基于物理属性的数控程序优化

■北京新吉泰软件/ 叶飞

摘要

随着智能制造的推进与落实,很多新品上市的速度越来 越快。企业不再是考虑零件如何加工出来,而是追求如 何稳定且高效地生产,对于机械加工制造业而言,必须 要采取相对应的优化措施来实现对机械加工的技术改进与提升,本文以CGTech的Force模块为切入点,为数控程序优化提供解决方案。

快速发展的社会离不开制造工业的支撑,数控加工是零部件制造最为基础的,而数控程序的优劣直接影响零 部件加工的精度和对加工所耗费的资源,所以必须对数控程序进行分析与优化,提高零部件加工的质量稳定性 与综合效益,使机械加工行业能够得到更好的发展。​ CGTech的VERICUT产品是程序验证、机床模拟、程序优化软件领域的技术领导者。从1988年起,广泛地应用于航天、航空、船舶、汽车、地面交通、模具、消费品、 动力及重工业。

VERICUT是一款数控机床仿真软件,用以预防加工程序错误、机床碰撞或提升切削效率。​VERICUT允许 数控技术人员在机床实际运动之前发现潜在的错误, 从而减少生产现场的手工干预。​VERICUT还能优化数控程序的进给速度,提升加工效率。

CGTech 公司的 Force 是 VERICUT 软件中一个基于物理属性优化数控程序的模块,它可以分析和优化数 控程序加工过程中的切削条件。​Force模块根据加工 材料、刀具、机床参数来生产最高效的数控程序,最终实现节省加工时间,提高刀具和机床使用寿命的目的。​FORCE依据4个因素来计算出最优的进给率: 刀刃上的负载、主轴功率、最大切屑厚度、最大允许进给率。

图 1: 软件预测与实际检测的切削受力

VERICUT Force 模块介绍

1)​Force​是一种基于物理性能的优化方法。根据刀具 的受力、主轴功率、最大切厚以及最大允许的进给率
这四点要素而给定的​切削条件,Force​计算出最大的可靠的进给速度。​Force​是用​物理模型基于切削力和主轴功率计算来调整进给速度。
2)​Force​通过分析刀具的几何外形和参数、毛料和刀具的材料属​性、具体的切削刃几何形状以及​ VERICUT​中每一刀的切削接​触状况,可以计算出理想的进给速度。
3)Force​通过一系列专用的材料系数来计算材料的受 力以及摩擦​和温度的影响,在​NC​程序中插补入合适 的切削条件。​4)Force​使用的材料数据是来源于真实 的加工实验结果,而不是​依靠有限元分析结果来推算的。​Force​所使用的独特的切削系​数,使得我们能够计算出最精确的切削力。

图 2: 工作原理与流程


VERICUT Force 的好处及特点

1)​实用有效的工具软件模块,操作简单,不需要有限 元知识,计算速度快,适合大面积推广应用。

2)为数控程序分析提供图表化的切削条件信息各种切削方案的快速测试与迭代保证每齿进给最大化以及稳定性。

3)减少加工时间,提高生产效率。

4)减少机床的振动。

5)避免由于受力过大而断刀。

6)逐行分析刀刃和加工材料的相互作用。

7)一种材料模型可以应用于多个刀具和机床。

8)预付不合适的切削条件,如过大的力、功率/扭矩 和刀具变形充分利用刀具技术,改进刀具使用性能, 使加工过程更加稳定,用Force优化后的程序,在不 超过刀具最大受力或者机床最大功率/扭矩的情况下, 稳定运行在最大每齿进给。因此,大大提高了刀具的 性能和寿命。

9)对难切削材料,特别是在五轴联动加工如五轴侧铣很有优势。

10)提高零件表面质量。

图 3: 多种图标显示选项

分析

Force给编程人员提供前所未有的加工信息,他们可 以轻易地看到每一刀的加工情况,包括切削条件、受力、材料去除率、功率、扭矩和刀具变形等。简单操 作便可以看到加工所选择行的所有切削情况。

1、在程序上真实机床加工之前,Force可以预先分析整个加工过程,真实加工时,第一次便可以加工出合 格的产品。

2、FORCE​计算理想的进给率依据于:刀具形状与参数、毛坯材料属性、刀具材料、详细的刀刃形状以及 VERICUT智能零件技术。

3、FORCE​使用特定的毛坯材料数据来计算切削条件,并考虑毛坯的强度,切应力条件、摩擦和温度的影响。

4、Force​使用的材料数据是来源于真实的加工实验结果,而不是依靠有限元分析结果。

图 4: 程序优化前后对比

图 5: 刀具冲击案例

优化(参考图5)

1、Force让程序优化变得简单快捷,通过考虑每行程序刀具和加工材料之间的接触情况以及刀刃的形状, 来计算最佳的进给率。
2、Force​使用的独特材料数据提供当今最精确的切削力计算,它非常适合难切削材料,特别是在五轴联动加工时如五轴侧刃铣。
3、一旦获得毛坯的材料数据,它可以应用于一系列的刀具和数控机床,刀具变形可以被预测以及控制。

图 6: 程序优化前后对比

材料

VERICUT​Force​的材料目录是根据​ISO​PMKNSH​材 料完成的。​(参考图6)

总结

使用VERICUT​Force模块可以简便且准确的得知数控 加工中刀具的受力情况,并且可以在不超过刀具受力 或机床最大功率/扭矩的情况下,自动优化加工效率。 稳定的切削受力不仅可以减少了机床每个轴电机上的 可变力,使得机床加工运行更平稳。机床操作者也不 必要频繁的调整进给倍率以应对不稳定的切削,可以 保持良好的加工状态,无需人员值守、干预,为数控 加工自动化提供最可靠的加工优化程序。■

联系信息

北京新吉泰软件有限公司
作者:叶飞
邮箱:18611675947@163.com

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