計算傳動效率為：

[η=tanγtan（γ+φ）， γ=2°55′， f=0.003～0.004φ=arctanfη=tanγtan（γ+φ）=tan 2°55′tan（2°55′+10′）=0.95]

設定為G50時，確定刀具同工件坐標系原點的位置關系，假設在X，Z軸距離分別為α，γ，則該點的坐標值為（X+α，Z+γ），之后可執行G50 Xα Zγ程序，設置銑削加工的坐標系，可以提升數控銑削加工仿真的精確度。

通過以上研究分析，證實在實際的數控銑削加工中，運用計算機圖形仿真算法，不僅明顯減少仿真時間消耗，也可以提高數控銑削仿真運行速度，提升8.0%，發揮有效應用價值。

5 結 論

綜上所述，數控銑削加工中，應用計算機圖形仿真算法，有助于準確提取切削幾何邊界條件，提高銑削加工仿真效率，為數控銑削加工提供便利，有助于降低數控銑削加工復雜性，縮短仿真時間，提升仿真運行效率，發揮積極應用價值。

參考文獻

[1] 梁鑫光，姚振強.基于動力學響應的球頭刀五軸銑削表面形貌仿真[J].機械工程學報，2013，49（6）：171?178.

[2] 劉胤，鄭力.實體法銑削仿真效率改善及應用算法[J].機械工程學報，2012，48（17）：189?198.

[3] 李忠群，劉強.圓角銑削顫振穩定域建模與仿真研究[J].機械工程學報，2010，46（7）：181?186.

[4] 王光宇，吳運新，閆鵬飛，等.航空鋁合金薄壁件銑削加工變形的預測模型[J].中南大學學報（自然科學版），2012，43（5）：1696?1702.

[5] 王春曉，張長.基于UG/ISV的數控銑床數字化加工仿真設計[J].現代電子技術，2015，38（3）：125?127.

[6] 史俊，富剛.基于OpenGL的語音控制數控加工仿真的研究[J].現代電子技術，2010，33（11）：121?124.