NCSIMUL作為制造業(yè)的軟件解決方案，為數(shù)控加工提供了虛擬仿真平臺(tái)，對(duì)于提升數(shù)控加工效率具有重要的作用泡嘴。未來，該虛擬制造技術(shù)將應(yīng)用于更廣泛的領(lǐng)域逆济。

數(shù)控加工仿真是數(shù)控技術(shù)酌予、仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的交叉應(yīng)用。實(shí)際數(shù)控加工過程中奖慌，常常為了校驗(yàn)數(shù)控程序的正確性抛虫，需進(jìn)行一次或多次試切，同時(shí)數(shù)控加工參數(shù)也需要不斷調(diào)試，直到確認(rèn)數(shù)控程序能夠完成預(yù)定的加工要求建椰。這樣不僅浪費(fèi)資源雕欺、效率低下，而且可能因操作過程中的碰撞或干涉等問題造成經(jīng)濟(jì)損失棉姐。數(shù)控加工過程仿真則可以很好地解決以上問題屠列。

由于零件的3D形狀越來越復(fù)雜，機(jī)床是多軸聯(lián)動(dòng)伞矩，在加工過程中笛洛，加工參數(shù)的選擇是否合理，零件與機(jī)床是否干涉乃坤，是否存在過切等現(xiàn)象既相互關(guān)聯(lián)又各自遵循自己的變化規(guī)律政庆。工藝人員以現(xiàn)有的工藝水平以及分析計(jì)算手段很難考慮周全，所以必須給技術(shù)人員提供一種能綜合考慮各種因素驼吓，能制定匕蚁、優(yōu)化數(shù)控工藝流程的輔助手段。為此迫切需要應(yīng)用相對(duì)成熟的仿真技術(shù)對(duì)數(shù)控加工過程進(jìn)行真實(shí)加工前的演示與分析道夭，以便在早期及時(shí)發(fā)現(xiàn)解決問題渊唁。同時(shí)也可以縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率倾断。

法國SPRING Technologies公司開發(fā)的NCSIMUL軟件是世界上應(yīng)用最廣泛的專業(yè)數(shù)控加工仿真系統(tǒng)仆玖，具有強(qiáng)大的3D加工仿真、驗(yàn)證守皆、優(yōu)化等功能歪低。2010年推出的最新版本8.8版為過程仿真提供了強(qiáng)有力的支持。

NCSIMUL軟件目前已廣泛應(yīng)用于汽車制造砸镀、航空航天盔曼、模具制造等行業(yè)，其最大特點(diǎn)是可仿真各種CNC系統(tǒng)唱逢，能仿真CAD/CAM后置處理的NC程序吴侦，其整個(gè)仿真過程包含程序驗(yàn)證、分析坞古、機(jī)床仿真备韧、優(yōu)化和模型輸出等。

NCSIMUL的解決方案以標(biāo)準(zhǔn)形式提供了所有用于仿真數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)狀態(tài)痪枫、執(zhí)行生產(chǎn)前檢驗(yàn)和分析NC程序的功能织堂。這些標(biāo)準(zhǔn)功能分為：NC程序分析;加工仿真;結(jié)果輸出;程序優(yōu)化-OPTITOOL。

為了最大限度地減少用戶用于驗(yàn)證NC程序的時(shí)間奶陈，NCSIMUL被設(shè)計(jì)用于分析經(jīng)過后置處理或手工編制的NC程序易阳。為了廣泛滿足工業(yè)界的需要附较，NCSIMUL支持結(jié)構(gòu)化的程序(客戶編制的子程序)以及使用系統(tǒng)變量、循環(huán)潦俺、宏程序等翅睛。在NCSIMUL的幫助下，沒有必要因?yàn)榇_定某些程序問題而對(duì)工件加工進(jìn)行仿真黑竞。從加工任務(wù)的上載起，NCSIMUL可提供以下功能尤吟。

(1)刀具軌跡顯示 用戶可自行設(shè)定刀具軌跡顯示拘能，允許進(jìn)行可視化的分析，用于排除明顯碰撞或可能的加工原點(diǎn)錯(cuò)誤翁骗。

(2)錯(cuò)誤報(bào)告 在實(shí)際加工過程仿真之前侣沐，NCSIMUL也可檢測到所有語法類型的錯(cuò)誤。

(3)動(dòng)態(tài)鏈接的窗口 所有的加工信息引笛、3D視窗笆低、程序窗口等被緊密地鏈接。任何信息的改變都將被動(dòng)態(tài)更新决毕，因此程序員可憑借遠(yuǎn)超過真實(shí)數(shù)控機(jī)床上的交互性對(duì)NC程序進(jìn)行分析忌挺。

(4)刀具序列的循環(huán)時(shí)間 從程序被上載起，NCSIMUL將以表格的形式顯示詳細(xì)的報(bào)告留满，包括每個(gè)刀具和每個(gè)運(yùn)動(dòng)類型的不同時(shí)間(快速運(yùn)動(dòng)時(shí)間嫂藏、實(shí)際加工時(shí)間以及總時(shí)間等)。 NCSIMUL為每個(gè)軸計(jì)算進(jìn)給速度喻谭、轉(zhuǎn)速峻胞、加速度，這會(huì)在加工之前使操作人員獲得對(duì)加工循環(huán)時(shí)間的精確估計(jì)关带。

(5)集成化編輯器下的交互式程序修改 NCSIMUL的集成化程序編輯器可及時(shí)修正檢查到的錯(cuò)誤或?qū)Τ绦虻募磿r(shí)修改進(jìn)行測試侥涵。

加工仿真

NCSIMUL支持復(fù)雜運(yùn)動(dòng)仿真，能夠?qū)θ魏渭庸ぶ行幕蚨嗤ǖ?a target="_blank" class="mmstipl3" href="http://www.atkqc.com/miller/">銑削加工進(jìn)行仿真宋雏，并無任何軸數(shù)目的限制芜飘。NCSIMUL以標(biāo)準(zhǔn)形式支持所有機(jī)床環(huán)境元素(如機(jī)床控制面板、傳送裝置磨总、回轉(zhuǎn)頭等)燃箭。具有能夠處理并聯(lián)機(jī)構(gòu)的能力，尤其是機(jī)器人舍败、TRICEPT機(jī)床等招狸。

而且接近真實(shí)環(huán)境的仿真，基于創(chuàng)新的技術(shù)邻薯，NCSIMUL能夠在仿真機(jī)床運(yùn)動(dòng)的同時(shí)去除仿真材料裙戏。其具有的3D OpenGL技術(shù)能夠在不中斷仿真過程和不影響仿真性能的情況下輕松進(jìn)行3D操作(縮放乘凸、旋轉(zhuǎn)和平移)，或者在多個(gè)視窗中動(dòng)態(tài)切換累榜。在任何時(shí)候营勤，都可以自動(dòng)(如每次報(bào)警、換刀等)或手動(dòng)中斷仿真癣辉，以查看被加工工件模鹿。

進(jìn)行加工事故的檢測，在仿真過程中传起，可以設(shè)置對(duì)所有類型的碰撞和切削事故(刀具不匹配挚雾、主軸停轉(zhuǎn)、刀具在加工工件中的快速移動(dòng)等)進(jìn)行檢測報(bào)警掺挺，并在3D視窗中以紅色顯示報(bào)警區(qū)域钩氓。

另外，還可以對(duì)刀具相對(duì)于夾具的伸出長度進(jìn)行優(yōu)化狰丝≈玻基于NCSIMUL的優(yōu)化設(shè)計(jì)，是指通過NCSIMUL的優(yōu)化模塊OPTITOOL重新計(jì)算進(jìn)給速度或主軸轉(zhuǎn)速產(chǎn)生一個(gè)優(yōu)化的刀具加工軌跡文件化团。優(yōu)化刀具軌跡并不改變刀具加工的路線佛岛，而是確保所產(chǎn)生的優(yōu)化軌跡文件擁有最佳的進(jìn)給速度或主軸轉(zhuǎn)速，這樣會(huì)在最少的時(shí)間里生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品辐荷。通過選擇毛坯和刀具的材料烫饼，由OPTITOOL后臺(tái)的TMP(刀具材料)數(shù)據(jù)庫對(duì)進(jìn)給速度和主軸轉(zhuǎn)速做最優(yōu)分析，給加工者提供切削參數(shù)的設(shè)置指導(dǎo)试读。TMP數(shù)據(jù)庫是SPRING Technologies給用戶提供NC加工解決方案的20多年中積累的寶貴經(jīng)驗(yàn)杠纵。

發(fā)動(dòng)機(jī)整體葉輪加工實(shí)例

首先以某航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)葉輪的加工為例，介紹基于NCSIMUL8.7環(huán)境的加工仿真過程钩骇。整體葉輪作為發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵薄壁類部件比藻，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能影響很大，它的加工成為提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)倘屹，其質(zhì)量直接影響其空氣動(dòng)力性能和機(jī)械效率银亲。但是由于整體葉輪結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，其數(shù)控加工技術(shù)一直是制造行業(yè)的難點(diǎn)纽匙。

此型發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪結(jié)構(gòu)復(fù)雜务蝠，精度要求很高，采用配置西門子SINUMERIK 840D數(shù)控系統(tǒng)烛缔、瑞士斯達(dá)拉格毫蠖危科特(StarragHeckert)產(chǎn)的型號(hào)為STC1250的帶A擺軸、B旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的臥式五軸銑加工中心進(jìn)行加工践瓷。

該葉輪所采取的加工策略為亭颈，采用3+2定位五軸加工婚廷，盡量減少聯(lián)動(dòng)軸數(shù)，提高加工的穩(wěn)定性悠蹬。采用3D區(qū)域清除策略藏苫，粗加工留余量0.5mm，下切為3mm跛拌，主軸轉(zhuǎn)速8000r/min信炬，進(jìn)給速度為1200mm/min。采用賽車道加工却痴，光順余量移蔼，下切方式為螺旋，充分發(fā)揮高速加工的效率咏逛。也可考慮采用五鈾聯(lián)動(dòng)方式加工，好處是可以給后續(xù)的加工留下更均勻的余量奢惋，缺點(diǎn)是聯(lián)動(dòng)時(shí)切削不如定位五軸穩(wěn)定预隆。

當(dāng)采取五軸聯(lián)動(dòng)加工時(shí)，在加工過程中機(jī)床啸盲、刀具膳灶、夾具、毛坯等之間發(fā)生碰撞干涉的可能性會(huì)更大立由，所以在加工之前利用NCSIMUL進(jìn)行仿真就更加有必要了轧钓。

在 NCSIMUL8.7中建立該葉輪加工仿真，首先開始新建一個(gè)工作任務(wù)锐膜，在此任務(wù)中可添加仿真所必需的所有元素毕箍，如機(jī)床、控制器道盏、夾具而柑、刀具庫、毛坯荷逞、程序等等媒咳。然后，進(jìn)行虛擬數(shù)控機(jī)床建模种远，在NCSIMUL中涩澡，使用NCMOTION模塊來構(gòu)建機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。其次坠敷，指定機(jī)床控制系統(tǒng)文件汹涯，調(diào)用 NCSIMUL 8.7中已集成的西門子SINUMERIK 840D系統(tǒng)。NCSIMUL軟件本身提供了近百個(gè)數(shù)控系統(tǒng)文件数屁，包括了從兩坐標(biāo)到五坐標(biāo)渡表、從FANUC娶讽、HEIDENHAIN到SIEMENS的各種數(shù)控系統(tǒng)，完全可以滿足實(shí)際應(yīng)用的需要赐罪。然后進(jìn)行刀具庫建模涉等，定義加工該葉輪所需的所有刀具，類型可包括銑刀详础、車刀程挑、鏜刀、螺紋銑刀和探頭等普易，對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的刀具臊耳，NCSIMUL還提供了NCProfile 模塊來進(jìn)行任意形狀刀具的定制。最后幾步就是工件毛坯和夾具建模畜股、選擇用于該葉輪加工的NC程序以及根據(jù)NCSIMUL提供的初始化功能添加一些地板颈侈、燈光等輔助選項(xiàng)。最后開始進(jìn)行仿真闷旧。

這種在航空制造領(lǐng)域中的典型薄壁類零件长豁，都是在五軸加工中心上進(jìn)行加工，五個(gè)軸同時(shí)參與加工運(yùn)動(dòng)時(shí)所合成的運(yùn)動(dòng)忙灼，對(duì)于一般的編程人員是很難確定的匠襟，但是NCSIMUL機(jī)床仿真軟件就很好地解決了這個(gè)問題。特別是對(duì)于做五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的后置處理程序是一個(gè)難點(diǎn)该园，而如果有了機(jī)床仿真酸舍，就能很好地驗(yàn)證后置處理程序，避免了直接在機(jī)床上驗(yàn)證后置處理程序里初，從而節(jié)約了財(cái)力啃勉、人力和工時(shí)。對(duì)于五軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控加工程序双妨，通過仿真能成功避免因五軸聯(lián)動(dòng)的各軸運(yùn)動(dòng)優(yōu)先級(jí)不同而引起的碰傷工件情況璧亮。同時(shí)應(yīng)該在整個(gè)加工過程中貫穿程序優(yōu)化的思想，對(duì)于粗加工斥难，目的是盡快去掉多余的材料枝嘶，優(yōu)化能使得在不斷變化的切削條件下，保證刀具以最大安全速度切入材料蟹梗。對(duì)于半精加工和精加工膜暴，經(jīng)過粗加工后，切削抗力很大尚稍，優(yōu)化技術(shù)會(huì)考慮刀具在何處切入材料道暑，從而調(diào)節(jié)進(jìn)給率以維持穩(wěn)定的切削抗力，這將延長刀具壽命并得到更高的表面質(zhì)量竭珊。對(duì)于高速加工人蕊，刀具切入材料的方式至關(guān)重要葬聘。進(jìn)給率太低會(huì)產(chǎn)生磕碰聲、振動(dòng)和工件硬化锤镀，這將導(dǎo)致表面粗糙度降低赖相，刀具過早損壞。切削抗力過高會(huì)造成切削壓力過大及不良的切削條件手索，從而引起刀具钳骚、主軸、夾具或機(jī)床的損壞唱枝。調(diào)節(jié)進(jìn)給率能保持穩(wěn)定的切削抗力或體積切削率貌嫡。

綜上所述，運(yùn)用NCSIMUL軟件對(duì)數(shù)控加工進(jìn)行仿真该溯，驗(yàn)證了其在實(shí)際應(yīng)用中的可行性岛抄，解決了數(shù)控編程和實(shí)際制造加工過程中的過切、欠切狈茉，以及刀具夫椭、工件與機(jī)床部件和工夾具的碰撞問題，降低了材料消耗和生產(chǎn)成本论皆，提高了工作效率益楼。作為今后的一個(gè)重要發(fā)展方向猾漫，數(shù)控加工仿真可進(jìn)一步提高仿真精度和效率点晴，并有利于實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)的集成，將為我國制造業(yè)的信息化起到很大的推動(dòng)作用悯周。

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