郏豪杰

（上海市嘉定区职业技术学校，上海 201899）

0 引言

数控技术与我国社会中的许多行业都有着极为紧密的联系，它可以作为辅助工艺，应用在生产与研究之中[1]。数控技术经常与计算机辅助制造同时应用，主要是以数控加工的对应编程为主结构，再加之其他的技术的完善优化，最终实现自动化的数字控制[2]。数控编程的模式很多，对于普通的加工企业，选用综合型的数控编程即可，但是如果是大型的生产制造企业，就必须要选用复杂型腔的数控编程结构，这样才更加符合系统对数字化指令的执行效果。

数控编程作为一项同时具备控制与CAM调节的控制技术，主要的作用是依照不同零件的模型与相关的加工工艺，再加之指标参数的设定，计算出加工走刀过程中需要更改调整的CL点，终于形成完整的数控加工程序。传统的数控编程模式相对较为固定，对于数控异常情况的处理与调节能力也十分有限，在实际应用的过程中，时常会出现问题与缺陷，为企业日常的制造和生产带来负面影响，一定程度上还会造成经济损失。面对这种情况，再加之我国科技的不断发展，数控技术得到了极大地创新，与之相关的数控机床结构以及控制系统也变得越来越复杂，这也使得数控的精密程度和效果得到了提升。

铣削加工仿真是一项十分关键的环节，主要采用三维技术，将所设计出来的产品，通过相关技术作比例还原，并进行编程处理，完善整体的模型精细程度，模拟产品的零件，并利用交互式的图形编程，强化控制系统的可操作性，形成更为高效的加工模式。因此，对复杂型腔数控编程与铣削加工仿真进行分析研究。在较为真实地环境下，创建编程、加工环境，在极大复杂情况下，可以适当更改合并相关的处理环节，提高生产制造的效率，以此来进一步提升我国整体的数控编程与加工仿真的技术水平，推动制造以及相关行业的不断创新与发展。

1 复杂型腔数控编程与铣削加工分析

1.1 数控抛光工艺参数设定

在进行复杂腔数控编程与铣削加工的方法探析前，需要先进行数控抛光工艺指标参数的设定。加工抛光通常都是采用机械来实现的，利用不同角度的抛光轮将所制造的产品以及方向进行旋转摩擦，使整个工件表面凸出的区域逐渐被削掉[3]，同时对于一些凹陷部位，也会起到填平的作用。此时，工件会发生形变，在这个抛光的过程中，传统的处理模式主要是采用人工对所抛曲面进行控制，虽然可以达到最终的目标，但是在实际操作的过程中，还是会出现相应的误差，影响最终的处理结果。所以，在面对这样的情况时，数控抛光是更好地选择。数控抛光的作用因素有很多，举例：工件材质平衡、磨粒的作用力度、抛光的范围指标以及轮转的速度等。具体如图1所示。

图1 数控抛光影响因素关联

根据图1中的关系，可以了解到对应的影响因素。随后在此基础上，还需要计算相应的三角作用精度。

式中：H为三角作用精度，E为抛光质量，为允许出现的极限2数控误差。通过以上计算，最终可以得出实际的三角作用精度。将其作为抛光的最低作用范围，估算实际的抛光压力，在合理的范围之内，确保抛光轮与所制造工件之间处于平衡的依赖关系。通过三角作用关系，将数控抛光的顶边实际加工率与侧方的作用参数关联在一起，得出的平均值为数控抛光工艺的实际应用参数。

1.2 数控曲面位姿程序设定

在完成数控抛光工艺参数的设定之后，在此基础上，进行数控曲面的位姿程序的设定与控制[4]。工件的数控抛光节点通常是与曲面的位姿作用点相呼应的。首先，需要确定位姿的执行矢量值。

式中：L为位姿的执行矢量值，为提取轨迹，α为作用特征范围，t为节点抛光距离，通过以上计算，最终可以得出实际的位姿的执行矢量值。并在作用曲面上设定对应的提取过程，具体如图2所示。

根据图2中的设定提取流程，完成对位姿数据的确定。根据提取的估计数据，确定抛光的轨迹特征接口对象。依据数控抛光轨迹计算器离散控制值。

图2 曲面设定流程提取

式中：Y为离散控制值，γ为核心作用范围，R为轨迹控制系数，U为提取总范围。通过以上计算，最终能够得出实际的离散控制值。将其设定在数控加工设备的轨迹遍历处理程序之中，并依据独有的特征在程序中创建新的关联树。关联树的作用是将所制造的工件加工的控制程序关联在一起的一种执行协议，它可以根据对象的特征名称以及应用类型来进行筛选和处理[5]，并形成特殊的作用流程和模型，从而形成一个新的数控曲面的位姿程序。但需要注意的是，这种程序仅限于应用在曲面的数控工作之中，虽然会取得较好的效果，但是对于截面和直面的作用控制力不强。

1.3 后置数控加工处理算法设计

在完成数控曲面的位姿程序的设定之后，需要设计后置的数控加工处理算法。现在系统中设定预估坐标轴，在坐标轴上可以将所编制的程序实现转化控制，形成一个数控加工的变换过程[6]。可以依据工件刚体的独立特征，在坐标上设立加工作用点，并将其简化为一个固化直线的坐标系运动。设定数控加工处理范围，并计算变换比例。

式中：G为计算变换比例，θ为余弦系数，B为单位向量。通过以上计算，最终可以得出实际的计算变换比例。依据此比例，将加工的矢量划分为对应的比例，在此基础上，设计后置数控加工处理算法。

式中：M、N、J为数控后置位姿值，μ为单元向量描述值，b为重合后置范围，y为间隙作用值。通过以上计算，最终可以得出实际的数控后置位姿值。在原本坐标系之中，依据算法所计算的数值，进行后置数控加工仿真定位，并设定全息坐标中心点。

1.4 建立多目标铣削加工仿真模型

在完成后置数控加工处理算法的设计之后，进行多目标铣削加工仿真模型的建立。仿真模型的功能模块主要分为以下几类：图像仿真处理模块、刀路仿真模块以及抛光机床仿真。利用三维激光技术，对机床进行扫描[7]，将模型导入系统之中，设定多目标的仿真流程，利用后置数控加工处理算法计算出相关的指标参数，并将其设定在系统的控制区域之中。抛光机床的仿真在模型中是基础的功能模块，主要是对加工的过程中进行仿真模拟处理，并获取相关的目标数据信息。

图像仿真处理模块与刀路仿真模块一般情况下是相连的，首先将刀路的仿真点以实际多目标的铣削位姿节点进行关联操作，使抛光的轨迹可以清晰显示便可。进行刀路重构抛光轮基础铣削处理结构的创建。生成多目标的抛光加工模型仿真装配文件，并依据文件中的目标数据标准，调整为铣削位姿矩阵[8]，实现最终的原点抛光轮铣削加工仿真模型。在模型之中设立后置数控加工处理算法，并添加铣削加工的实际目标执行程序，最终完成模型的建立。

1.5 复杂交互处理实现加工仿真

在完成多目标铣削加工仿真模型的建立之后，接下来，通过复杂交互处理来最终实现加工仿真。首先，依据实际的处理情况，计算交互的动态链接仿真系数，如公式（8）所示：

式中：Q为交互动态链接仿真系数，η为交互范围，ν为数控抛光的作用函数，ρ为动态的误差。通过以上计算，最终可以得出实际的交互动态链接仿真系数。利用计算的系数，编制成对应的交互处理复杂指令。这部分可以利用互联网中的指令编制处理平台来实现。完成指令的编制之后，将其设定在模型之中，以复杂动态处理的方式进行开发[9]。依据加工的需求设立功能模块，并将交互处理的模式更改为复杂属性页交互，最终通过复杂交互处理来实现复杂型腔数控编程与铣削加工仿真。

2 仿真实验

本次实验主要是对复杂型腔数控编程与铣削加工进行仿真效果的验证与分析。测试共分为3组，第1组为传统的重叠精度加工仿真法，将其设定为传统方法1；第2组为UG特征加工仿真方法，将其设定为传统方法2；第3组是本所设计的加工仿真方法，将其设定为复杂数控加工仿真法。完成以上说明及设定，开始实验准备。

2.1 实验准备

首先，进行实验换环境的搭建，具体如下：数控编程以及铣削加工的执行管外主要是采用3轴联动的类型，所以，要在仿真前，进行轴断标准数差的计算。

式中：K为轴断标准数差，χ为仿真的设计预留范围，d为联动系数。通过以上计算，最终可以得出实际的轴断标准数差、将这个数值作为数控的最低极限标准，在设立的X、Y、Z轴上作出标记。

设立实验的相关试件，由于本次实验的所建立的加工模型是统一的数学计算模型，为了表面加工出现硬化的情况，并且增加表面的反弹性，要对工件以及刀具等相关的钢材三轴加工机床、高速铣削加工机器、陶瓷轴承处理器、高精度的定位系统以及三轴联动立式加工处理中心等，对此设备进行指标参数的设定，具体见表1。

根据表1中的数据信息，对三轴联动立式数控处理机进行指标参数的设定。仿真的范围设定为1.25～4.55，仿真预行加工控制系数为0.0061，数控铣削加工仿真模式为嵌入式。检查实验设备是否处于稳定的运行状态，同时确保不存在影响最终实验结果的外部因素，核查完毕之后，开始实验。

表1 三轴联动立式数控处理机指标参数设定

2.2 实验过程和结果分析

在上述所搭建的实验环境之中，进行复杂型腔数控编程与铣削加工仿真。实验共分为三个部分：粗加工、半精加工以及精加工仿真。在铣削曲面上更改数控的弯管控制值为45，此时，加工曲面附近的试切机器会处于执行加工的状态。当弯管的角度分别设定为0°、35°、65°、90°、180°时，同时进行铣削加工的仿真。分别对三组进行实验测试，得出最终的测试结果，对其进行对比分析，见表2。

通过表2中的分析，可以得出最终的结果，将结果转换为图例，对其仿真的效果进行比较分析，如图3所示。

根据图3中的对比，可以得出最终的结论：上述是截取的部分产品铣削加工仿真的图像，可以观察到随着加工控制以及数控编参数的调整与细化，仿真的效果逐渐增强，图像也更加平缓，说明仿真效果相对更佳，具有潜在的应用价值。

图3 加工仿真对比

3 结语

随着技术的进步，制造市场对于复杂零件的需求量也在不断地扩大，这也使得人们对于零件的要求逐渐提升，零件的精密度越来越高，制造的控制程序也变得更加繁琐复杂。传统的手工编程已经不能再适用现如今社会的需求了，需要提出具有验证与仿真功能的数控程序与加工模式。本设计的方法可以更好地实现快速编程，并计算出符合实际加工的数控代码，一定程度上减少了不必要的实际铣削验证，很大程度地提高了生产的效率，减少机床故障，增强加工的质量与处理效率，合理控制了生产成本，对于复杂型腔数控编程的发展以及铣削加工仿真技术的完善具有极为重要的意义，为其他行业数控加工提供了理论依据。