【关键词】机床 数控铣削 三维仿真 虚拟现实
【摘 要】介绍了一种典型零件的数控铣削仿真加工，采用CAXA软件生成NC代码，利用CAXA软件的CAM功能进行数控仿真，然后加载到VNUC仿真软件的计算机模拟机床里，模拟真实机床运动，最后通过数据线将G代码传输到实际机床，形成“虚拟＋现实”的仿真模式。这种模式弥补了CAD／CAM软件数控仿真的种种不足，将虚拟的机床运动与实际的数控操作融为一体，可使用户既掌握数控铣削加工的基本原理，又掌握数控系统操作的基本技能。
现代机械制造所需要的大量数控技术人才主要来自相关专业的大中专院校及培训机构。为满足实践性教学培训的需求，需要建立专门的机加工实训基地投人大量的数控设备及场地，其成本非常高昂；并且学生在操作初学阶段，非常容易发生刀具与工件、夹具 、机床的干涉和碰撞现象，既造成 了易耗品的浪费，又使实训教师劳动强度加大，造成人力的浪费。因此 ，某职业技术学院对数控初学阶段的学生首先安排在数控仿真室进 行学习，然后再采 用虚拟现实(Virtual Reality，vn)技术实行课堂、实习指导一体化化教学。VR技术主要利用计算机对机械制造的作业环境、过程进行完全可视化模拟 ，评价各个焦点对象 (机床、待加工件、刀具等 )的运动 ；然后通过数据线将 G代码传输到实际机床 ，使传统的 VR技术与现实场景结合起来 ，形成 “虚拟 +现实”的模式。
图 1为 “虚拟 +现实”示意图。作者仅从计算机虚拟动画技术来模拟实际的铣削加工。
1 典型零件结构和 CAXA软件数控仿真加工
1．1 典型零件结构
图2所示为数控铣削加工零件。该零件长度为120mm，宽度为 100mm，厚度为 20mm，除了需要加工上面的成型面外，还要加工两个深孔，采用的毛坯材料为45钢。
1．2 零件的数控模拟仿真
数控机床通过零件程序对其加工过程进行控制零件程序的正确与否直接决定加工质量和效率的高低，而且不正确的加工程序还会导致生产事故。零件程序的检验方法有几种。方法之一是在正式加工前让机床空运行，空运行只能对机床运动是否正确即有无干涉碰撞作粗略的估计；而若用实物试切的方法，则可对加工过程是否正常及加工结果是否满足要求作出较准确的判断。但试切是一项费时且昂贵的工作，其效率很低而且需要增加生产成本，此外试切过程的安全性也得不到保障。在计算机上利用三维图形技术对数控加工过程进行模拟仿真，可以快速、安全和有效地对NC程序迅速进行修改，免除反复试切过程，降低材料消耗和生产成本，提高工作效率。因此，数控加工过程中的计算机仿真是 NC程序高效、安全和有效的检验方法。
1．2．1 CAM软件生成刀具轨迹，输出 NC程序代码
毛坯是用来选择刀具、确定切削用量和计算粗加工刀具轨迹的重要依据。在完成零件造型设计之后，选择加工定义毛坯命令，弹出定义毛坯对话框，在毛坯定义中选择参照模型方式，则毛坯尺寸调整 为120mm×100mm X 20mm，如图 3所示。首先选择等高线加工的加工方式。然后设置软件要求的一些参数，诸如加工边界、刀具参数、走刀方式、切削用量参数等，再由编程人员在屏幕上拾取要加工的实体边界，最后由 CAM软件自动生成刀具加工轨迹，如图4所示，再经后置处理，生成 NC程序代码，NC程序代码如图5所示。
1．2．2 CAM软件三维加工仿真
CAM软件自动生成 NC程序代码之后，软件要进行语法检错与译码，转换成仿真模块所接受的格式，然后刀具轨迹计算模块计算刀具轨迹，驱动软件实现仿真运动。同时控制刀具沿轨迹走刀，对毛坯切削的动态图像显示过程进行全方位的模拟仿真，如图6所示 ，并对代码进行反读校验。仿真过程可以随意放大、缩小和旋转，便于观察 细节；可 以调节仿真速度；能显示多道加工轨迹的加工结果；仿真过程中可以检查刀柄 干涉 、快速移动过程(G00)中的干涉、刀具无切削刃部分的干涉情况；可以将切削余量用不同颜色 区分表示，并把切削仿真结果与零件理论形状进行比较。灵活、强大的加工仿真将加工的风险降为最低。
2 VNUC软件中的数控仿真加工
在数控加工实训教学中，有很多问题需要解决，诸如实训设备少，学生多，设备无法分配；实训教学的安全问题；教师在实训教学中的劳动强度太，神经高度紧张等。为了解决这些问题，在实训初级阶段，建议在数控仿真软件上进行操作练习。
VNUC数控加工仿真软件是利用计算机虚拟动画技术来模拟实际机床的加工过程，用它验证数控加工程序的可靠性，预测切削过程的正确性，减少工件的试切，提高生产效率。VNUC数控加工仿真软件是让学生在操作真正机床前先充分掌握安装了不同类型数控系统的加工仿真操作，同时通过仿真演示积累一定的数控加工操作经验，用起来形象、科学、安全、经济。
选择华中世纪星数控铣床，安装毛坯和刀具，进行机床回零操作，然后进行对刀，并把刀具偏置值输入到 G54坐标系中，最后把 CAXA生成的 NC代码加载到 VNUC数控加工仿真软件里，这时选择 自动加工方式，再循环启动就可以进行仿真加工了。图7为在VNUC数控加工仿真软件里进行仿真加工。然后把NC程序代码通过工厂的局域网送到车间进行实际加工，加工之前再校验 G代码功能，看一下加工代码的轨迹形状，做到加工之前心 中有数。这样就形成“虚拟 +现实”的仿真模式，将虚拟的机床运动与实际的数控操作融为一体。
3 结束语
“虚拟 +现实”的仿真模式弥补了仅 CAM软件仿真的不足，将虚拟的机床运动与实际的数控操作融为一体，可使用户既掌握数控机床加工的基本原理，又掌握数控系统操作的基本技能。因此，“虚拟 +现实”的仿真模式是以计算机虚拟机床代替真实机床，可以减少培训成本，保证培训质量。具有强大的生命力和广阔的发展前途。
参考文献：
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