基於物理屬性的數控程序優化
摘要
隨著智能製造的推進與落實，很多新品上市的速度越來 越快。企業不再是考慮零件如何加工出來，而是追求如 何穩定且高效地生產，對於機械加工製造業而言，必須 要採取相對應的優化措施來實現對機械加工的技術改進 與提升，本文以CGTech的Force模塊為切入點，為數 控程序優化提供解決方案。
快速發展的社會離不開製造工業的支撐，數控加工是零 部件製造最為基礎的，而數控程序的優劣直接影響零 部件加工的精度和對加工所耗費的資源，所以必須對數 控程序進行分析與優化，提高零部件加工的品質穩定性 與綜合效益，使機械加工行業能夠得到更好的發展。 CGTech的VERICUT產品是程序驗證、機床模擬、程序 優化軟件領域的技術領導者。從1988年起，廣泛地應 用於航天、航空、船舶、汽車、地面交通、模具、消費品、 動力及重工業。
VERICUT是一款數控機床仿真軟件，用以預防加工程 序錯誤、機床碰撞或提升切削效率。VERICUT允許 數控技術人員在機床實際運動之前發現潛在的錯誤， 從而減少生產現場的手工干預。VERICUT還能優化 數控程序的進給速度，提升加工效率。
CGTech 公司的 Force 是 VERICUT 軟件中一個基於 物理屬性優化數控程序的模塊，它可以分析和優化數 控程序加工過程中的切削條件。Force模塊根據加工 材料、刀具、機床參數來生產最高效的數控程序，最 終實現節省加工時間，提高刀具和機床使用壽命的目 的。FORCE依據4個因素來計算出最優的進給率： 刀刃上的負載、主軸功率、最大切屑厚度、最大允許 進給率。
VERICUT Force 模塊介紹
1)Force是一種基於物理性能的優化方法。根據刀具 的受力、主軸功率、最大切厚以及最大允許的進給率
這四點要素而給定的切削條件，Force計算出最大的 可靠的進給速度。Force是用物理模型基於切削力和 主軸功率計算來調整進給速度。
2)Force通過分析刀具的幾何外形和參數、毛料 和刀具的材料屬性、具體的切削刃幾何形狀以及 VERICUT中每一刀的切削接觸狀況，可以計算出理 想的進給速度。
3)Force通過一系列專用的材料係數來計算材料的受 力以及摩擦和溫度的影響，在NC程序中插補入合適 的切削條件。4)Force使用的材料數據是來源於真實 的加工實驗結果，而不是依靠有限元分析結果來推算 的。Force所使用的獨特的切削系數，使得我們能夠 計算出最精確的切削力。
VERICUT Force 的好處及特點
1)實用有效的工具軟件模塊，操作簡單，不需要有限 元知識，計算速度快，適合大面積推廣應用。
2)為數控程序分析提供圖表化的切削條件信息各種切
削方案的快速測試與迭代保證每齒進給最大化以及穩 定性。
3)減少加工時間，提高生產效率。
4)減少機床的振動。
5)避免由於受力過大而斷刀。
6)逐行分析刀刃和加工材料的相互作用。
7)一種材料模型可以應用於多個刀具和機床。
8)預付不合適的切削條件，如過大的力、功率/扭矩 和刀具變形充分利用刀具技術，改進刀具使用性能， 使加工過程更加穩定，用Force優化後的程序，在不 超過刀具最大受力或者機床最大功率/扭矩的情況下， 穩定運行在最大每齒進給。因此，大大提高了刀具的 性能和壽命。 9)對難切削材料，特別是在五軸聯動加工如五軸側銑 很有優勢。 10)提高零件表面質量。
分析
Force給編程人員提供前所未有的加工信息，他們可 以輕易地看到每一刀的加工情況，包括切削條件、受力、材料去除率、功率、扭矩和刀具變形等。簡單操 作便可以看到加工所選擇行的所有切削情況。 1、在程序上真實機床加工之前，Force可以預先分析 整個加工過程，真實加工時，第一次便可以加工出合 格的產品。 2、FORCE計算理想的進給率依據於：刀具形狀與參 數、毛坯材料屬性、刀具材料、詳細的刀刃形狀以及 VERICUT智能零件技術。 3、FORCE使用特定的毛坯材料數據來計算切削條 件，並考慮毛坯的強度，切應力條件、摩擦和溫度的 影響。 4、Force使用的材料數據是來源於真實的加工實驗結 果，而不是依靠有限元分析結果。
優化（參考圖5)
1、Force讓程序優化變得簡單快捷，通過考慮每行程 序刀具和加工材料之間的接觸情況以及刀刃的形狀， 來計算最佳的進給率。
2、Force使用的獨特材料數據提供當今最精確的切削 力計算，它非常適合難切削材料，特別是在五軸聯動 加工時如五軸側刃銑。
3、一旦獲得毛坯的材料數據，它可以應用於一系列 的刀具和數控機床，刀具變形可以被預測以及控制。
材料
VERICUTForce的材料目錄是根據ISOPMKNSH材 料完成的。(參考圖6)
總結
使用VERICUTForce模塊可以簡便且準確的得知數控 加工中刀具的受力情況，並且可以在不超過刀具受力 或機床最大功率/扭矩的情況下，自動優化加工效率。 穩定的切削受力不僅可以減少了機床每個軸電機上的 可變力，使得機床加工運行更平穩。機床操作者也不 必要頻繁的調整進給倍率以應對不穩定的切削，可以 保持良好的加工狀態，無需人員值守、干預，為數控 加工自動化提供最可靠的加工優化程序。■
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作者：葉飛
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