数控加工仿真系统的特点及应用方法介绍

数控技术是现代制造技术的核心，数控技术的发展水平对制造业的发展起着决定性作用。 2012年，《高等职业学校专业教学规范（试行）》将职业学校的培养目标确定为：为生产、管理、生产等一线培养具有良好职业道德、专业知识和专业能力的高素质技能型人才。服务，推进教学改革，提高教学质量。 数控加工仿真系统是高职院校数控教学与机床实际加工过程相结合而开发的仿真软件。 它可以在计算机上模拟机床加工过程。 很大程度上解决了数控教学过程中存在的问题。 不仅降低了教学设备成本，而且满足了高职院校培养应用型人才的要求，培养了学生的动手能力，为今后在实践中更好的应用奠定了基础。 结合我校衡水学院分院数控教学实际情况，选用该系统开发虚拟数控系统。 它使用强大的可视化组件来保证程序的执行效率。 采用绘图函数建模方法，减少后台计算量，提高系统运行速度，实现加工过程的实时动态仿真。

1 虚拟数控系统的特点

CNC加工仿真是利用计算机仿真技术，在计算机上模拟实际机床加工过程，以部分代替实际机床操作培训。 它不仅可以验证数控加工程序的可靠性，还可以预测切削过程，从而减少工件测试。 削减并提高工作效率。 仿真可分为两类：几何仿真和物理仿真。 (1)几何模拟不考虑物理因素的影响来模拟刀具几何运动。 主要用于验证NC程序编程是否合理，以减少因程序错误引起的刀具破损、机床损坏、零件报废等问题，缩短程序。 节省开发时间和成本。 常用的方法主要有：离散向量相交法、基于图像空间的方法、直接实体建模法等。 几何模拟可以是实时模拟或非实时模拟。 (2)物理模拟 物理模拟也称为力学模拟。 在铣削过程中，受物理参数的影响较大。 物理仿真利用切削仿真过程的力学特性来分析刀具振动和刀具损伤，控制切削参数，建立物理模型来优化切削过程。 物理模拟需要实时模拟。

虚拟数控加工系统主要包括虚拟加工环境和虚拟加工过程两部分。 高职院校虚拟数控加工系统应满足以下要求：一是系统必须具有丰富的刀具材料库，建立工艺系统的几何模型； 二是动态显示整个操作环境模拟加工环境，包括三维工件的实时切削、刀具补偿、坐标系设置等； 模拟整个第三机床操作过程，包括模拟机床工件装夹、参考对刀、压板安装、刀具安装等操作； 第四，实现互动式教学，教师和学生在操作过程中可以实时双向互动； 第五，实现模拟考试自动评分，系统可以根据预先设定的标准对完成的工件尺寸和整个操作过程进行评分。 第六，保证系统安全。

2 虚拟数控系统总体设计

基于它的数控加工仿真系统具有刀具几何建模、三维图形仿真、碰撞检测、材料去除仿真等功能。 CNC仿真系统可以为操作人员提供接近真实的加工环境，全方位模拟实际加工过程。 CNC仿真系统总体结构如图1所示：

2.1 加工环境建模模块 加工环境建模包括几何建模和虚拟面板两个模块。 几何建模包括机床建模、工件建模、刀具建模、夹具建模等。虚拟面板模块包括虚拟显示屏和机床操作面板。 (1)机床建模 机床建模采用结构实体几何方法，不能脱离真实机床而独立存在。 它以真实机床为研究对象，在不考虑机床传动装置的情况下确定机床的结构参数，并对机床的结构进行分析。 简化处理。 由于机床类型多种多样，在建立机床模型时需要按照模块化原则定制标准模块，以保证机床模型与真实机床相同。 (2)工件建模工件建模过程在仿真加工系统中起着非常重要的作用，其质量直接影响仿真产品的质量。 一个模型可以用两个子模型来表示：属性模型和几何模型。 产品的属性用属性模型来表示，其尺寸和形状用几何模型来表示。 (3)工具建模工具的种类很多，可以采用实体建模方法对工具进行建模。

2.2 虚拟加工模块 加工工艺模块包括三个模块：NC 代码处理模块、刀具应用模块和加工模拟模块。 通过三维动画模拟工件加工过程是整个系统的核心。 用户可以在创建的虚拟环境中检查工件加工的可行性以及NC程序的正确性。 同时，在整个加工过程中，刀具与机床之间可能会发生碰撞。 必须在系统上执行碰撞检测以改进虚拟处理。 环境的真实性。

由于任何刀具在零件加工时都有半径，如果系统没有半径补偿功能，用户在编程时必须考虑刀具半径的影响，计算量会很大。 当刀具半径发生变化时，必须修改加工程序，这必然使整个加工过程复杂化，零件的加工精度无法保证。 当系统中有刀具半径补偿功能时，零件加工时刀具只需偏离轮廓一个半径值，保证了系统加工的精度，减少了用户的工作量。 刀具半径补偿可分为三个步骤：刀补建立、刀补执行、刀补取消。 刀补建立和刀补取消两个过程中不能加工零件。 B刀补和C刀补都是常用的刀具半径补偿方法。 B刀补采用的方法是读一段，走一段。 B刀具补偿更容易实现。 但在加工外轮廓时，由于刀具总是切削一点，因此很容易加工成小圆角。 C刀补与B刀补不同。 使用的方法是一次处理两个部分。 当使用C刀补进行内轮廓加工时，如果发生过切，会自动预测。 CNC加工仿真系统主要实现机床几何建模、NC代码编译、三维动画仿真、碰撞检测等功能。 在加工模拟过程中，采用双缓冲技术，加快图形显示速度，避免屏幕闪烁，使加工过程更加连续。 该系统缓解了我校数控机床数量少、分布不均的问题。 也减少了机床事故的发生，减轻了教师实训的工作量，提高了教学效率。

作者：王永清 王华秀 尹智慧 单位：衡水学院分院