仿真軟件在數控加工中的應用分析*

李麗萍

(廈門工學院 機械與制造工程學院，福建 廈門 361021)

0 引言

斯沃數控仿真加工軟件具有快速熟練操作數控機床、驗證加工程序正確性、檢查零件加工是否存在“過切”及“欠切”等功能[1]，是高校相關專業開展數控加工類課程的重要輔助軟件，也是聯系數控技術理論知識和數控機床實際操作的重要橋梁。將斯沃數控仿真軟件應用于數控技術相關課程的教學，很大程度上改變了傳統教學存在的諸多弊端[2，3]，還能有效緩解數控機床實操環節中常見的“多人一機”操作模式及無實操經驗學生入門時極易出現誤操作從而引發安全事故等問題[4]。斯沃數控仿真軟件從調動學生學習積極性的角度來看也起到了良好的示范作用，學生在虛擬環境下的動手操作能力短時間內得到極大的提升。為了更好地應用數控仿真加工軟件來達到與數控機床實操盡可能一致的教學效果，本文將通過以下兩個典型的綜合例子進行說明。

1 斯沃仿真軟件在車削中的應用舉例

1.1 加工工藝分析

圖1為車削類零件圖，該零件由圓柱面、圓弧面、退刀槽和螺紋等表面組成[5，6]，毛坯尺寸定為Φ38×70，單件生產，材料為45鋼，其加工工藝過程如下：

圖1 車削類零件圖

(1)裝夾毛坯，保證伸出三爪卡盤長度35 mm。

(2)用90°外圓車刀車削右端面并完成對刀。

(3)用90°外圓車刀粗加工從左端至Φ34臺階結束的位置，即Z-30，并控制軸向尺寸要求。

(4)用35°外圓車刀精加工從左端至Φ34臺階結束的位置，即Z-30，并控制軸向尺寸要求。

(5)掉頭裝夾。

(6)用90°外圓車刀粗加工從右端至輪廓R4結束的位置，即Z-38，并控制軸向尺寸要求。

(7)用35°外圓車刀精加工從右端至輪廓R4結束的位置，即Z-38，并控制軸向尺寸要求。

(8)選擇寬度5 mm的槽刀加工螺紋退刀槽Φ20×5至尺寸要求。

(9)選擇60°螺紋刀粗加工、精加工螺紋M24×1.5至尺寸要求。

1.2 仿真加工過程

打開斯沃數控仿真軟件，選擇FANUC 0iT數控系統，設置毛坯尺寸Φ38×70，刀具選擇如表1所示。

表1 車削刀具選擇列表

裝夾圖1所示的右端，完成工藝過程的(1)～(4)步，得到的仿真加工結果如圖2所示。

圖2 工件左端加工示意圖

圖3 工件長度測量圖 圖4 工件右端加工示意圖

將槽刀轉到加工位完成退刀槽的仿真加工，如圖5所示；再將60°螺紋刀轉到加工位完成螺紋的仿真加工，如圖6所示。

圖5 退刀槽加工示意圖 圖6 螺紋加工示意圖

1.3 車削仿真加工中存在的主要問題

應用斯沃數控仿真軟件加工上述車削類零件時，主要存在以下兩個問題：

(1)因為涉及掉頭加工，所以如何保證工件的長度尺寸是一個關鍵問題。在此采用數控機床實操中常用的試切法對刀，即工件掉頭后，先用試切法車削工件右端面；再通過控制面板“OFFSET SETTING”的“刀具補正/幾何”輸入“Z0”，再按下“測量”按鈕；然后打開主菜單的“工件測量”命令，測量工件當前長度，并結合零件圖的尺寸要求計算尺寸差距(例如差值是2.35)；接著在“手動輸入方式MDI”模式下輸入相應的數控代碼(例如G00 X40 Z-2.35；G01 X0 F0.08；G00 X100)；最后，按下主軸停止轉動按鈕，打開主菜單的“工件測量”命令測量工件長度。如果工件軸向尺寸依然存在偏差，重復上述步驟，直至工件軸向尺寸符合要求為止。

(2)槽刀和螺紋刀的對刀問題。在斯沃數控仿真軟件的主菜單中，選擇“機床操作”下的“快速定位”命令，可以快速將刀具設置在相應的指定位置，一般來說槽刀選擇在圖7(a)的位置，然后在相應的參數設置中輸入“X0”測量和“Z0”測量；而螺紋刀則選擇在圖7(b)的位置，然后在相應的參數設置中輸入“X40”測量和“Z0”測量。

圖7 槽刀、螺紋刀快速定位點

但是，由于保證工件軸向尺寸帶來的上述快速定位方式中存在位置偏移問題，因此可以采用試切調整法來補償偏差問題，從而解決槽刀和螺紋刀對刀時存在偏差的問題。

2 斯沃仿真軟件在銑削中的應用舉例

2.1 加工工藝分析

圖8為銑削類零件圖，該零件由Φ80的圓形凸臺(外輪廓)、三段圓弧組成的心形型腔(內輪廓)組成，毛坯尺寸定為100×100×10，單件生產，材料為45鋼，其加工工藝過程如下：

圖8 銑削類零件圖

(1)裝夾毛坯，且保證工件在夾具中的伸出高度超過工件最大加工深度3 mm～5 mm[7]。

(2)采用試切法對刀，建立工件坐標系。

(3)用Φ16銑刀粗加工Φ80的圓形凸臺(外輪廓)，并控制尺寸。

(4)用Φ16銑刀精加工Φ80的圓形凸臺(外輪廓)，并控制尺寸。

(5)用Φ12銑刀粗加工心形型腔(內輪廓)，并控制尺寸。

(6)用Φ12銑刀精加工心形型腔(內輪廓)，并控制尺寸。

2.2 仿真加工過程

打開斯沃數控仿真軟件，選擇FANUC 0iM數控系統，設置毛坯尺寸100×100×10，刀具選擇如表2所示。

表2 銑削刀具選擇列表

裝夾方式采用工藝板裝夾，選擇ME-610尋邊器，完成X軸和Y軸的對刀；卸下尋邊器，裝上Φ16端銑刀，完成Z軸的對刀；將工件上表面中心點設置為工件坐標系的原點，以上參數通過“OFFSET SETTING”中的“坐標系”設置在“G54”相應的位置上。編寫數控程序，完成工藝過程的(1)～(4)步，得到凸臺的粗加工仿真結果如圖9(a)所示、精加工仿真結果如圖9(b)所示。

圖9 外輪廓仿真加工示意圖

卸下Φ16端銑刀，裝上Φ12端銑刀，編寫數控程序，完成工藝過程的(5)～(6)步，得到內輪廓的粗加工仿真結果如圖10(a)所示、精加工仿真結果如圖10(b)所示。

圖10 內輪廓仿真加工示意圖

2.3 銑削仿真加工中存在的主要問題

應用斯沃數控仿真軟件加工上述銑削類零件時，粗加工到精加工過程中主要存在以下兩個問題：

(1)粗加工結束后，加工余量的去除問題。用G41或G42建立刀具半徑補償后，將刀具的直徑通過“OFFSET SETTING”的“刀具補正”存放在“(形狀)D”中，然后啟動NC程序進行仿真加工；仿真加工結束后，通過增大“(形狀)D”中的數值，再次啟動程序進行反復加工，直至余量切除完畢。

3 結語

應用斯沃數控仿真軟件時，應盡可能與數控機床實操保持一致性，在車削和銑削的仿真加工中，主要體現在以下方面：

(1)車削時，涉及掉頭二次裝夾的問題，應采用與實操一致的方式，即按照“試車-測量-MDI模式定位端面車削-再測量-符合要求”的步驟來保證零件軸向尺寸的大小符合精度要求。

(2)銑削時，精加工余量預留問題，也要采用與實操一致的方式，即通過刀具半徑補償參數設置的方法解決精加工余量預留問題。