數控機床加工仿真技術研究

謝 雷

（天津職業技術師范大學，天津 300222）

數控機床仿真技術應用，對于改善加工過程、提升工件加工精度具有良好的效果，得到了廣泛應用。因此，研究仿真技術在數控機床加工中的應用，能夠更好地為數控機床加工技術研究和發展提供一些思路。

1 數控機床加工中的仿真技術應用特征

1.1 分布性

在數控機床加工中，仿真技術的分布特征比較顯著。這主要是因為仿真技術和機床制造之間緊密聯系，借助仿真技術應用，可以通過虛擬網絡進行圖形構建。相關技術應用和傳感器使用較多，可構建交互式的分布狀態[1]。

1.2 集成性

就仿真技術本身而言，是一種集成技術，所以技術本身就具有集成性特點。仿真技術在產品的環境開發中應用也較多，可以為產品開發創造良好的開發環境，促進仿真類型更加多元化。

1.3 廣泛性

在數控機床加工中，借助仿真技術應用，可以實現技術在產品全壽命周期中的積極作用。使用仿真技術不會影響產品概念設計和具體的加工過程，因此仿真技術的實際應用范圍比較廣泛，在數控機床加工中可以保證理想的動力學效果。

2 數控機床加工中仿真技術應用的優勢和流程

2.1 仿真技術應用的優勢

與傳統的設計方案相比，仿真技術應用的技術安全性和可靠性更強，且相關的技術應用靈活性更高，能夠有效降低相關資金費用的投入，縮減成本，也會減少相應的設計制造損耗。仿真技術在數控機床加工中的應用是在虛擬環境中構建實物模型進行設計優化和改造的過程，并不是真實的生產制造過程，所以只有在最優方案制定后才會投入批量生產，因此可以保證方案最優化，避免生產中的誤差和問題，從而有效避免廢棄和不合格加工產品的出現，有效降低損耗[2]。可見，仿真技術在數控機床加工中的應用，對于提升加工精度、降低生產成本、提升生產質量具有重要作用。

2.2 仿真技術的應用流程

在數控機床加工中應用仿真技術，需要把握該技術應用的具體流程，明確各流程中的關鍵技術處理，把握重點，才能夠保證仿真技術在數控加工中發揮理想效果。

2.2.1 進行模型構建

在實施數控機床加工中，結合仿真技術應用，首先要結合相應的產品設計編輯條件和約束限制確定相應的研究目標，構建能夠滿足系統要求的仿真運行系統。完成系統構建后，相關設計人員結合具體的學科知識實施對系統的數字化表達，構建系統數學模型。一般來說，數學模型還分為動態和靜態兩種。動態模型又有離散、連續以及混合3種。

2.2.2 實施模型的變換

這是借助相應的數學表達式對初步構建的數學模型進行變換，使其成為計算機可以識別的樣式。這一過程中，需要用到一些符合計算機算法和語言表達需要的知識，是仿真的基礎性環節，也是仿真模型的重要部分[3]。要進一步實現模型變換，相關設計人員可以通過應用相應的仿真軟件，結合系統需求進行開發。

2.2.3 開展模型試驗

完成以上兩個步驟后，下一步是開展模型實驗，主要是在計算機中進行相應的仿真模型運行實驗或者相應的仿真實驗結果。所以，前面兩個步驟的工作很重要，必須要保證模型構建和變換都能夠滿足要求，以奠定好實驗的基礎，才能夠保證實驗數據的可靠性。前面兩個步驟順利開展后，后續的模型實驗才能夠順利進行。但是，在實施仿真結果衡量的過程中，需要先分析其可靠性[4]。一般可以使用置信通道法和反向驗證法來完成。

3 數控機床加工中仿真技術的具體應用

3.1 在工件結構設計中的應用

在數控機床零部件的生產加工中，仿真技術應用可以貫穿到產品設計、加工等眾多環節，發揮較好的技術輔助效果。在數控機床工件加工中，具體的機床機械系統需要確保相關機械結構件能夠實現精確組成，從而實現整體聯動效果，保證機床設備的有序運營。在新產品結構設計中，要保證相關工件功能實現，確保結構件的密切配合。此時，可以通過仿真技術來優化工件的結構。圖1為數控機床加工中的工件加工仿真情景設計。

圖1 數控機床加工中的工件加工仿真情景設計

通過仿真技術應用可以實現對結構運動的有效仿真，提升整體裝配性能配合效果。在具體的仿真設計中，需要設定具體的主運動件，開展運動學仿真實驗，通過三維設計軟件仿真運動過程，360°檢查結構并進行適當的調整，保證構件結構合理性的同時，實現功能設計效果[5]。

3.2 在復雜零部件加工中的應用

在目前數控機床加工中，仿真技術是新型技術之一，也是基礎性技術內容，對產品的設計和制造都有重要影響。隨著工業儀器、機械等對設備精度、質量等要求的不斷提升，在工件加工中，復雜零部件的加工需求不斷增長。例如，轉向螺桿、轉向螺母、搖臂等工件，其制造工藝比較復雜，技術要求高。通過仿真技術應用，可以結合設備以及零部件的深層機理，做好理論上的技術強化措施，把握復雜零部件的實際機理和要求，做好工件加工設計。圖2為復雜零部件的仿真加工。

圖2 復雜零部件的仿真加工

在數控機床加工中，通過仿真技術進行CNC機床和零件加工程序設計，將程序編碼轉換成圖形信息，再通過設計人員對加工的具體參數做好設置。在磨削環節處理方面，可以借助磨削時間設置構建具體磨削模型，借助仿真模型分析評價磨削過程，從而確定最佳磨削方案，精確磨削中的相關參數設定，保證在機床的零部件加工中，加工參數更加精準，零部件的加工質量更可靠。在機床對汽車轉向器的加工中，可以通過仿真技術應用，促進汽車零部件在加工中實現自由的轉動，滿足自動化上下料操作，提升整體轉向器加工過程的自動化控制水平。通過系統自動測量和計算，可以顯示工件加工的具體參數和指標，計算誤差值，確保加工誤差控制在合理范圍內。

3.3 在復雜數值計算中的應用

在數控機床的工件產品開發設計和制造中，需要經歷產品設計、產品試驗、產品優化、產品再試驗以及終極方案確定等一系列過程，進而確定理想產品的設計方案。這一過程需要消耗大量成本，而通過仿真技術應用可以實現產品開發設計和制造過程的簡化，降低能源資源的消耗。通過仿真技術對產品制造進行動力學分析，可以對產品結構進行強度應力計算，還可以計算出產品的振動、熱變形參數，通過計算機數據分析把握在產品加工中的關鍵風險因素，從而保證復雜數據計算精準可靠，并制定風險防范的具體措施，優化產品開發設計過程。

4 結語

數控機床加工中，越來越多應用到新技術、新設備。將仿真技術應用于數控機床的產品加工，對于提升產品加工精度和效率具有顯著作用。要確保仿真技術在數控機床工件加工中發揮更大的效益，需要把握仿真技術的應用流程，做好模型設計，進行有效的試驗評價，確定最佳的產品加工方案。