数控加工范文

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企业要在激烈的市场竞争中获得生存、得到发展,它必须在最短的时间内以优异的质量、低廉的成本,制造出合乎市场需要的、性能合适的产品,而产品质量的优劣,制造周期的快慢,生产成本的高低,又往往受工厂现有加工设备的直接影响。目前,采用先进的数控机床,已成为我国制造技术发展的总趋势。购买新的数控机床是提高数控化率的主要途径,而改造旧机床、配备数控系统把普通机床改装成数控机床也是提高机床数控化率的一条有效途径。我校为适应现代化生产和教学,对CA6140车床进行了数控化改造。

1 机床数控化改造的条件

1.1 机床基础件有足够的刚性

数控机床属于高精度机床,工件移动或刀具移动的位置精度要求很高,必须在0.001-0.01mm之间,高的定位精度和运动精度要求原有机床基础件具有很高的静刚度和动刚度。本次用于改造的CA6140车床自购进后一直保养良好,机床基础件刚性满足要求。

1.2 机床数控改装的总费用合适,经济性好

机床数控改装分两部分进行:一是维修机械部分。更换或修理磨损零件,调试大型基础零件,增加新的功能装置,提高机床的精度和性能,另一方面是舍弃原有的一部分进给系统,用新的数控系统和相应的装置来替代。改造总费用由机械维修和增加的数控系统两部分组成。若机床的数控改造的总费用仅为同类型车床价格的50% ~60%时,该机床数控改造在经济上适宜。经过考查,若购买同样配置的车床约需10万元,而我校机床数控改造的总费用为5.1万元,仅占51%,因此该机床数控改造在经济上是合适的。

2 系统配置及主要技术规格

该系统由SIEMENS 802S系统、接口电路、驱动线路及步进电机等组成,另外还配有自动转塔刀架、主轴变频调速器及主轴编码器等,系统属开环控制系统。其主要技术性能和参数如下:

(1)系统控制部分。采用SIEMENS 802S系统,键盘和显示部分装在面板上。

(2)系统软件具有若干指令。其中加工指令有直线、斜线、螺纹、锥螺纹和圆弧等5条指令。可实现车削外圆、端面、台阶、割槽、锥度、倒角、螺纹、顺圆弧和逆圆弧等操作。控制指令有结束循环、暂停、延时、延时换刀、编码换刀、通讯等,与加工指令配合,可加工出各种较复杂的零件。

(3)系统环境工作条件。温度-10-+40℃;湿度为40%-80%。

(4)输入电网电压。交流(220±22)V;频率为50Hz;电流为1.5A。

(5)步进电机。BYG550C-2型电机两台,驱动电压为110V;相电流为2.5A;步距角为0.36°/步;静力距为12N.m。

3 主传动的数控化改造

机床主传动的作用是把电机的转速和转矩通过一定途径传给主轴,使工件以不同的速度运动,主传动性能的好坏,直接影响零件的加工质量和生产效率。考虑到改造的经济性,可乘用机床原有的普通三相异步交流电动机拖动。考虑到加工过程中当电网电压和切削力矩发生变化时,电机的转速也会随之波动,直接影响加工零件的表面粗糙度。因此为提高加工精度,实现主轴自动无级变速,在主轴上增加了交流异步电动机变频调速系统,从而不需进行机械换档。针对机床要求具有螺蚊切削功能,在主轴部位安装主轴脉冲发生器,为保证脉冲发生器与主轴等速旋转,即主轴转一周,主轴脉冲发生器也主轴脉冲发生器安装示意图转一周,主轴脉冲发生器的安装方式很重要。改装时,主轴传动必须经过原有CA6140车床主轴箱中58/58和33/33两级齿轮(实现1∶1)传递到原有CA6140车床的挂轮轴X,拆除挂轮留出空间,安装脉冲发生器,并用法兰盘固定。

4 进给传动的数控化改造

进给传动的作用是接受数控系统的指令,驱动刀具作精确定位或按规定的轨迹作相对运动,加工出符合要求的零件,对进给传动的要求是高精度、高速度。改造中我们采用步进电机驱动系统实现开环控。

（1） 进给传动链；（2） 接口箱内减速齿轮的齿数比；（3） 传动滚珠丝杠副；（4） 刀架。

5 机电联动调试

5.1 机械调试

丝杠上,侧母线和横、纵导轨的平行度误差控制在0.01mm/全长之内;转动丝杠,丝杠轴向窜动在0.01mm之内;丝杠螺母同轴度误差控制在0.01mm之内。

5.2主轴控制

主轴电机采用交流变频控制电机,由变频器进行控制,转速范围60~6000r/min。模拟量由基本I/O单元的A0端口输出0~10V的直流电压,变频器根据输入的电压变化而输出相应的转速。由于模拟主轴电机没有编码器,因此在发出转速命令后,系统无法检测到主轴的是否运行。为解决这一问题,我们利用变频器上的功能端子,将其通过参数设置成“到达指令频率闭合”状态,并通过PLC检测此信号,从而实现对电机的运转进行监控。

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【关键词】

宇龙数控仿真软件；数控加工；应用

1数控仿真软件介绍

数控加工仿真是以计算机为平台的基于虚拟现实的仿真软件，它通过计算机的编程和建模将加工过程用三维图或者二维图并以动态形式演示出来，面前国内较为流行的仿真软件有北京斐克VNUC、南京宇航Yhcnc、南京斯沃等，这其中以上海宇龙应用最为广泛，其界面简洁、操作简单，人机交流方便，支持的多种数控系统。其主要优点有几下几点

1.1提供多种数控机床和数控系统上海宇龙仿真软件提供车床、立式铣床、卧式加工中心、立式加工中心；控制系统有FANUC系统、SIEMENS系统、三菱系统、大森系统、华中数控系统、广州数控系统以及上海市技能鉴定机构所采用的PA系统。丰富的刀具材料库采用数据库统一管理刀具材料和性能参数库，刀具库含数百种不同材料和形状的车刀、铣刀，支持用户自定义刀具以及相关特征参数。鉴于各高校资金等方面原因，一般的高职院校不可能购买所有的数控机床和数控系统，同时随着机械行业的不断发展，将会涌现出更多新的机床和系统，而高职院校不可能更新如此频繁，数控仿真软件在很大程度了弥补了这一不足，学生可以在仿真系统上进行各种最新的数控系统的仿真操作，紧跟社会发展，为今后的就业打下坚实基础。

1.2模拟程度高，安全性高数控仿真系统实现机床操作全过程仿真。仿真机床操作的整个过程；毛坯定义、工件装夹、压板安装、基准对刀、安装刀具、机床手动操作等仿真。数控仿真系统实现加工运行全环境仿真。仿真数控程序的自动运行和MDI运行模式；三维工件的实时切削，刀具轨迹的三维显示；提供刀具补偿、坐标系设置等系统参数的设定。尤其是切削路线的显示在很大程度了帮助了学生对现有的程序进行有效的修改。数控仿真系统实现全面的碰撞检测。仿真系统中的手动、自动加工等模式下的实时碰撞检测，包括刀柄刀具与夹具、压板、机床等碰撞，也包括机床行程越界及主轴不转时刀柄刀具与工件等的碰撞。通过碰撞检测能实时发现问题并及时对已有的数控程序进行修改。数控仿真系统实现数控程序处理。数控仿真能够通过DNC导入各种CADCAM软件生成的数控程序，例如Mastercam、ProE、UG、CAXA-ME等，也可以导入手工编制的文本格式数控程序，还能够直接通过面板手工编辑、输入、输出数控程序。完全模拟了现实机床的数据传输方式，使得学生通过仿真后就能很快在机床上进行操作加工。

1.3便于掌握学生学习动态上海宇龙仿真软件具有记录考试操作全过程和考试结果的功能以及多种回放方式，便于教师及时掌握学生学生动态并给与相应的指导。同时该仿真软件具有互动教学功能，教师和学生可以相互观看对方的操作，进行互动交流。

1.4弥补了各院校设备不足的情况由于数控设备价格昂贵，尤其是多轴数控机床价格偏高，很多各高职院校无法购买较多的设备和系统进行教学，加上实训环境等多种因素影响，目前很多院校实习实训的都是几个学生一台数控设备进行操作，这样必然使得每个学生独立操作设备时间大量缩短，从而导致学生不能更全面的掌握数控方面的知识。而数控仿真系统弥补了这一不足，一台电脑就可以模拟进行数控加工，学生可以先在仿真系统上对程序进行模拟仿真操作，针对出现的问题对程序进行改正和改进，这样大量缩短了学生在实际操作中熟练操作面板和修改程序、校验程序的时间，有效的提高了数控实训的效率。

当然，仿真系统毕竟只是虚拟仿真的一个软件，与现实的设备还是存在一定的差别，其主要缺点有：（1）无法验证程序的准确性仿真软件只验证程序的可行性，无法验证其准确性，比如在直线加工过程中，应该采用G01指令，但是如果采用G00指令，仿真依然正常进行，不会出现报警显示，而在实际加工过程中，直线插补只能用G01指令。仿真软件无法验证选择的切削用量是否合理，刀具是否选择合理，而在实际的加工过程中切削用量是最重要的工艺分析，往往很多同学在仿真时随意设置切削用量导致实际加工中出现尺寸偏差，严重的会出现撞刀等情况。（2）对于有些指令仿真软件不支持比如上海宇龙仿真软件，4.0版本的不支持宏程序编程，不支持倒角指令编程，现在新升级的4.9版本能支持宏程序但是不支持倒角指令。这样华中系统的倒角指令就无法仿真校验。（3）无法实现复杂零件的加工检测上海宇龙仿真软件虽然能实现零件的加工仿真，但是对于复杂的零件，比如配合件，无法实现配合件的组合和检测功能，这不得不说是个遗憾。同时在装夹上，实际加工过程中很多地方是不能进行装夹而仿真时任何地方都可以进行装夹，比如圆锥、螺纹处，这样在一定程度上给初学者带来一定的误解。

2结论

综上所述，数控仿真软件在数控加工中有着广泛而重要的应用，尤其在高职院校已经成为机械加工必不可少的软件，虽然仿真软件还存在一些缺点但是这些缺点我们可以通过各种方法去改进和避免。在实际的数控加工过程中，我们必须充分发挥数控仿真软件的优势，合理、科学、有效的利用软件为我们教学服务，为学生服务，为我们数控加工服务。

参考文献：

[1]上海宇龙软件工程有限公司.数控加工仿真系统使用手册,2004.

[2]涂志标.斯沃V6.20数控仿真技术与应用实例详解[M].北京:机械工业出版社,2012.

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中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）03（a）-0053-01

随着科学技术的飞速发展，机械加工技术也与时俱进地更新换代，工艺要求也逐渐变得严格。为了保证加工成品的合格率，必须调整工作里的每个细节。提高产品的精度避免成品不合格造成的负面影响。随着不规则形状零件对现代机械技术发展的挑战越来越高，加工技术的提高也急不可待。数控加工工艺取代传统加工技术成为主要加工技术也是时展的潮流。

1 数控加工的内涵

1.1 数控加工的概念及其发展

数控加工是指在机床上利用数控技术对零件进行加工的一个过程。数控加工和非数控加工的流程从整体上来说是大致相同的。但在技术上却大相径庭。采取数字信息控制加工零件的数控加工方法是针对零件种类多样、相同型号产量少、结构复杂、精度要求高等现实状况达到高效化和自动化加工的有效方法。数控加工的发展方向是高速和高精度。20世纪50年代，MIT设计了APT。APT具有程序简洁，方法灵活等优势。但也有很多不足之处如对于复杂的几何形状，无法表达几何即视感[1]。为修正APT的不足，1978年，法国达索飞机公司开发了CATIA。这个系统有效的解决了几何形状复杂、难以表达即视感的缺陷。目前，数控编程系统正向高智能化方向发展。

1.2 数控加工的内容

数控加工的内容有挑选适宜在数控机床上加工的零件，对数控加工方案进行确定；详细绘制所加工零件的图纸；确定数控加工的详细流程，如具体工作的分工、工作的前后顺序、加工器具的选择与位置确定、与其他加工工作的衔接等；修正数控加工的流程；确定数控加工中的允许误差；指挥数控机床上一些工艺部分工作等。

2 数控加工的工艺设计

2.1 数控加工的工艺设计特点

采用数控加工的工艺设计具有加工程序简单，解放枯燥工作的劳动力等特点。改进了传统机床工艺的工序繁多，劳动强度大的弱点。如此便使数控加工工艺设计形成了自身的独特的特点。正常来讲，数控加工的内容要比传统机床加工的内容繁多。数控加工的内容非常精确、工艺设计工作十分逻辑明确。数控加工的工作效率非常高。零件在一道工序中能完成多项工作项目。而这些工作如果换成传统工艺则需要多个步骤才能做好[1]。所以，数控加工具有工作效率高的特点。将传统加工工作中的几个步骤在数控加工工艺中浓缩成更少的工作步骤，这让零件加工所需要的专业工具数量大幅下降，零件需要加工的工序和所用时间也节省出很了多，进而大大提高所加工产品的成品率和生产效率。此外，在普通机床加工时，很多具体的工艺问题如加工时各类工序如何分类和顺序如何安排、每道工序所使用工具的形状大小、如何切割、切割多少等，在实际工作中都是靠工作人员根据自己的多年工作经验和习惯慢慢锻炼成的纯熟的技巧来解决的。传统加工的工艺设计正常情况下不需要加工人员在设计工艺流程时做出过多的计划，实际工作做好就可以了。而在数控加工时，每个实际工艺问题必须事无巨细的都考虑到，而且每一个细节都必须在程序编辑时编入完全正确的加工指令，其结果也会是非常精细，这是数控加工最大的特点。

2.2 数控加工的工艺设计方法

工艺设计的任务就是明确零件的什么部位需要数控加工，经过什么流程，如何确定这些流程的前后顺序等等。通常在数控加工时确定零件加工的工作步骤有如下几种方法：按所使用的工作器具确定。为了减少切换工作器具次数，节省时间，可以采取将同一种工作器具集中使用的方法来确定工作步骤。在一个工序中使用同一个工作器具的全所有步骤率先集中，统一完成后然后再使用第二种工作器具进行该种工作器具所要加工的所有步骤，以此类推。平面孔系零件一般使用点位、直线操控数控机床来加工，制定加工的工作步骤时，着重于控制加工精度、成品率和加工所需时间。旋转体类零件通常使用数控车床或磨床加工。在车床上加工时，一般加工成品冗余多，使用粗加工方法。数控车床上用到低强度加工器具加工细小凹槽的情况很频繁，因此适于斜向进刀，一般不要崩刃。平面轮廓零件一般使用数控机床加工。方法上应该着重把控切入与切出的方向。使用直线和圆弧插补功能的数控机床在加工不规则零件的曲线轮廓时，一定要用最短的直线段或圆弧段来无限逼近零件轮廓，让零件的误差在合格的基础上加工的直线段或弧段的数量最少为最佳方案[2]。立体轮廓零件：某些形状的零件被加工时，由于零件的形状和表面质量等多方面问题致使零件强度较差。机床的插补方法可以解决这一难题。在加工飞机大梁直纹曲面时，如果加工机床是三轴联动便只能使用效率较低的球头铣刀；如果机床是四轴联动，则可以使用效率比球头铣刀高的圆柱铣刀铣削。

2.3 数控加工的工艺设计过程

数控加工的一般过程要经过阅读零件，工艺分析，制定工艺，数控编程，程序传输。数控加工之前应该绘制好零件的加工设计图稿。在数控机床上加工零件时，应该先按照之前绘制好的零件图稿来分析零件的结构、材质、几何形状、大小和精度要求，并采用分析结果作为确定零件数控加工工艺过程的基础。确定数控加工工艺过程，要先详细了解零件数控加工的内容和原则；之后再设计加工过程，挑选机床和加工零件所需的器具，确定零件的加工位置和装夹，确定数控加工中工作的步骤和顺序，确定每个工作步骤中具体的工作器具的使用方法及切割大小；还需要填写数控加工的工艺文件、加工程序及程序校验等。通过实际的操作经验总结，单纯的按照之前设定的数控加工程序来实际操作加工零件依然存在很多缺陷。因为人力工作可能对程序的具体步骤和原理不够明确，对编程人员的本意理解也不是很透彻，通常需要编程人员在零件加工时对加工人员进行现场的指导，这种情况对于零件数量较少的加工状况还能勉强正常工作，但对于时间长、数量大的生产情况，就会生出很多问题。所以，编程人员对数控加工程序比较复杂和不易理解的部分进行适当的补充和说明的作用是不可小觑的，尤其是要针对那些需要长时间和大批量生产零件的数控加工程序特别关键。

2.4 数控加工的工艺设计应注意的问题

在数控加工中一定要注意并且预防工作所使用的器具在工作中和零件等出现不必要的摩擦，所以一定要明确的强调工作人员数控加工的工艺设计编程中的加工器具的加工路线，使加工人员在加工前就都清楚明了的知道加工路线[2]。与此同时还应该设置好夹紧零件的位置，如此便可以减少不必要的问题出现。除此之外，对于某些程序问题需要调整程序及加工器具路线和位置时必须事先告知操作人员，以防出现不必要的问题。

3 结语

由于我国目前处在数控加工的工艺设计飞速发展阶段，关于数控加工的工艺设计技术引进速度非常迅猛，同时却缺乏对数控加工技术操作完全了解和掌握的人才，因此加快对数控加工技术的了解和学习，加大这方面人才的培养力度也急不可待。

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【中图分类号】TG659

数控加工根据零件图样及工艺要求等原始条件，编制零件数控加工程序，并输入到数控机床的数控系统，以控制数控机床中刀具与工件的相对运动，从而完成零件的加工。数控加工的原理是通过把数字化了的刀具移动轨迹信息（通常指CNC加工程序），传入数控机床的数控装置，经过译码、运算，指挥执行机构（伺服电机带动的主轴和工作台）控制刀具与工件相对运动，从而加工出符合编程设计要求的零件。数控加工的工艺设计和传统的工艺设计相似，也是需要遵循以下步骤：分析零件、确定毛坯、设计工艺过程、工序设计以及填写工艺文件等。

数控加工工艺是采用数控机床加工零件时所运用各种方法和技术手段的总和，应用于整个数控加工工艺过程。数控加工工艺是伴随着数控机床的产生、发展而逐步完善起来的一种应用技术，它是人们大量数控加工实践的经验总结。数控车削加工工艺科学的分析是保障数控车削加工零件顺利完成的前提条件，分析的内容包括切削用量及确定零件的选择、设计工序及工步、优化并计算加工的轨迹、图纸的加工工艺分析、选择设计工具及夹具、加工工艺技术文件的编制。本文就数控车削加工工艺进行了具体的分析，并提出了科学合理的改进建议。

一、数控加工工艺的内容：

（1） 选择并确定进行数控加工的零件及内容；

（2） 对零件图纸进行数控加工的工艺分析；

（3） 数控加工的工艺设计；

（4） 对零件图纸的数学处理；

（5） 编写加工程序单；

（6） 按程序单制作控制介质；

（7） 程序的校验与修改；

（8） 首件试加工与现场问题处理；

（9） 数控加工工艺文件的定型与归档。

二、数控加工工艺具体的分析

包括内容：产品的零件图样分析和结构工艺性分析两部分。

（1） 零件图样分析

①零件图上尺寸标注方法应适应数控加工的特点；②分析被加工零件的设计图纸 ；③构成零件轮廓的几何元素（点、线、面）的条件（如相切、相交、垂直和平行等），是数控编程的重要依据。

（2） 零件的结构工艺性分析

①零件的内腔与外形应尽量采用统一的几何类型和尺寸；②内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，所以内槽圆角半径不应太小； ③零件铣槽底平面时，槽底圆角半径r不要过大； ④应尽可能在一次装夹中完成所有能加工表面的加工，为此要选择便于各个表面都能加工的定位方式；若需要二次装夹，应采用统一的基准定位。

三、数控加工的工艺路线设计

数控加工的工艺路线设计与普通机床加工的常规工艺路线拟定的区别主要在于它仅是几道数控加工工艺过程的概括，而不是指从毛坯到成品的整个工艺过程，而且要兼顾常规工序的安排，使之与整个工艺过程协调吻合。

1、工序的科学划分

保持精度原则和提高生产效率原则是数控机床加工时的两种划分原则。保持精度也就是工序要尽量集中，粗、细在完成过程中应该分开进行，这样就会降低热及切削刀变形对工件的位置、尺寸精度等得影响，保证工件的形状要求；提高生产效率的原则，也就是在操作过程中提高成功率，减少换刀次数，节省时间，也应该减少空行程。

（1）划分方法 ：①按安装次数划分工序； ②按所用刀具划分工序； ③按粗、精加工划分工序；④按加工部位划分工序 。

（2） 加工顺序的安排

①尽量使工件的装夹次数、工作台转动次数、刀具更换次数及所有空行程时间减至最少，提高加工精度和生产率；②先内后外原则；③精度要求较高的主要表面的粗加工应安排在次要表面粗加工之前；大表面加工时，一般也需先加工大表面；④在同―次安装中进行的多个工步，应先安排对工件刚性破坏较小的工步；⑤在保证加工质量的前提下，可将粗加工和半精加工合为一道工序；⑥加工中容易损伤的表面（如螺纹等），应放在加工路线的后面。

数控加工工艺与普通加工工艺的区别及特点

由于数控加工采用了计算机控制系统和数控机床，使得数控加工具有加工自动化程度高、精度高、质量稳定、生成效率高、周期短、设备使用费用高等特点。在数控加工工艺上也与普通加工工艺具有一定的差异。普通加工工艺：许多具体工艺问题，如工步的划分与安排、刀具的几何形状与尺寸、走刀路线、加工余量、切削用量等，在很大程度上由操作人员根据实际经验和习惯自行考虑和决定，一般无须工艺人员在设计工艺规程时进行过多的规定，零件的尺寸精度也可由试切保证

2、 数控加工工艺现存的问题

（1）数控加工操作人员的理论水平受限，从事多年的数控加工人员积累了丰富的实践经验，但目前科技及各方面的飞速发展，操作者的理论知识水平并没有完全适应整个社会的发展水平。因此，导致了一些新技术没能及时的运用到实践中去，这样也就是阻碍了我国整个数控领域的发展水平。

（2）数控企业的投资相对不足影响加工工艺的发展，在我国很多数控加工企业为了得到更多的利润，投入的就相对不足，工量具的设备不足也导致了在实际操作中的障碍出现，在加工的工程中出现问题零件，没有合适的工具而不能及时的补救零件，降低了工作的效率。

3、具体的改进措施

（1）企业加大对现有技术人员的培训力度，制定出具体的进修计划，大力培养在职技术人员的理论水平，从而提高工作效率；同时积极引进高学历技术人员，通过他们先进的理念及时的对现有的数控车削加工工艺进行科学的分析调整，使数控车削加工工艺适应社会的发展状态，不落后于其他企业或国家。

（2）企业高管要把眼光放远，加大投资力度，保证企业的顺利发展。只要坚持原则，投入越多回报越大，这是一个正常的发展规律，运用科学、先进的理论进行数控车削的加工工艺分析，与实际的操作结合起来，肯定会为企业带来更多的效益。

随着计算机技术突飞猛进的发展，数控技术正不断采用计算机、控制理论等领域的最新技术成就，使其朝着高速化、高精化、复合化、智能化、高柔性化及信息网络化等方向发展。整体数控加工技术向着CIMS（计算机集成制造系统）方向发展。

参考文献

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制造业一直以来都是我国国民经济发展的支柱性产业，随着中国经济发展的逐步加快，制造业的弊端也逐渐体现出来，比如产品生产水平低、产品质量不稳定、生产产品的机械设备水平不及国际先进水平的10%；生产调度缺失，往往会出现产品分散、协调性差的问题；技术水平差，以往加工零件都是根据加工者的经验来试切，以检查加工的准确性和零件是否达到预期目的，这不仅延长了加工周期，还增加了成本；生产产品的设备老旧，生产工艺落后，人才储备不足，导致企业的发展缓慢。为了解决这一系列问题，我们将虚拟制造技术运用到了产品的前期设计、加工中来。

1虚拟制造的技术及特点

虚拟制造技术指的是产品在成批量加工前，不需要制作实物样品，而是运用计算机模拟软件，比如CAD/CAM/CAE技术等建模软件来完成产品的虚拟加工制造，并检验产品各个机构零部件间的装配关系是否合理，NC加工路径是否有撞刀或过切的现象。如果有错误的，则可以及时反馈并在软件中修改、更正，重新修改零件加工路径以及零件整体的装配尺寸，从而符合要求。这一系列工作都可以在计算机中进行，因此，可以运用互联网完成。通过虚拟制造技术可节省时间，缩短产品的设计周期，从而控制成本，大大提高了产业在同行业中的竞争力。

2虚拟制造相对数控加工的过程

虚拟制造的第一步就是了解工作的目标是什么，要整体了解客户的需求，所需产品的要求，细心听取客户意见并整理归纳，总结出产品的外形结构、功能特征、性能要求。从而进行后期的产品虚拟设计、工艺安排、产品零部件设计、机构后期装配、虚拟运行等。经过客户的反复验收，直至获得客户的认可后，方可进行实物制作。虚拟制造首先要设计的是最基本的零部件，对于零部件的设计，通常我们都会优先选用标准件，这样会大大缩短设计时间，也使设计的产品有极高的通用性。一般情况下，优先进行齿轮齿条、链轮、螺栓螺母、切削螺纹的设计，后进行一些独立零件机构的设计，从而完成某种特定的运动方式，达到预期的工作目标。这些都可以采用国家标准，运用标准的理论公式、参数不断修改，并运用有限元分析、边界元检查、实验检查等方法，完成虚拟制造中的计算机标准设计和多次优化更改。由于设计的零部件都是用的国标和图集的最高基础标准，所以，为今后的维修、更换提供了保障。对于每个零件，都是经过标准设计的，已经满足强度、韧性、疲劳强度、静态平衡和动态平衡等要求，形成的各种零件的外形、用途、行为意图等属性的结果满足性能要求后，再经过外形的美观设计，确定表面颜色、纹理渲染，产出最终成品模型。虚拟设计由虚拟制造设备来完成，此处的虚拟设备就是一个模拟的数控加工仿真设备，以上的零部件都是由这个虚拟的数控加工设备来完成制作的，且大多数独立设计的零部件机构都需要加工制作。对于加工零件的设备，可在虚拟的设备中体现设备的功能特征和形态特征，比如数控机床的工作主轴转速、进给速度等。对设计的零部件先采用CAD、Solidworks、Pro-E、UG等软件进行外观设计，再将各个机构分解成每个零部件，比如链轮机构分解为主动链轮、从动链轮、链条、主轴、从动轴等，然后将各个零件分别放入虚拟的数控设备，确定好基准坐标，依照坐标的变换关系完成动作的运行。运动模块具备了虚拟的数控设备的各种运动功能，虚拟数控机床由外部输入的数据控制，设备对数据进行分析处理，并输出相对应的控制运动参数，控制相应的几何模块的位置变换和运动，实现模拟的物理设备加工运行。依托各个模块设备的运动数据支配相对应的运动系统，每个模块都以规定好的数控参数运动。具体而言，应先确定原始坐标基准、加工坐标基准、机床原点、加工原点，并依据数控铣刀插补的原则，确定铣刀转速、走刀速度、加工距离，根据不同的数控加工系统原代码编制圆弧刀路、直线刀路、抛物线刀路插补规则。虚拟的数控加工可以很好地检查和避免加工工艺中的工装夹具、加工刀具和被加工工件在加工过程中出现的碰撞。在试驾加工前，先进行虚拟加工，确定不会存在撞刀损坏机床和零件过切的情况后，方可进行实际加工。对于加工使用的虚拟的数控设备，应严格控制主轴的快慢转速、正反转向、单轴运动、多轴联动、换刀等。产品加工过程如图1所示。图1产品加工过程基于以上虚拟制造的数控加工的方式，形成了一整套虚拟三位加工系统，此系统由虚拟的数控加工系统驱动，把机械零部件从毛坯的形式装换成成品。此过程全程在计算机系统中运行。设计者全程监控零件加工过程中的撞刀和过切现象以及后期的成品装配，从而评定零件机构生产的可行性。此外，还可以为数控加工的学员提供直观的学习过程，避免在实际操作时的误操作损坏设备。3结束语随着中国经济的不断发展，企业对虚拟制造技术的需求越发重视。虚拟制造引入数控加工大大提高了企业的发展速度。

通过虚拟的设计和制造，缩短了实际加工中的加工时间，大大缩短了设计周期，节约了成本，提高了经济性，数控加工技术的虚拟制造引入有效促进了我国在现代科学技术方面的快速发展。虚拟制造的出现让我国在工业方面的发展紧追全球化经济的脚步。基于虚拟制造的创新发展，必定会对我国的制造业发展产生更加深远的推动。

作者:林柔红 单位:广东省城市建设高级技工学校

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1数控加工技术的概念与主要特点

1.1数控加工技术的概念

数控技术就是以传统的机械加工技术为基础，利用数字控制技术，并且结合计算机网络技术、数据通信技术的一种机械加工工艺，通常是以提高机械加工质量为目的。采用数控技术，能够极大提高机械加工的准确度以及精准度，提高加工效率。目前，国内的数控技术通常是通过预先编制好的程序对设备进行控制，从而完成整个机械加工过程。

1.2机械加工中数控加工的特征体现

采用数控技术进行机械加工，能够提高生产效率以及加工精准度，节省了对于人工的要求。数控加工技术在机械加工领域的应用，对于机械加工艺的转变具有巨大的意义，数控加工技术由于操作灵活简单，在实际应用过程中优势突出，而且能够确保机械加工过程的准确性。通过有效的利用计算机编程技术，单人操作就能完成原来复杂的机械加工任务，极大的节省了人力以及物力，从而提高了生产效率，而且这种模块化的操作方式也能够确保产品质量符合相关标准要求。

2机械加工技术中数控加工的应用

2.1数控加工在工业生产中的应用数控技术在工业生产中的应用主要体现在工业机器人的使用上，工业机器人一般是由控制单元、驱动单元以及执行单元三部分组成，在机械生产流水线中起到了巨大的作用。在实际的工业生产中，有时因为施工环境的复杂性，人工是很难完成的，例如在进行深水以及太空作业时，而工业机器人就能很好的完成任务，通过机械模拟手臂，实现机械加工中的操作过程。数控技术在工业中的应用，可以说在确保了安全生产的同时，保质保量的完成了人类有时难以完成的任务，尤其是在汽车行业中的大批量转配以及喷气等操作流程中。在实际的操作中，工业机器人的控制单元功能类似于人脑，主要结构是计算机系统，通过预编程好的程序向驱动单元发送相关指令，进行实际操作。此外，控制单元集成的检测功能，能够同步对于设备出现的故障进行报告，通过传感系统以及检测系统将问题传达至控制单元，发送故障警报，做出相关处理。执行系统主要是由伺服系统以及机械系统两部分组成，动力部分的功能是提供机器人操作所需要的动力，确保执行单元能够在驱动单元的指挥下完成相关的各种操作。

2.2机床设备中数控加工技术的有效应用

机床设备是机械加工中的最重要的工具之一，数控技术在机场设备中的应用，对于实现机床加工领域的数字化控制具有十分重要的意义，同时也是机床设备走向机电一体化的重要过程。数控技术的应用，提高了机床加工的控制能力，通过运用数控技术完成在使用机床进行机械加工过程中的控制，能够极大提高机床加工的生产效率。数控技术在机床设备中的应用通常是依靠代码完成控制，通过编程完成对于机床加工过程中的主轴、变速、刀具的选择以及冷却泵的起停等各种顺序动作，通过计算机发送的指令控制机床的生产，从而生产出需要的零部件。

2.3数控加工在汽车制造业中的应用

随着我国经济水平以及人民生活的提高，对于汽车的需求越来越大，提高汽车质量就要从提高汽车零部件质量入手，数控技术的应用，就能对提高汽车零部件质量带来很大的帮助，同时进一步简化零部件生产流程。数控技术在汽车部件生产领域的应用，在提高生产效率的同时，提高了生产质量，对于改善我国汽车性能具有十分重要的意义。数控技术能够满足机械生产中对于产品质量不断提高的要求，提升企业市场竞争力。汽车生产线中使用数控技术，能够彻底改变传统的生产理念，从而实现汽车的多元化、多批量生产模式。数控技术也能简化复杂汽车零部件的生产过程，其中的虚拟制造、柔性制造、集成制造等技术的应用，必将极大提高我国汽车行业在国际市场中的竞争力。

3数控技术的发展前景

我国对于数控技术在机械加工中的应用研究已经有五十多年的历史，但是在数控加工领域依然存在许多需要提高的地方，尤其是在技术水平方面与世界发达水平还存在一定的差距，缺乏一定的高精尖技术，而且在市场化过程中也未能形成足够的规模，并没有实现一定的品牌价值。针对上述情况，我们必须加快关于数控加工技术的相关研究。以我国的基本国情为出发点，将国家战略规划以及社会经济发展为市场导向，进一步提高我国机械制造业水平，提高我国机械制造业在国际水平上的市场竞争力，提升总体生产水平。通过系统的方式选取可以在新世纪作为我国机械生产制造装备行业升级的大力发展的重要技术，同时选择性的支持产业化快速发展的关键技术，选择多种配套技术当作数控技术研究的重点内容，推动机械生产制造装备行业的进一步发展，从而提升我国的综合国力。

4结语

数控技术在机械加工制造业中的应用彻底摆脱了传统机械制造业的束缚，摆脱了传统的依靠单纯人力对于机械生产的控制，实现了机械生产的自动化。随着数控技术的不断发展与创新，数控技术必将推动我国机械加工制造业的不断发展。

作者:肖焕丽单位:陕西电子信息职业技术学院

参考文献：

[1]冉振旺.数控技术在机械加工中的应用与发展前景分析[J].科技资讯,2014(26).

[2]李大英,吴伯柱.数控技术的发展趋势探讨[J].科学咨询(科技?管理）,2013(06).

[3]王永静.我国机械制造技术的现状及发展方向[J].黑龙江科技信息,2011(20).

[4]杨安林,杨志勤,董建国,皮智谋,朱岱力.高效液力偶合器外壳数控加工艺的研究[J].湖南工业职业技术学院学报,2008(04).

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(2)数控机床的系统多,型号多且更新较快,对学院而言是不可能将所有的系统配齐的,这样经常会出现学生在校期间所学的系统与工厂中不符的情况,使到了工厂后不能尽快适应机床。

(3)数控机床是自动运行的,学生在初学时,常常会由于在编程中的疏忽或操作中的失误造成刀具或机床的损坏,甚至造成人身危害。

为了解决上述问题,我院从数控专业开设起,就尝试利用数控加工仿真系统软件进行教学,均对我院数控教学等方面发挥了重大的作用。

2问题的阐述

随着科学技术的发展,数控技术正在得到广泛的应用。数控人才成为市场急需的人才,如何尽快地培养出满足市场需要、掌握数控机床编程和操作技术的数控技能型人才成为数控教学工作者必须研究的问题。作为数控教学的专业教师,深感如何将数控理论和实践教学有机地结合起来是值得我们认真探讨与研究的。

由于数控机床是一种新型工艺装备,故数控技术工人的培养和数控机床的教学还处在刚刚起步的状态,如何利用数控加工仿真系统进行教学更是处在探索阶段,因此有必要对数控教学模式、教学手段和教学方法的完善进行有益的探索,创新数控专业的职业技能鉴定的工作方法,建立一套完整的数控教学新体系。

3数控加工仿真系统的产生

随着计算技术的发展,尤其是虚拟现实技术和理念的发展,产生了可以模拟实际设备加工环境及其工作状态的计算机仿真培训系统。它用计算机仿真培训系统进行培训,不仅可迅速提高操作者的素质,而且安全可靠、费用低。

目前在国内已经有很多学校将计算机仿真初步运用于数控操作人才培训的教学之中,也产生了各种仿真教学系统。简单来讲就是利用计算机和其他的专用硬件软件去产生一种真实场景的仿真,参与者可以通过与仿真场景的交互来体验一种接近于真实的场景的感觉。因此能进一步培训操作者的实际工作技能。

4数控加工仿真系统的应用方法

4.1活应用教学方法,使学生成为课堂学习的主体

由于大部分高职学生学习基础差,所以教师教学很困难,传统的教学方式已很难使学生接受。

因此,利用先进的教学方法、教学手段来提高学生的学习兴趣显得尤为重要。数控专业教师应有较高的教学水平和教学能力,有较强的数控职业能力,能较为娴熟地运用行动导向的教学方法,在课堂教学真正体现学生为主体,突出显示学生动手动脑的活动,变学生被动学习为主动学习。

4.2恰当运用数控加工仿真系统,充分发挥其课堂教学中的作用

数控加工仿真系统主要应用于数控编程与操作这一理论教学课程,还可作为数控操作技能训练的辅助工具。教师应十分重视数控加工仿真系统的在教学中的应用方法,摆正数控加工仿真系统在教学中的位置,既不能完全依赖数控加工仿真系统放弃教师在教学中的引导作用,也不能在教学中教师唱独角戏采用常规的教学模式而忽视数控加工仿真系统的应用,应该科学地、充分地发挥数控加工仿真系统在教学中的作用。

4.3科学安排教学内容,循序渐近掌握数控编程与操作技巧

在教学过程中教学内容的安排分为三个教学模块。其一为基础模块,主要讲解与训练最常用的FANUC数控系统中的的编程方法、操作及应用,由于配备FANUC系统的数控机床在数控加工中的市场占有率高,所以这一模块是教学重点,必须使学生熟练掌握,灵活应用:其二为提高模块,主要讲解与训练SIEMENS系统的机床的编程与操作,以帮助学生在不同数控系统下对不同数控机床的编程方法的理解与应用能力;模块三为拔高模块,主要讲解国产数控数控系统中的华中数控系统的数控编程与操作方法,扩大学生的知识面,从而适应高职数控大赛指定系统—华中数控系统的编程与操作。

这三个模块的教学可根据学生不同层次进行安排。这样,学生在从业时能够信心十足的面对所操作的数控机床,较快适应所从事的工作。当然,运用此方法,我们学院在各种大赛比武中取得了好的成绩。

4.4正确进行教学评价,提高学生的自觉学习意识

教学时所进行的教学评价包括学生的自我评价、学生相互之间的评价和教师评价。上机应用数控加工仿真系统进行数控编程与操作练习时以教师评价为主,对每次的练习成绩及时登记。评价方法包括口头评价和试题测评,而试题测评方法包括课题测评及期末测评。教师对学生进行口头评价时应注意方式和语言的选择,对做得不好的学生不采用直接批评的方法,只是指出该学生哪些地方做得好,哪些不太好,应如何改进;对于比较差的学生称为“稍微弱一点的学生”。课堂测试应有较强的目的性,不是难为学生,而是通过对学生进行测试,来提高学生的学习意识、学习热情,学习的自觉性和自信心。5数控加工仿真系统的应用效果

5.1理论教学应用数控加工仿真系统可以极大地提高学生的学习兴趣

在引入数控加工仿真系统应用软件之前,数控编程与操作课程与其他课程教学模式相同,主要是课堂教学,学生对自己所编的程序正确与否是通过教师批改作业来知晓的。这种方法教师检查程序需逐个程序段进行查阅,内容多而十分麻烦,一些在数控机床上常常无法通过的书写错误也不易查出,而这些问题的解决在实际数控编程中是十分重要的。至于数控操作问题,在黑板上讲解各个按键的作用、名称与使用更是一件费力不讨好的事,习者枯燥,教者乏味。

引入数控加工仿真系统进行教学以后,学生所编程序可以直接在计算机数控加工仿真系统的模拟加工演示,对程序编写和书写的错误能直接看出,机床操作面板的使用与零件的加工过程也和实际加工情况十分相似,学生可以从任意角度观察数控机床加工过程,毛坯加工为成品的过程历历在目,直观形象,便于学习与掌握,编程与操作的作业可以直接在计算机上检查,每次有检查,次次有结果,使学生对这门课程有了浓厚的学习兴趣。

5.2技能训练应用数控加工仿真系统可降低训练成本提高训练效率和安全性

数控机床是一种较为昂贵的机电一体化的新型设备,它具备“高速、高效、高精度”的特点,如果初学时就让学生直接在数控机床上操作,可能出现撞坏刀具等现象,甚至因操作失误对学生造成人身危害。引入数控加工仿真系统进行技能操作,可以大大降低实训的消耗,约50个机位的计算机包括50个结点的正版数控加工仿真系统软件,所需费用相当于一台三十万元的数控机床,却能解决50-150个学生的初阶段的技能训练问题,学生可以轻松对实习过程进行初始化,对未能完成的实习实行项目保存,对已完成的实习课题进行调入回顾,而后再进行几次实际操作就能达到事半功倍的效果,大大提高了实习效率降低了实习成本。

因此应用数控加工仿真系统可以减少考生占用数控机床的时间约50%,学生可以将编程与程序校验时间放在计算机上完成,然后通过数据传输将所编程序输入数控机床,对零件进行加工,安全性及效率均大为提高。

参考文献

[1]黄志辉.数控加工编程与操作[M].北京:电子工程出版社,2008,(8).

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DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.02.162

1 引言

研究切削加工机理及大量切削加工试验可知切削速度v对表面粗糙度af影响较大。在低速或高速切削加工时，一般不会出现积屑瘤，在v=20～50m/min加工塑性材料时，易出现积屑瘤，同时切屑分离时的挤压变形与撕裂作用使得表面粗糙度af恶化。所以v越高，切削加工过程中切屑与加工表面的塑性变形越小，表面粗糙度值越小。试验表明，产生积屑瘤的临界速度是随刀具状况、切削液、加工材料等改变而改变。

加工参数中进给速度Vf 对加工效率有重要影响。一般Vf越高，去除同一材料所需时间越短。试验表明其他加工条件一定情况下，进给速度Vf与加工时间t为反比。

分析可知，提高主轴转速和进给速度，既可降低表面粗糙度值，又可减少加工时间。还能影响切削热产生、刀具磨损、破损及耐用度等。所以了解主轴转速与进给速度变化规律有利于分析切削加工过程并完成切削加工参数合理优化选取。

2 试验条件

针对目前数控加工参数合理优化选取的特点与研究现状，本文以DMC60H卧式铣削加工中心为试验平台，以铝合金壳体类零件为试验对象，以圆柱铣刀、T型刀、通用量具、JB-4C型表面粗糙度测量仪为试验刀量具，以铝合金壳体类零件加工中铣孔与铣槽为试验内容，以提取数控加工铣削参数优化选取试验数据为试验目的。

3 试验方案设计

本试验采用正交试验方法，以主轴转速与进给速度作为试验因素，根据零件结构、使用刀具及各因素关注度的不同划分因素水平并设计正交表，可分成三个阶段来完成。

3.1 试验设计原则

试验设计原则包含零件结构、刀具类型与关注度。按零件结构不同将试验划分为铣槽加工与铣孔加工；刀具类型原则是以刀具不同及加工孔径不同为原则划分工步；关注度原则是以加工时间（因本试验主要以提高加工效率为目的）为依据将加工工步划分为高、中、低关注度。

根据加工技术要求及试验需要，本文对刀具、切宽、切深等参数做了修整。铣孔加工基本数据如表1所示。

3.2 正交试验设计实施

第一阶段试验是在现有加工条件下，确定主轴转速与进给速度极限范围，试验水平数一律为3，主轴转速与进给速度为试验因素，查正交试验表可得最为接近。

第二阶段试验目的是提取出试验数据用于数控加工铣削参数合理优化选取。参考第一阶段试验的极限主轴转速与极限进给速度按等分原理划分试验因素水平等级，其中对关注度高、极限主轴转速与进给速度间距大的工步取较高的试验水平数，对关注度中、低的工步取较低的试验水平数。工步23属高关注度工步，故正交试验因素水平数取5，主轴转速与进给速度为试验因数。查表可得为最接近的正交试验设计表。

第三阶段试验是以前一阶段试验数据为基础，分析研究加工要求，以基本尺寸、表面粗糙度为试验扩展因素设计第三阶段试验。基本尺寸试验因素水平数以3或5为主，表面粗糙度因素水平设置为1.6、3.2、6.3。在前两阶段试验中已出现的基本尺寸将不再最后阶段重复安排试验。

4 小结

本文介绍了数控铣削加工机理、铣削加工参数与加工性能及加工效率的关系、数控铣削加工参数优化的试验条件及要求，提出了本次试验设计方案及试验设计方法，科学有效地解决了数控铣削加工的试验研究，为后续加工参数优化选取研究打好了基础。

参考文献：

[1]张臣，周来水余，湛悦，安鲁陵，周儒荣.基于仿真数据的数控铣削加工多目标变参数优化[J].计算机辅助设计与图形学学报， 2005，17（05）.

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中图分类号TH16 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）97-0189-02

1 数控车削加工工艺的内容分析

与普通的机床相比，数控机床具备极高的精准性，属于高效率自动化设备，其工作的效率与质量远高于普通机床。数控车削加工工艺的内容主要含：包括以下几个方面：1）选择工具、夹具，调整设计；2）零件数控车削加工内容的选择与确定；3）分析数控车削加工零件图纸；4）设计加工工序；5）计算并优化加工轨迹；6）编写、校检、修改数控车削加工程序；7）进行首件试加工，处理现场存在问题；8）数控加工技术文件的编制工作等。

2 数控车削加工工艺及要点

数控车削加工工艺直接关系着零件加工的质量及效率，车削加工工艺分析是根据零件设计图纸对零件加工的要求进行合理性分析，确定零件加工过程中在数控机床上采用的方式，安排好零件各个表面的加工次序，选择合适的进给路线与切削用量，最终保证零件加工符合设计的要求，确保加工工艺合理、实用。

2.1零件设计图纸的分析

零件设计图纸的分析主要含零件设计图纸尺寸标注方法的分析、零件几何要素分析、零件精度与技术要求分析三个主要方面，其中：零件设计图纸尺寸标注方法的分析，是指在零件设计图纸进行尺寸标注。零件设计图纸标注的方法要方便编程、有利于设计基准、测量基准、编程原点统一；零件精度与技术要求分析，是指数控车削加工工艺分析的重点在于零件精度与技术要求的分析，科学合理的零件加工方法、装夹方式与切削用量的确定都是建立在零件的精度及零件表面粗糙程度的基础之上，确保零件精度与技术要求就显得十分重要。对零件的精度与技术要求进行分析，需要做好以下几项工作：对零件精度与技术要求的合理性进行分析；对数控车削加工精度能否满足图纸设计进行分析，如达不到图纸所要求的零件精度，允许采取其他的措施进行弥补时，可以预留出余量为后续工序加工做准备；零件表面粗糙度较大时，适宜采用恒线速度进行切削；针对设计图纸中标注出精确位置要求时，需要保证一次装夹完成作业。

2.2选择并确定夹具与刀具

2.2.1加工零件的装夹与定位分析

在数控车削加工作业中，装夹对加工零件的精度与效率有着较大的影响，为保证加工零件的质量，最好在一次装夹状态下，完成全部零部件所有表面的加工，保证加工的精确度，提高加工效率。针对不同类型的零件，其定位基准也是不同的，套类以内孔作为定位基准，而轴类则是以外圆柱面为定位基准。此外，数控机床夹具的使用可以进行多种选择，在实际操作中，根据操作需要，选择合适的夹具进行操作；

2.2.2选择刀具

数控车削加工常用的刀具一般可以分为尖形刀具、成型车刀与圆弧形车刀。不同的刀具具备不同的切削力度，这与刀具的直径存在着直接的关系，刀具直径越大，切削力度越大。在进行零件切削时，尽量选择使用直径大的刀具，这样有助于延长刀具使用寿命，提高切削效率。

2.3选择切削用量

在数控车削加工过程中，确定切削用量，就需要确定背吃刀量ap、进给速度F与主轴转速S。通过对背吃刀量ap、进给速度F与主轴转速S的控制，把握好零件切削用量。选择合适的切削用量，对于零件加工的质量有着较大的影响，在实际操作中，切削用量需要根据机床说明说要求，或根据刀具力度、耐久度进行选择。

2.4工序安排及加工顺序的确定

2.4.1工序安排需要遵循的原则

工序安排需要遵循的原则可以分为两种，包括生产效率原则、保持精度原则。刀具在换刀前需要完成所有可以加工的零件部位加工作业，减少换刀的频率、时间，从而提高生产效率；在加工过程中，一般要求在一次装夹状态下完成粗、精加工，但为了遵循精度原则，可以将粗加工与精加工分开进行，最大限度的减少切削力变形对零件精度、粗糙度的影响。

2.4.2加工顺序的确定

加工顺序的确定，需要遵循先粗后精、先近后远、内外交叉、基面先行的原则。

先粗后精原则，指的是在零件加工过程中需要按照粗车、半精车、精车的顺序进行操作，逐步提高零件加工精度；先近后远原则，近与远是相对对刀点而言的，在进行零件加工过程中，需要先对距离对刀点近的部位先进行加工，后对距离较远的部位进行加工，减少刀具移动距离，缩短了刀具空程时间，可以有效的改进切削条件；内外交叉原则指的是对内外表面都需要加工的零件，需要在按照一定的工序，表面与内部交叉进行加工；基面先行原则，指的是先加工出精基准表面，从而避免装夹时出现较大误差。

3 数控车削加工常见问题及处理方法

在进行数控车削加工过程中，会出现一些常见的问题和故障，需要及时进行处理，才可以保证零件加工的质量与精确度。

数控车削加工中常见的问题包括车削时断屑问题、切槽走刀路线问题、切削颤振较大问题等。车削时断屑问题可以通过提高刀具性能，确定合理切削用量来解决；切槽走刀路线问题可以通过控制刀具的切削用量进行控制；切削颤振较大问题可以通过调整切削参数解决加工过程中较大颤振的现象。

4 结论

随着机械工业的不断发展，数控机床凭借其高精度、高性能、高自动化等优势在机械加工领域发挥着越来越重要的作用。本文通过对数控车削加工工艺的探讨，明确了数控车削加工工艺、要点及需要遵循的原则，希望可以有助于提高零件加工的精确度，提高生产效率。

参考文献

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虚拟现实技术应用于数控加工中心的培训系统中,就是通过计算机产生数控加工中心、被加工工件的虚拟造型,加入音响效果和运动仿真,并配有控制面板,学员根据虚拟环境提供的视觉、听觉、触觉感受,可以感受到与操作实际的数控加工中心一样的状态。与传统的数控加工中心培训相比,此系统摆脱了“试切”、“轨迹显示”等方法,极大地提高了系统的主动性、交互性和沉浸感等性能,给学员逼真的感受,改善了数控加工培训的教学效果,并且大大降低了开发成本。

1.Java和VRML通信实现机理

Java是Sun公司于1995年5月23日推出的,当时并没有引起太多的注意。但是随着Internet的迅猛发展,环球信息网WWW的快速增长,促进了Java语言研究的进展,使得它逐渐成为Internet上受欢迎的开发与编程语言。Java语言具有简单、面向对象、分布式、解释执行、鲁棒、安全、体系结构中立、可移植、高性能、多线程以及动态性的特点,正是这些特点为开发人员开发强大的仿真系统提供了便利。

VRML(VirtualRealityModelingLanguage,虚拟现实造型语言)包含了3D动画、3D音效、传感器触发、时间输入输出、行为控制、支持多种脚本与多重使用者等功能,真正在Web上实现了动态页面,并加强了互动功能,达到真正的虚拟效果。VRML可以用在各行各业,如创建虚拟城市、虚拟校园、虚拟超市、虚拟公司等。VRML210的基本元素是节点,节点是组成3D场景的基本元素,大约定义了50多个节点,利用它们可以简单、轻松地创建虚拟的三维空间。

对VRML的访问是基于传统C/S模式扩展的B/S模式,B/S采用Internet上广泛使用的Web浏览器作为客户前端,操作界面友好、一致。B/S的最大优势还在于其强大的跨平台移植能力,能够极大地降低异构系统的开发难度。目前,VRML主流编程是基于Java、JavaScript,特别是Javaapplet小程序可以与VRML世界嵌在同一WEB页上。EAI(ExternalAu2thoringInterface),是一种介于VRML世界与外部环境的创作接口。通过EAI为VRML与外部世界建立一个通信接口,可以使用户通过这个接口真正成为VRML中的一个角色、一个参与者。EAI提供了一套针对VRML浏览器的Java类,通过这些类,外部环境可以访问当前所运行的VRML世界,还可以完成动态的添加、删除和驱动仿真实体等功能。

2.培训系统的体系结构

该培训系统是以韩国大宇PUMA200、215轴数控车削中心为具体仿真实例开发的。如图1所示为本文所述的虚拟数控车削中心加工仿真系统界面,其中客户前端为Web浏览器,浏览器左侧为提供功能模块选择的视图区,右侧为对应的场景区。

数控加工中心培训系统硬件设备由多媒体计算机、投影设备、USB通讯接口、音箱及电器小元件等构成。计算机最低配置为PentiumⅢ550,内存为128MB,10/100MB以太网卡,可以满足动态三维图形较大的资源消耗。系统总体结构由操作仿真模块、视觉仿真模块、音响仿真模块、运动仿真模块组成,如图2所示。其中视景仿真模块是实现培训系统沉浸感的重要因素,操作仿真模块是实现学员与虚拟数控机床之间交互作用的主要手段。

2.1操作仿真模块

数控加工中心培训系统中控制面板的布置与实际的一样,并与实际的面板有相近的动作范围和相似的力感,如图3所示,如转动手轮时有真实的手感,按下按钮、拨动开关有真实的力感,学员在看到加工过程中有异常情况可以按下急停键,并且可以保持状态。操作过程中,有些键必须配合使用,如进给倍率与手轮的配合、刀号与换刀按钮的配合、主轴正反转与主轴启动的配合,这些配合键使用的设置,使操作更加接近实际操作情况。

2.2视景仿真模块

视景仿真模块利用计算机图形图像技术和3D技术,生成数控机床的各个部件,如门、刀库及刀具、夹具、坯料、油管、散热孔等。为了使图像处理实时且逼真,要选用高档的显卡、高性能的图形加速卡等硬件条件的支持,更需要图形技术和开发平台的发展。视景仿真模块采用计算机平台和专用三维建模软件的三维图形开发技术。

2.3音响仿真模块

音响仿真模块利用计算机多媒体技术,生成数控机床加工过程中的声音信息,包括机床在加工工件中的声音信息、刀具进给的声音信息、主轴正反转的声音信息、装夹工件的声音信息以及换刀的声音信息。其中刀具进给声由进给倍率决定,主轴转动声由主轴倍率决定。音响仿真系统采用支持多媒体保准接口的声卡取代专用的数字信号处理器,具有通用性好、易移植、易升级等优点,并且大大降低了系统成本。

2.4运动仿真模块运动仿真模块通过模拟数控机床中的运动机构及其控制系统,实现操作过程中逼真的感受,如刀具进给时由于轨道不光滑产生的轻微晃动。运动仿真模块是提高培训系统逼真度的有效手段。建立虚拟数控机床作业环境,可随意移动、旋转、缩放及变换视点,尤其是适用于三轴以上数控机床针对加工过程中过切及干涉的校验。数控车削中心运动仿真模块主要包括回参考点、刀具进给、主轴启动、卡盘松紧、选刀等。

3.仿真控制一体化平台的技术实现

3.1技术实现方案

3.1.1静态造型及机械动作的实现

首先对所研究的数控加工中心进行建模、仿真,利用Autodesk公司推出的最新版的三维动画与造型软件3DSMAX610对数控加工中心进行建模、静态造型。造型结束后,根据部件运动时的状况设计动画。最后把3DSMAX文件转换成VRML格式,分析各个运动部件,并进行时间分配,调节VRML源代码中各个部件运动时间周期使之符合实际情况──实现机械部分的静态、动态造型。

3.1.2电器控制开发过程

根据数据采集与传输的特点,我们充分利用了USB技术的优点。自主开发的USB高速多功能卡是基于USB210协议的,所以其速率可高达480Mbps,完全满足高实时性的数据采集场合。实践证明该方案取得了良好的效果。总体硬件框图如图4所示。

3.1.3CAI软件测试与安装

为了验证CAI软件的可行性,我们与山东济南星科公司合作,完成CAI软件在多台个人计算机上的安装,测试了软件的稳定性和时间响应。经过长时间的调试,系统的稳定性是可靠的,时间响应也在允许范围之内。多家职业学校使用该软件进行专业学员的培训工作,取得了良好的反响。

3.2开发过程中的关键技术点

3.2.1材质透明化处理

在VRML空间中几何体的透明度是通过Material节点中transparency域的域值指定的,其值从完全不透明表面的0.0到完全透明表面的1.0。该域的缺省值为0,表明不透明。如图5所示,材质的透明效果使得学生可以一目了然地看明白数控机床加工工件的过程,增强了学生学习的兴趣。

3.2.2视点变换处理在VRML2.0中所谓视点就是浏览者在空间中所处的某一特定的位置和朝向,在这个位置通过朝向,浏览者可以浏览到虚拟世界中相关的场景。用vrmlscript可以控制视点的变化,使浏览者可以从当前视点快速切换到其它视点。在VRML中先用DEF定义Viewpoint节点,然后再定义Script,具体代码如下:

DEFssScript

{//定义节点名

eventInSFBoolget_touch1

//Script节点输入接口

eventOutSFBoolset_view1

//Script节点输出接口

url"vrmlscript:functionget_touch1(){//

url提供节点和程序之间的联系

set_view1=1;}"}

在该数控加工中心培训系统中,运用视点转换,产生的效果如图6所示。图6(a)可以观看数控机床的整体,对数控机床产生整体的印象;图6(b)可以观看加工工件的过程以及插补情况;图6(c)展示了加工工件时的G代码,可以了解NC代码;图6(d)可以观看刀具回零点和换刀的情况。

3.2.3现场声音的设定VRML场景中可以添加声音,与静态网页上的声音相比,VRML场景所播放的声音不是简单的2D声音,而是有自己的声源,以及模拟现实中的声音传播路径的3D声音,它会给人和现实中一样的听觉感应。VRML所支持的声音文件有WAV、MIDI和MPEG-1文件,AudioClip只支持前两种文件格式。利用AudioClip节点引入一个外部声音文件,并规定这个声音文件的播放参数,必须作为Sound节点的source域的域值来使用,Sound节点中的域值都可通过Javaapplet来重新设定。Sound节点格式如下:

Sound{

sourceDEFFeedSoundAudioClip

{//引入一个外部声音文件节点

url"FeedSound1wav"

//指定声音文件的URL地址

description"FeedSound"//

指定一组描述所引用声音文件的文本

loopFALSE

//是否循环播放

tartTime1

//所引用声音文件开始播放的绝对时间

pitch1//

加快或减慢播放速度

intensity1//声音强度

location000//指定声源位置

direction001//指定是否声音立体化

minBack1//空间声源的最小后点

minFront1//空间声源的最小前点

maxBack1000000//空间声源的最大后点

maxFront1000000//空间声源的最大前点

首先用MP3录制数控机床各种动作时的现场声音,然后进行声音剪裁、分段。通过相应的声音节点在VRML世界需要的场合添加合适的声音,使整个VRML世界更加具有真实感,更加生动逼真、栩栩如生。

3.2.4文件的优化措施

(1)在不影响视觉效果的前提下,简化设备结构。

(2)对于复杂模型用模型优化器(optimizer或wingz或Gzip)进行优化。

(3)对于反复使用的部件,可先对其命名(DEF),然后再重复使用(USE)。

(4)必要时使用帖图。

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现阶段，使用的五轴数控仿真系统通常只有二维动画仿真，且整个仿真系统的几何功能有所限制，加工零件和机床模型必须借助其他CAD软件才能建模，整个模型的仿真精度不高。基于UG软件创建五轴数控机床仿真模型，能够准确读出数控代码，并为机床的各个部件实施三维仿真，同时对零件加工环节机床各部件之间的干涉进行检查，为合理修改刀具轨迹提供可靠依据，避免因文件格式转化导致仿真精度降低的情况。

创建三维仿真系统的步骤

（一）仿真系统工作流程

三维仿真环境是基于计算机虚拟系统中，以不消耗能源和资源真实加工系统的映射，虚拟环境的操作应于实际加工系统所具备的功能相互一致。五坐标数控机床建立的仿真系统具体流程如图1.五坐标联动机床进行加工的零件极为管饭干，可以综合考虑工件、道具等物品的外形、参数的变化，通过装配的形式把制作的CAD模型加入仿真系统内，从而提升仿真系统的灵活性。用户依照实际加工操作基于UG环境下创建刀具、工件等模型，进一步方便对这些模型的尺寸进行修改，在仿真系统的操作直视下，用户只要挑选最佳的部件和位置，

就能把工件、夹具等模型装配至仿真系统的模板文件内。

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Y

N

图1 仿真系统程序具体流程图

初始化仿真环境

建立合理的仿真模型之后，应对UG环境展开初始化操作，随之进入运动分析模块。为了方便在仿真系统内合理控制机床的各个运动部件，在开展仿真操作前要对机床模型中的几何体实施遍历，随后获得相关几何体的指针。

解释NC代码语义

基于NC代码对整个机床加工环节进行仿真操作，必须准确解释机床NC代表的意义，把代码指令进行转化，从而得到机床不同轴的联动运动。机床NC代码是由大量繁乱的机床运动指令组成，每次读取的代码都必须进行语义解释，从而把NC代码内有用的控制命令和数据转换为机床各个轴的位移。

基于三维造型仿真加工过程

使用三维实体造型的办法，能在仿真环境内更改不同的视角并无需重新进行计算，准确表示刀具与工件之间的几何关系和位置。把NC代码予以转化成各个轴的位移，并对其运动情况实施仿真操作。在三维造型中把动画一帧帧的展示出来，并保存到UG后台数据库内。经过存储的仿真动画能够反复回放，可以根据各行的NC代码依次显示，实际显示时可以进行放大、缩小及变换视角等操作。基于三维造型对整个加工环节进行仿真操作，能够准确展现出空间内实体之间的位置关系，三维效果非常好。

干涉检查仿真过程

对仿真过程进行干涉和检查操作，主要是对加工操作中刀具、夹具、刀柄与工件之间进行干涉。因整个仿真过程采用三维实体造型的模式，因此干涉检查就是对机床模型运动时是否相交进行判断。采用模型的几何体指针，对加工环节内可能出现的干涉部件其位置关系展开检查计算。如果运动部件遭到干涉，创建干涉产生的实体，并通过UG系统获取干涉部位的深度、体积等相关信息，并输出形成干涉效果的NC代码，为合理修改刀具轨迹提供可靠依据。

五坐标机床仿真系统实现

文中以五坐标联动机床为研究对象，为该机床建立仿真模型，同时为三元叶轮的铣削加工环节实施仿真操作。整体式三元叶轮形状非常复杂，具有大量的约束条件，因此加工难度较大，这是五轴数控加工操作中独具代表性的零件。根据数控机床具体的传动尺寸，基于UG环境创建仿真模型，对机床各个轴的运动方向及副作性质进行设定，同时把建立的模型存储为模板文件。五坐标联动机床的运动轴是由2个转动轴，和三个移动轴组合而成。根据实际机床部件的具体尺寸，使用UG/Modeling模块为机床部件创建各自的实体模型，随后使用UG/Assemblies模块把不同部件进行装配操作，从而形成完整的实体模型。在UG/Motion运动分析模块挑选工作台等机床部件定义成连杆，移动副由机床的X、Y、Z轴定义，B、C轴表示转动副，根据设定的机床传动轴运动方向进行操作，同时设定运动副其驱动方式是Articulation。对仿真完成的机床模型进行保存，就能加载各类工件、刀具及夹具，如此采用同个机床对各类工件进行加工时，不需要反复创建仿真模型。通过UF_UI_FILENAME函数弹出的对话框，挑选应该装配的部件，同时输入待装部件的位置，采用UF_ASSEM_assembly函数对部件进行装配，并把部件实体指针设置为运动副。若装配部件有必须隐藏的地方，可通过UG中Blank命令对其进行隐藏操作。

【结束语】：总之，基于UG建立的数控加工仿真模型，可以对整个加工过程机床干涉情况进行检查，为合理修改刀位提供有效依据，提升整个数据加工的工作效率，具有优良的实用性。

【参考文献】

[1] 范蓉.整体叶轮曲面造型及数控加工仿真研究[J].中国机械，2013，（6）：102-103.

[2] 章芳芳.基于Vericut的车削中心仿真系统研究[J].科技视界，2013，（28）：180-180.

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《数控加工技术》是职业学校“机械制造工艺与设备专业”的主干课程。我们承担了“《数控加工技术》课程教学改革方案”教改课题。在课题中强调了加强数控编程能力，相对淡化数控机床结构，渗入专业英语教学，加强实验、实训环节，提高学生对知识的综合应用能力。为了确认方案的实施效果，我们在教学中使用了该方案，并对实施的前后过程进行了分析研究。

一、教改实施前的准备

（一）授课计划的制定

我们承担了三年制国家级示范性专业（机械制造工艺与设备“先进制造技术”方向）学生的《数控加工技术》课程教学任务。根据教改后的教学大纲，结合现有实验设备和实验设备使用原则，我们制定了新的授课计划。相对教改之前增加了实验内容、手工及自动编程内容，相对淡化数控机床结构分析。时间安排上也作了调整，以前将数控车床的编程放在一起讲，讲完之后再讲数控铣床的编程，同学们很容易遗忘前面学的车床编程内容。现在，将编程分为基础篇和提高篇，将数控车床和数控铣床穿插在其中，不断地提高学生的编程能力。

（二）教学内容的准备

因为教学大纲和授课计划作了充分调整，本学期我们重新对课程内容进行备课。讲稿内容中增加了专业英语，从原版的数控教材中摘录了一些数控知识，对数控专业词语也作了英语注释

二、教改实施

（一）采用行为导向的教学方式

我们尽量采用行为导向的教学方式.让学生有更多自主学习的机会。在开学之初，将授课计划发给学生，让学生知道本学期的学习内容和教学进度，对于认真学习的同学，可以让他们做到课前预习。另外，还采用了布置自行研究课题的形式，在教学中部分采用以学生为中心的课堂教学方式，结合一些多媒体的教学方法进行编程知识的教学，并加强实验、实训环节，采用传、帮、带的方式进行实践教学。

（二）自行研究课题

在学期开学初，我们就将课题内容公布给学生，并告知学生如何做、为何要做。学生在学习本课程的同时，能够在课外翻看一些数控资料，在课余老师还曾带学生去上海新国际展览中心观看工业设备展览。期中，让已经做好课题论文的学生在课前用5分钟左右时间向同学介绍，期末时全部上交规定字数的小论文。自行研究课题让学生学会了收集资料、使用资料，学会了专业论文的书写方式，更重要的是使他们了解了数控加工技术的最新发展方向，并激发部分同学对数控的学习兴趣。让学生在课外积累数控相关知识，扩大知识面，充分发挥了学生的主观能动性。

（三）在教学中逐步渗透以学生为中心的课堂教学

《数控加工技术》课程教学内容较新，技术发展较快，但因为班级学生人数很多（每班有50左右的学生），也因为传统的学习方式在学生心中根深蒂固，教学作大规模的改变也许会影响教学效果，所以，我们只在几次课堂教学中选部分内容进行试点。通过几次尝试，学生的积极性有所调动，课堂气氛活跃了许多。上台讲解既能锻炼学生的表达能力，又能使教师了解学生对知识的掌握程度。

（四）加实验、实训环节

实验、实训一直是深受学生喜欢的教学环节.学生确实在这一环节能巩固数控加工知识并进一步学到一些实践知识。我们以行为导向的教学模式为依据，尽量多为同学提供自我参与的机会。

（五）改善教学评价系统