基于仿真技术提高数控车削加工产品质量的探讨

1、    基于仿真技术提高数控车削加工产品质量的探讨    刘振强摘  要：数控车削加工是现代数控加工中使用最广泛、最基本的加工方法，为不断提高数控车削加工产品质量，已经研究和实施了很多有效的方法和措施。基于仿真技术提高数控车削产品质量的关键主要体现在三个方面：过程建模、仿真以及加工误差分析。为了全面反映数控车削加工核心本质内容，需要结合上述三个方面展开，构建数控车削加工仿真系统模型，并对其车削加工产品的误差进行补偿分析。本文主要探讨这三点技术内容，思考如何利用仿真技术提高数控车削加工产品质量的具体方法。关键词：仿真技术  数控车削加工

2、  仿真系统模型  误差补偿：tg659                            ：a                    ：1674-098x（2021）02（b）-0088-04discussion on improving the quality of nc turning products based on sim

3、ulation technologyliu zhenqiang（tianjin first light industry school， tianjin， 300232 china）abstract： cnc turning is the most widely used and basic processing method in modern nc machining. in order to improve the quality of nc turning products， many effective methods and measures have been studied a

4、nd implemented. the key to improve the quality of nc turning products based on simulation technology is mainly reflected in three aspects： process modeling， simulation and machining error analysis. in order to fully reflect the core essence of nc turning， it is necessary to build a simulation system

5、 model of nc turning and analyze the error of turning products. this paper mainly discusses the three technical content， thinking about how to use simulation technology to improve the quality of cnc turning productskey words： simulatoon technique; cnc turning; simulation system model;error compensat

6、ion数控车削加工中，机床、刀具、夹具、加工工艺和加工程序的选择非常关键，它们直接影响数控车削的加工质量与生产效率。为了有效提高数控车削加工產品质量，降低对操作人员的技术要求、刀具损耗和原材料消耗，必须从更多方面思考数控车削加工产品的质量提升方法。1  数控车床仿真技术应用基本理论1.1 基本概念数控车床仿真技术是基于计算机软件仿真提出的，它通过计算机技术模拟展示实物真实模型，实现这一过程就要经历三个重要环节：第一环节，将具有模拟对象性质与相关规律的应用数学和物理语言展现出来，并进行具体描述，这是典型的数理建模过程;第二环节，结合计算机具体工作特性，建立数理模型并表达为适合于快速计算

7、的正确方法，同时要满足数据结构构建过程，该过程被称为仿真建模;第三环节，建立仿真模型并在计算机屏幕中展示图像、动画以及专用技术，体现对象分析过程，该过程被称之为“仿真试验”或“可视化过程”。在数控车削加工仿真过程中，需要利用计算机技术明确虚拟加工环境，例如构建有数控车床、车床夹具、刀具和工件等组成的虚拟仿真车削系统，验证数控车削加工全过程。数控车削产品仿真加工具有很好的正确性与可靠性，对具体切削过程进行预测，代替传统的实际工件试切方式，提高整体切削生产加工质量和效率。在针对数控加工图形进行仿真加工过程中要结合二维建模与三维建模两种形式，在保证三维造型技术成熟的基础之上，对数控加工仿真系统中的三

8、维图形显示技术进行分析，基于光照、材质、纹理展示功能等内容，明确数控车床的基本结构。1.2 基本结构对数控车床的基本结构进行分析，由于数控设备已经提前编写好程序并存入到系统内存中，因此需要结合数控装置执行编写好程序，完成具体的生产加工过程，同时运用数控仿真技术对设备中的主要结构内容、工作原理进行分析，以上给出具体的数控车床基本结构框架图，如图1。在构建数控设备结构过程中，主要希望分析它的信息输入与输出装置，优化计算机数控装置与伺服系统等诸多部分。要特别关注数控装置的设置过程，因为它是整个数控设备控制的核心部分，它其中采用到了微处理器和小型计算机技术内容，主要通过软件实现部分或所有数控技术功能。

9、例如其中就融入了零件程序输入、微型计算机软件功能、硬件电路硬件功能、伺服系统以及受控设备。1.3 数控车削车床加工数控车床在生产车削加工产品过程中利用到高精度、高效率的自动化机床仿真技术，配合数字信息控制零件就实现了对刀具的有效位移，优化机械加工技术应用过程，全面实现了机械高效率化与自动化加工途径。具体来讲，数控车削车床加工的基本技术流程应该如下：第一，利用数控车床进行工件加工。在深入了解零件图纸后，结合全面分析了解生产零件的具体材料、形状、尺寸以及精度，确定加工用机床与刀具内容。第二，确定具体的数控车削加工工艺路线。在该过程中要详细分析零件的原始图样，并确定好具体的加工零件工装夹具，明确定位

10、与加工路线，最终选定正确、合理的切削用量等工艺参数。第三，确定计算好刀具轨迹的实际坐标值。按照计算好坐标值设计加工路线，最终计算出零件具体工件坐标系的坐标值与刀具中心轨迹。针对某些结构形状复杂的零件，则需要利用计算机辅助加工系统完成整个车削加工产品设计加工计算过程。第四，编写出实用的数控车削加工程序。在该过程中要提前确定好加工运动顺序，按照数控车床具体要求编制加工程序，并进行加工程序优化。第五，最后要校验数控车削加工程序代码。将具体的加工程序代码直接录入到数控车削加工机床中，同时做好调试与切削运行准备工作。只有这样才能有效保证所生产产品的加工精度1。2  数控车削加工产品质量提升的有

11、效对策如前言所述，数控车削加工在实际生产中融入了数控仿真技术系统，其在产品生产质量提升方面要做好三点工作：过程建模、仿真以及加工误差分析，以下结合这三点展开分析，并提出数控车削加工产品质量提升的有效对策。2.1 构建数控车削仿真系统生产过程模型首先要创设数控车削仿真环境，使用到vc+编程工具，配合opengl开放式图库对车削仿真环境进行优化，并绘制出真实有效的三维立体图形，明确其中具体的切削参数。在该过程中，要使用具体的预测模型，结合预测的切削变形和切削温度进行分析，分析加工工件切削变形情况与热变形情况，消除它们在加工工件过程中所产生的加工误差。在数控车削加工仿真系统建设过程中，必须对其工艺数

12、据模块、加工过程仿真模块以及切削预测模块进行全盘调整，最后给出车削仿真系统生产架构如图2。结合上述系统结构内容进行分析，建立数控车削过程的物理仿真与几何仿真技术体系，对物理仿真中涉及零件的精度内容进行分析，了解切削过程中可能出现的变形、振动以及温度变化问题。这一过程中需要结合系统编译码分析刀具刀位数据，确保数控车削在仿真过程中能够明确加工过程显示内容，实现nc代码编译调整，完全遵照数控车削仿真系统进行编程，体现技术应用到位。而在加工过程中则需要对数控车削过程中所产生的毛坯进行切削，确保刀具与车床在运动过程中实现动态化显示，合理控制数控车削仿真过程，保证车削操作到位。在该过程中就运用到openg

13、l软件技术配合双缓冲技术以实现对车削过程的仿真优化。2.2 构建数控车削切削力仿真模型在构建了车削加工生产过程仿真模型后，还需要为数控车削切削力建立仿真模型。将切削力分解为三个互相垂直的分力，其中包括圆周切削力（主切削力）fc：在主运动方向上的分力，是影响机床主运动机构、刀具和夹具车削工艺系统的强度和刚性的主要因素。背向力（切深抗力）fp：垂直于工作平面上的分力，是影响加工精度、表面粗糙度的主要因素。进给力（进给抗力）ff：进给运动方向上的分力，是影响进给机构强度的主要因素。同时，基于理想状态下分析切削力模型建设过程，在构建其仿真模型过程中需要考虑到刀具磨损情况。在现实切削加工过程中需分析刀面

14、在磨损过程中所产生的附加力作用，其中分量表示为：在上述分量算式中，fmd代表了刀具后刀面磨损时所引起的径向力（n），fzv代表了由磨损引起的刀具与工件之间所产生的摩擦力（n）， 代表了工件材料产生的布氏硬度值（mpa），vbs代表了刀具后刀面所產生的平均磨损宽度（mm）， 代表了刀具与实际工件之间所产生的滑动摩擦系数值。2.3 数控车削加工误差及误差补偿分析分析数控车床零件加工误差及误差补偿问题，首先要明确数控车床的几何误差和运动误差。其中，数控车床的几何误差主要是装配方面所存在的具体误差，数控车床的运动误差主要是数控车削过程中由于工件和刀具的相对运动而产生的误差，几何误差与运动误差就共同构建

15、形成了合成误差。在优化几何误差后，对数控车床运动情况进行分析，并对车床所产生的运动误差变化值进行深度分析。根据相关统计结果表示，运动误差占到数控车床加工整体误差的一定值以上（超过60%），因此需要建立误差数学模型，准确预测加工质量，然后做好数控车削加工误差补偿。最常见的数控车削加工误差主要包含了两大类，分别为：系统误差和随机误差。以典型车削加工工件产品为例，它就包含了工件原始误差以及工件变形误差。首先是工件原始误差，它是指由于工件表面存在缺陷而产生的误差、内应力作用所产生的误差以及毛坯余量不均所产生的误差，这些都属于随机误差。另外就是工件变形误差，它是指由于工件受到夹紧力导致变形而产生的误差，

16、亦或者工件在受到切削力变形而产生的误差，这属于变值系统误差。如果按照不同误差类型产生方式进行分析，合理划分平移方面误差与偏移方面误差，需要基于各种误差所产生的具体情况进行分析，分解成在水平面产生的误差和在垂直面产生的误差。这样就能够更为全面的分析问题，将误差具体变化规律分解，分别分析补偿其中的常值误差a、方向线性产生的变化误差k以及伴随工件主轴转角线性的变化误差。在实际加工过程中，需要分析这些误差并了解不同误差的组合类型，为随后误差补偿奠定技术基础。针对数控车削产品加工的误差补偿需要利用到仿真模拟技术，对车床本身的尺寸误差与表面误差进行组合分析，调整车削加工误差分析与控制内容，确保数控加工误差

17、实时补偿到位，提升产品整体质量与效率，确保机械加工核心问题优化到位。在工艺设计阶段，要结合nc程序对设计过程中所产生的误差内容进行分析，然后进行加工补偿。另外对切削过程中所存在的误差进行预测，建立精确可靠模型，为数控车削产品改进加工精度，提高加工效率，形成虚拟制造预测体系。在具体的加工误差补偿操作过程中，需要对由切削力所引起的加工变形问题进行分析补偿2-3。如果刀具发生了偏移，需要结合变形量对一定比例内容进行回弹分析，以此发现加工方面所存在的误差问题。在分析误差过程中，要了解数控加工编程中所存在的刀具几何纯刚性指标变化问题，了解其中的力学因素，包括它们对于刀具变形所产生的真实影响，提高工件加工

18、制造精度。在具体的数控车削加工过程中，还需要对切削力的工件变形问题进行分析，主要是利用修改工件原有的刀位文件进行分析，重新获得补偿后所产生的新刀位文件，更好满足由于制造精度需求不到位所产生的走刀路径偏差问题，它的具体刀具补偿算法应该包含以下三个步骤4：第一，要參考具体计算结果进行分析，确定不同关键控制点（pi）的具体变形量si。第二，要按照具体分析结果对加工工件材料进行分析，提出加工回弹系数，分析m所获得的具体变形回弹量内容。第三，要参考计算公式修正不同控制点（pi），并同时获得最新控制点位置（pi），同时确定 修正系数，得出以下计算公式为：如此获得具体修正值，最终得出真实、具体的刀具路径。参考刀具路径的所有数控内容与加工程序代码进行进一步编制分析，分析由切削力所引发的工件变形情况，并做好补偿，提高工件整体精度，做好刀具路径补偿，其具体实施流程如图35-6。3  结语在提高数控车削加工过程中的仿真技术应用方面，应该确保结合过程建模、仿真以及加工误差分析与补偿提高数控车削加工产品质量，有效规避在加工过程中可能产生的受力变形误差问题，不断提高数控车削加工