基于数字加工仿真系统的零件数控加工分析

摘要：本文运用虚拟现实技术，借助宇龙数控加工仿真系统平台，在对典型机械零件进行了结构特点分析基础上，运用工艺理论进行了零件工艺设计， 并应用FANUC系统实现零件的程序编写，通过仿真系统进行了零件加工程序的调试和优化，最后进行零件的加工检验。文中对机械零件的工艺设计、编程、加工及模拟仿真，对相关零件工艺设计、编程和加工仿真具有提供了一定的借鉴作用。

关键词：工艺分析 仿真系统 编程加工

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）09-0000-00

1 引言

在零件的数控车削和铣削加工中，在编写数控加工程序前都要对加工零件进行工艺分析，并把加工零件的全部工艺过程、工艺参数及位移参数等编制成程序，以数字化的信息形式存储在数控系统的中，通过数控系统控制数控机床加工。所以数控加工工艺分析是十分重要的工作，程序员应全面周到地考虑零件加工的全过程，以及正确合理地编制零件的加工程序。宇龙仿真系统是一个数控加工仿真系统，它是一个能在个人电脑上进行CNC机床编程与操作的仿真系统，系统操作简单，提供与数控机床相似的操作面板和所需的各种控制功能；系统通过生动的图形对加工工件进行三维动态切削过程实时模拟仿真；系统经济性好，通过个人计算机进行数控技术的数字训练，大大减少昂贵的设备投入，因此在加工中得到广泛的应用。

本文借助于宇龙仿真系统平台分析典型简单螺纹类机械零件的加工过程。对车削加工零件进行的工艺分析，加工零件图1所示，并在此基础上运用FANUC系统进行零件的编程和仿真加工。为数控机床真实加工提供基础。

图1 螺纹加工零件图

2 工艺设计

对零件的工艺设计包括零件结构特点分析、定位基准选择、加工阶段划分、定位方法选择、切削用量选择、刀、夹、量具选择等，零件工艺分析为编程和加工提供基础[1-2]。

2.1 零件结构工艺分析

（1）结构工艺特点：表面轮廓形状是圆柱面和外圆柱螺纹面，该外圆柱螺纹面为单圆柱螺纹（2）螺纹车削的加工方法：常用的有直进法多用于小螺纹螺距加工；左右切削法反复多次切削行程，提高螺纹精度；斜进法适用于大螺纹螺距加工（3）定位基准选择；实心的轴类零件，精基准面是顶尖孔或轴颈外圆表面。（4）加工阶段划分；划分依据：基准先行；粗、精分开、先粗后精、多次加工。先加工定位基准面，在以其为基准加工退刀槽和螺纹表面。（5）零件装夹和定位方法；三爪定心卡盘并进行装夹精度校验。（6）走刀次数和进给量会直接影响螺纹的加工质量，每次切削用量的分配应依次递减，可参考相关表格和经验数据。（7）车削螺纹时要进行计算：螺纹大径 ； 螺纹中径 ；螺纹小径 ， 其中 为螺纹的螺距（8）加工路线分析；车削螺纹时要有引入距离 和引出距离 ，避免在螺纹加减速过程中进行螺纹切削而影响螺纹的稳定。具体数值有系统设定。在一个螺纹的切削过程中螺纹起点的 坐标应始终设定一个固定值，否则会使螺纹乱扣。（9）螺纹加工常用指令有G32/G92/G76，具体格式和要求详见系统编程说明书。

2.2 工艺设计过程

2.2.1 根据零件图确定加工工艺路线

（1）车端面、车M30螺纹大径；（2）切Φ20槽；（3）车M30螺纹；（4）切断。

2.2.2选择刀具

（1）90°外圆车刀 T0101：用于车端面、螺纹大径；（2）切断刀（宽4mm）T0202：用于切槽和切断；（3）螺纹刀T0303：用于车螺纹。

2.3 切削用量确定

切削用量选用参考表1所示：

表1 切削用量选用参考表

加工内容 主轴转速S（r/min） 进给速度F（mm/r）

车端面、螺纹大径 800 0.15

切Φ20槽、切断 300 0.05

车M30螺纹 400 2

3 程序编写与加工仿真

编程原点选择在工件右端面的中心处，采用G92编程，数控加工程序分别编制如下：

O1301

N2 T0101；

N4 M03 S800；

N6 G00 X10 Z10；

N8 G00 X32 Z0；

N10 G01 X0 F0.15；

N12 Z1；

N14 X24

N16 X29.8 Z-2；

N18 Z-40；

N20 G00 X150；

N22 Z150；

N24 T0202；

N26 M03 S300；

N28 G00 X32 Z-34；

N30 G01 X20 F0.05；

N32 G00 X150；

N34 Z150；

N36 T0303；

N38 M03 S400；

N40 G00 X32 Z3；

N42 G92 X29.1 Z-32 F2；

N44 X28.5；

N46 X27.9；

N48 X27.5；

N50 X27.4；

N52 G00 X150 Z150；

..................

运用宇龙仿真软件平台如图2所示进行零件的仿真加工[3]，加工系统提供虚拟现实环境，包括华中、FANUC等各种数控系统选择，虚拟机床操作面板和所需的各种控制功能和实际机床相似。仿真加工操作过程主要包括选择机床及数控系统，机床各轴回参考点，安装工件，安装刀具并对刀，输入加工程序并进行调试，手动移动刀具退到安全距离处，自动加工，测量工件并优化程序。加工螺纹零件三维动态切削过程实时模拟仿真结果，如图3所示。

图2 数控加工仿真系统 图3 模拟仿真加工零件

4 结语

通过本文对简单螺纹类零件的工艺设计、编程与加工的探讨，了解该类零件的结构特点、工艺分析设计，并运用FANUC数控系统进行了编程。运用虚拟现实技术，借助宇龙数控加工仿真系统平台，进行零件加工程序的输入、调试和优化，进行零件的加工检验。任何参数发生变化时，只需要适当对程序进行调整就能使用。仿真系统的应用为实际的零件加工提供了可靠的依据和安全性。

参考文献

[1] 霍苏萍.数控车削加工工艺编程与操作[M].北京：人民邮电出版社，2011.

[2] 姚屏，徐伟.数控车削编程与加工[M].北京：电子工业出版社，2011.

[3] 周虹.数控编程与实训[M].北京：人民邮电出版社，2012.

收稿日期：2015-07-31

作者简介：李亚平（1970―），男，山西太原人，研究生，副教授，研究方向：机械设计及数控加工。E-mail：