謝遠輝，高 威，肖 敏

（1.贛州技師學(xué)院，江西 贛州 341000；2.商丘工學(xué)院，河南 商丘 476000）

數(shù)控仿真加工軟件功能拓展研究

謝遠輝1，高 威2，肖 敏1

（1.贛州技師學(xué)院，江西 贛州 341000；2.商丘工學(xué)院，河南 商丘 476000）

文章闡述了數(shù)控技術(shù)含義，概述了數(shù)控仿真軟件產(chǎn)品及其功能，對軟件功能拓展進行了展望，這些展望對于軟件的開發(fā)和優(yōu)化具有一定的意義。

數(shù)控仿真；功能；拓展；軟件

數(shù)控技術(shù)是利用數(shù)字程序控制數(shù)控機械實現(xiàn)自動加工的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于機械制造和自動化領(lǐng)域，能較好地解決多品種、小批量和復(fù)雜零件加工以及生產(chǎn)過程自動化問題。在進行產(chǎn)品數(shù)控機床加工之前，可應(yīng)用數(shù)控仿真軟件進行前期的準備和驗證工作。數(shù)控仿真軟件能模擬真實的數(shù)控加工環(huán)境，加工效果比較理想，是實際機床加工的有效補充。數(shù)控仿真軟件技術(shù)亦趨成熟，但仍然有提升的空間，下面對其功能拓展進行探討。

1 數(shù)控仿真軟件及其功能

數(shù)控仿真軟件產(chǎn)品比較多，教學(xué)和科研工作中常見的有上海宇龍數(shù)控加工仿真軟件、PRO-E、UG、CAXA-ME、MASTCAM、Vericut等。軟件里面包含的機床主要有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、立式和臥式加工中心以及多種機床面板。仿真軟件產(chǎn)品是一個應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)于數(shù)控加工操作技能培訓(xùn)的仿真軟件。軟件具備對機床操作全過程和加工運行全環(huán)境仿真的功能，同時還具備適用于數(shù)控加工這類強調(diào)操作過程的功能；仿真系統(tǒng)不僅可以進行數(shù)控編程的教學(xué)，還能夠完成整個加工操作過程教學(xué)。數(shù)控仿真軟件主要功能相似，概述如下：

（1）仿真軟件具有對學(xué)員編制的數(shù)控程序進行自動檢測、具體指出錯誤原因的功能，這將大大增加學(xué)員自己動手的機會，同時也大大減少了教師的工作量，從而可以降低師生比例。由于是使用仿真軟件，同時大大減少了工件材料和能源的消耗，從而可以降低培訓(xùn)學(xué)習成本。

（2）軟件產(chǎn)品具有基于互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)等進行雙向互動的遠程教學(xué)功能。遠程互動教學(xué)支持局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星等多種數(shù)據(jù)傳輸方式，教師、學(xué)生操作過程能實現(xiàn)遠程實時雙向觀察，數(shù)據(jù)傳送災(zāi)難恢復(fù)等。

（3）大規(guī)模的數(shù)控加工技能考核是一項令人頭痛的事。仿真軟件產(chǎn)品強大的操作過程紀錄和回放功能是專為鑒定考核設(shè)計的。考試記錄回放可實現(xiàn)考試結(jié)果的自動保存，考試操作過程的記錄及多種回放方式。加工工件自動測量評分功能可根據(jù)事先設(shè)定的測量的三維坐標及評分標準進行自動測量評分。

（4）豐富的刀具材料庫：仿真軟件產(chǎn)品采用數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理的刀具材料、特性參數(shù)庫；包含數(shù)百種不同材料、類型和形狀的車刀、銑刀；支持用戶自定義刀具及相關(guān)特性參數(shù)。

（5）機床操作全過程仿真。仿真軟件產(chǎn)品可實現(xiàn)仿真機床操作的整個過程：毛坯定義、工件裝夾、壓板安裝、基準對刀、安裝刀具、機床手動操作等。同時還可實現(xiàn)加工運行全環(huán)境仿真：數(shù)控程序的自動和MDI等運行模式、三維工件的實時切削、三維刀具軌跡的顯示、刀具補償、坐標系設(shè)置等系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定。

（6）數(shù)控程序處理功能?？梢詫?dǎo)入各種CAD/CAM軟件生成或自行編輯的數(shù)控程序，如PRO-E,UG,CAXA-ME,MASTCAM等；數(shù)控程序的編輯、輸入、輸出方便快捷；軟件特有的數(shù)控程序預(yù)檢查和運行中的動態(tài)檢查功能也非常實用。

2 數(shù)控仿真軟件功能拓展展望

雖然數(shù)控仿真軟件具有全環(huán)境仿真的功能，對實際機床加工起了比較大的輔助作用，特別是對于教學(xué)是很好的一種輔助手段；但其功能還有待加強，以更好地服務(wù)于教學(xué)和科研工作。仿真軟件功能拓展可從以下5個方面展望：

（1）集成數(shù)控車間設(shè)備和工具量具，形成完整的車間布局?，F(xiàn)有的數(shù)控仿真軟件界面顯示的設(shè)備主要是機床，附件還會顯示刀具、工件和夾具。如果能在軟件界面顯示機床、工具、刀具、量具、砂輪、工作臺和整個車間場地，并且能切換各個設(shè)備及工量具的顯示，則能大大加強學(xué)生的求知欲望，能有效地提升學(xué)生身臨其境的感覺，更好地為教學(xué)服務(wù)。學(xué)生步入軟件界面后如同進入了真實的車間，能隨自己的意愿進行設(shè)備的使用和工量具的使用；數(shù)控軟件的學(xué)習如同游戲的使用，既增添了樂趣又學(xué)到了知識。

（2）增加理論學(xué)習模塊，實現(xiàn)一體化教學(xué)。現(xiàn)有的數(shù)控仿真軟件只是提供了操作的平臺，使用者可方便地進行編程、刀具路徑規(guī)劃和操作加工。但沒有相關(guān)的理論知識學(xué)習模塊，使用者需先掌握相關(guān)的理論知識，再應(yīng)用仿真軟件加以熟悉。這中間存在脫節(jié)的問題，學(xué)生在學(xué)習理論知識的時候如果沒有及時應(yīng)用操作，很容易遺忘。如果在軟件里設(shè)置理論學(xué)習模塊，把數(shù)控指令學(xué)習、簡單的夾具知識和常見的工件材料知識加入進去，則學(xué)生可邊學(xué)習理論知識，邊應(yīng)用軟件進行操作驗證，從而提高學(xué)生學(xué)習主動性，實現(xiàn)一體化教學(xué)。

（3）增設(shè)數(shù)控機床結(jié)構(gòu)和原理學(xué)習模塊，實現(xiàn)直觀學(xué)習機床結(jié)構(gòu)。現(xiàn)有的數(shù)控仿真軟件只是提供了機床的大致形狀和簡化結(jié)構(gòu)，諸如機床殼體、主軸殼體、工作臺和機床門等。這些外在的結(jié)構(gòu)學(xué)生通過操作機床很容易就掌握了，但對于機床的滾珠絲杠、主軸、伺服電機、精密軸承等關(guān)鍵零件和部件不但見的少，而且對于機床結(jié)構(gòu)也是知之甚少，若能實現(xiàn)軟件機床結(jié)構(gòu)模塊學(xué)習，無疑是具有重要意義的，這有效地提高了機床結(jié)構(gòu)與原理課程的學(xué)習效率和學(xué)習效果。

（4）將理論學(xué)習和機床操作結(jié)合起來，實現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習?，F(xiàn)有的數(shù)控仿真軟件沒有集成完整的車間布局，缺少相關(guān)的理論學(xué)習模塊。若能將核心的理論知識、工量具的使用要領(lǐng)等集成到數(shù)控產(chǎn)品的操作加工中，無疑是具有重要意義的。如學(xué)生在安裝夾具時，可將工件受力點的選取、夾緊力大小是否合適等相關(guān)知識列在旁邊，方便學(xué)生判斷和應(yīng)用。這樣學(xué)生可自主進行學(xué)習，只有在遇到解決不了的問題時才詢問老師，提高了學(xué)生自學(xué)能力。

（5）實現(xiàn)對話式智能參數(shù)輸入，方便學(xué)生學(xué)習?，F(xiàn)有的數(shù)控仿真軟件在這方面做的不多。若能實現(xiàn)對話式智能參數(shù)輸入，將大大方便學(xué)生學(xué)習和掌握。比如學(xué)生在輸入機床主軸轉(zhuǎn)速的時候，仿真軟件能根據(jù)工件材料、刀具材料和機床性能判斷轉(zhuǎn)速是否合適，并且給出一個參考值范圍；學(xué)生在應(yīng)用夾具夾緊工件時，仿真系統(tǒng)能提示夾具是否合適，夾緊點選取是否合理等。

3 結(jié)語

在闡述了數(shù)控仿真軟件產(chǎn)品及其功能的基礎(chǔ)上，對軟件的發(fā)展進行了展望，包括集成數(shù)控車間設(shè)備和工具量具、增加理論學(xué)習模塊、增設(shè)數(shù)控機床結(jié)構(gòu)和原理學(xué)習模塊、實現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習、實現(xiàn)對話式智能參數(shù)輸入五個方面。雖然實現(xiàn)這些功能存在一定的困難，但這些建議是有一定意義的。

[1]陳思濤.規(guī)范數(shù)控編程流程,提高編程質(zhì)量[J].CAD/CAM與制造業(yè)信息化,2010，（7）:72-74.

[2]惲志東,李海標.基于特征加工技術(shù)在自動數(shù)控編程中的應(yīng)用[J].組合機床與自動化加工技術(shù),2011,（1）:90-93.

[3]郭勝輝.參數(shù)編程在數(shù)控車削加工中的應(yīng)用[J].組合機床與自動化加工技術(shù),2010,（2）:69-72.

圖8 方案5幾何模型

表2 施力點位移(mm)

對方案5進行第3節(jié)中的仿真分析，施力點的位移如表2所示。從表2可以看出經(jīng)過優(yōu)化后，我們關(guān)心的端蓋X方向和Y方向的剛度與原方案基本一致，但是質(zhì)量減少了1kg，減輕重量的比例約為3%。

6 結(jié)語

通過有限元法對某型號的牽引電機端蓋進行輕量化分析。在不降低端蓋產(chǎn)品徑向剛度的前提下，優(yōu)化的通風筋結(jié)構(gòu)，降低了端蓋的質(zhì)量，取得了比較好的輕量化效果。

參考文獻

[1]用有限元法計算異步電機機座的強度剛度[J].中小型電機，1996,（5）.

[2]永磁同步電機結(jié)構(gòu)應(yīng)力測試及整體強度有限元分析[J].裝配制造技術(shù)，2010,（2）.

[3]陸明萬，羅學(xué)富.彈性理論基礎(chǔ)（第二版）上冊[M].北京：清華大學(xué)出版社，施普林格出版社，2001.

A Research on the Extension of the Function of NC Machining Simulation Software

XIE Yuan-hui1,GAO Wei2,XIAO Min1
(1.Ganzhou Technician Institute,Ganzhou,Jiangxi 341000,China;2.Shangqiu Institute of Technology,Shangqiu,Henan 476000,China)

Thepaper expounded the meaning of numerical control technology and summarized the nc simulation software product and its functions,and made prospects over the extension of the software functions,which was of some significance to development and optimization of softwares.

NC simulation;function;expand;software

TG659

A

2095-980X（2015）02-0055-02

2015-01-15

謝遠輝(1979-)，男，江西于都人，講師，碩士，主要從事數(shù)控加工技術(shù)等方面的教學(xué)研究工作。