ICS01.100.01 J 04
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T39334.4—2020
机械产品制造过程数字化仿真第4部分：数控加工过程仿真要求
Digital simulation of mechanical products manufacturing process-
Part 4 : Requirements of NC machining process simulation
2021-03-01实施
2020-11-19发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会 发布 GB/T39334.4—2020
目 次
前言
范围 2 规范性引用文件
术语和定义分类 4.1 按仿真目标分类 4.2 按加工类型分类 5 一般要求 6 基本流程
3
4
详细要求 7.1 仿真方案制定 7.2 仿真模型构建 7.3 仿真运行分析 7.4 结果评价与优化
7 GB/T39334.4—2020
前言
GB/T39334《机械产品制造过程数字化仿真》分为5个部分：
第1部分：通用要求；一第2部分：生产线规划和布局仿真要求；一第3部分：装配车间物流仿真要求；一第4部分：数控加工过程仿真要求；
一第5部分：典型工艺仿真要求本部分为GB/T39334的第4部分本部分按照GB/T1.1一2009给出的规则起草请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任，本部分由全国技术产品文件标准化技术委员会（SAC/TC146）提出并归口。 本部分起草单位：徐工集团工程机械股份有限公司、中机生产力促进中心、中国电子科技集团公司
第三十八研究所、中车株洲电力机车有限公司、河南柴油机重工有限责任公司、上汽通用五菱汽车股份有限公司、陕西法士特齿轮有限责任公司、西安电子科技大学、西安陕鼓动力股份有限公司、中国电子科技集团公司第三十研究所、深圳市格林晟科技有限公司。
本部分主要起草人：赵正龙、武瑞、辛明哲、陈杰、魏一雄、沈龙江、顾向阳、韦辑、严鉴铂、余功炎刘焕玲、张胜利、韩增福、杨平、陈正江、汪洪敏
SAC
= GB/T39334.4—2020
机械产品制造过程数字化仿真第4部分：数控加工过程仿真要求
1范围
GB/T39334的本部分规定了机械产品制造过程中数控加工过程仿真的分类、一般要求、基本流
程，以及仿真方案制定、仿真模型构建、仿真运行分析、结果评价与优化的详细要求。
本部分适用于机械产品制造过程中数控加工过程仿真有关的应用、开发、服务和研究本部分不适用于加工的物理参数仿真，
规范性引用文件
2
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T4863机械制造工艺基本术语 GB/T39334.1机械产品制造过程数字化仿真 第1部分：通用要求
术语和定义
3
GB/T4863和GB/T39334.1界定的术语和定义适用于本文件。
4分类
4.1 按仿真目标分类
根据数控加工过程仿真的目标分类，通常可分为刀具轨迹仿真、加工干涉检查、加工工艺参数（切削量、进给量、转速等）仿真等。 4.2按加工类型分类
根据数控加工的类型分类，通常可分为车削加工仿真、铣削加工仿真等。
5 5一般要求
5.1 数控加工过程仿真应符合以下要求：
符合GB/T39334.1的基本要求；
a)
b）采用三维模型； c） 仿真输入数据包括机床模型、力具模型、夹具模型、工序模型及数控程序等： d) 仿真结果能以三维动画等形式直观展示出来；
对仿真结果进行分析评价和优化，必要时可采用试加工的方式进行验证，
e）
5.2仿真软件宜与三维设计建模系统、数控编程系统、工艺设计系统等集成，并共享机床模型、刀具模 GB/T39334.4—2020
型、夹具模型、数控程序等。
6基本流程
数控加工过程仿真应包括仿真方案制定、仿真模型构建、仿真运行分析、结果评价与优化4个阶段（见图1），具体如下：
a）仿真方案制定。以加工工艺信息为输入，收集相关资料和规范，确定仿真目标，输出包含仿真
手段和仿真路线等的方案。 仿真模型构建。根据仿真方案，从仿真模型库中调用或新建工序模型、机床模型、刀具模型、夹
b）
具模型等，形成用于仿真的模型。 c） 仿真运行分析：以仿真模型和仿真方案为基础，输入数控程序、工艺参数等，选择适当的算法，
对刀具轨迹、加工干涉等进行计算和监控，并输出可供分析的数据图、表、可视化的结果文件等。
d) 结果评价与优化。以仿真结果为评价对象，按照适当的评价算法，对照评价目标和指标，形成
评价结果，进而以动态、迭代的方式对仿真方案和加工工艺进行调整和优化。
评评 A
资仿 标料 真 准收 目 规
工 数 1仿艺 控 真
工 机 刀 夹序 床 具 具模 模 模 模 参 算
价 o 价
集标范 型 型 型 型 数 福
目 4 算
标 新 法
序 法
加工工艺信息
仿真方案
仿真方案制定
仿真模型构建
仿真模型
工艺优化
仿真结果
仿真运行分析
仿真结果反馈
结果评价 评价结果优化
数控程序优化
评价结果反馈
数控加工过程仿真人员数控加工过程仿真平台
SAG
图1数控加工过程仿真基本流程
7详细要求
7.1 仿真方案制定 7.1.1 仿真目标
开展数控加工过程仿真前，应确定仿真目标，具体内容应包括但不限于： a） 验证数控程序是否正确，检查过切、欠切等现象；
2 GB/T39334.4—2020
b）验证数控程序的效率，检查加工时间等； c） 验证工艺可行性，检查力具和机床、力具和工件、力具和夹具、工件和机床之间的干涉状况； d) 验证工件加工的质量，进行加工精度和表面质量预测。
7.1.2仿真平台
开展数控加工过程仿真前，应搭建好仿真平台，具体内容应包括但不限于： a）三维模型构建软件； b) 三维模型谊染与处理软件； c) 数控加工过程仿真运行分析软件； d) 数据管理软件； e） 软件集成接口。
7.1.3其他 7.1.3.1 应根据仿真目标明确所需包含的输入对象，如工序模型，刀具、机床、夹具模型，数控程序，加工参数，外部环境参数等。 7.1.3.2 应综合考虑仿真精度和成本，明确仿真的空间、时间范围，制定合理的边界约束条件。 7.2仿真模型构建 7.2.1工作内容
数控加工过程仿真在建模阶段通常应进行以下工作，包括工序模型、机床模型、刀具模型、夹具模型构建，控制系统配置等。 7.2.2 工序模型构建 7.2.2.1 数控加工过程仿真工序模型的构建应符合以下要求：
a) 以工件的工序模型为基础进行； b） 平滑处理通过数据转换获取的模型曲线： c) 构建完成的模型具备相应的精度和公差等级： d) 根据需求选择模型的尺寸控制方式，包括中间尺寸建模和基本尺寸建模； e) 能被数控加工仿真系统读取并重用
7.2.2.2 数控加工过程仿真工序模型的构建宜符合以下要求：
a) 建模坐标系与编程坐标系统 ; b） 复用设计模型，以提高设计模型的重用率。
7.2.3 机床模型构建
机床模型的构建应符合以下要求：
将数控机床实体按照运动逻辑关系进行分解，并为各部件构建较为简单的模型，然后按照它们
a）
之间的逻辑结构关系进行装配； b) 在了解数控机床各轴之间的相互运动关系及相关参数的基础上，建立机床运动轴组件拓扑
结构； c) 机床组件模型的尺寸大小、位置关系与实际机床结构完全相同，并进行必要的简化，省去一些
与仿真无关的穴余部件；
3 GB/T39334.4—2020
d）设定机床相关参数，如机床初始化设置、机床的换力位置、机床行程等
7.2.4刀具模型构建
7.2.4.1 刀具模型的构建应符合以下步骤：
a) 建立刀具，包括确定刀具类型，定义刀具直径、刀具长度、刀具刃长、刀具夹持点和刀尖点； b) 建立刀柄； c) 根据程序中力具名称或刀具号给力具命名： d) 根据实际工艺需要设定刀具夹持点。
7.2.4.2 刀具类型、规格、刀具参数应与现场机床一致，防止刀具调用错误导致撞刀。
SAG
7.2.5夹具模型构建
夹具模型的构建应符合以下要求： a）具备主要的外廓几何要素； b) 模型特征满足碰撞、干涉等仿真要求。
7.2.6仿真控制系统配置 7.2.6.11 设置好机床的组成和结构后，应进行控制系统配置，使机床具有解读数控代码、插补运算等功能。 7.2.6.2宜在仿真软件中配置控制系统库，并直接调用 7.3 仿真运行分析 7.3.1 应调用机床模型、刀具模型、夹具模型和工件毛坏模型，并设置工件坐标系原点、刀补参数等。 7.3.2加载的数控程序应符合以下要求：
a）包含各编程坐标系的程序代码； b） 包含进退点及力具补偿地址代码：
1） 进退力点不会和工件及其他力具发生干涉，在确保安全的情况下，尽量减少空走行程； 2） 多把刀具不要选择同一退刀点，方便后期刀具轨迹的拾取； 3） 刀具进刀的时候尽量从加工点的延长线切人，保护刀尖，同时防止不完全加工； 4） 刀具补偿量与刀具参数符合。
c） 包含完整的转速、进给量等参数； d) 具备加工过程的完整刀具轨迹信息
7.3.3 数控加工过程仿真运行中的检查内容应包括但不限于：
a） 检查是否有过切、欠切、碰撞干涉等问题； b) 检查刀具补偿信息是否正确； c) 检查主轴转速、进给速度是否与当前数控机床匹配等； d) 仿真过程中状态应可控制，可按照仿真进程显示程序
7.3.4数控加工过程仿真的输出结果应包括但不限于：
a) 工件的仿真结果模型； b) 数控加工过程动画； c) 干涉、碰撞等的可视化提示信息； d) 加工时间、材料去除率等的工艺文件报表。
4 GB/T39334.4—2020
7.4结果评价与优化 7.4.1 仿真方案评价与优化 7.4.1.1 对数控加工过程仿真方案的评价应包括但不限于：
a） 结果精度是否符合预期； b） 对模型的简化是否导致计算值失真。
7.4.1.2 评价后应对仿真方案做出调整和优化，具体应包括但不限于：
a) 重新选择仿真的模型精度； b） 对仿真区域进行划分； c) 调整仿真的边界条件和加载方式； d) 调整仿真计算的时间范围等
7.4.2 加工工艺评价与优化 7.4.2.1 对数控加工工艺的评价应包括但不限于：
a) 对数控程序的正确性进行判断，是否出现过切、欠切等情况； b） 对数控程序的效率进行分析，如无效切削是否存在，以及加工中的材料的去除率、加工时间、走
力路径是否最优，并估算加工成本；对工艺的可行性进行判断，如是否存在刀具与机床、刀具与夹具、工件与夹具等的干涉和碰撞，
c）
是否有切伤工件、损坏夹具、折断刀具、碰撞机床或超出行程的情况； d) 对加工质量进行分析，如根据仿真，评估加工后的表面粗糙度是否满足设计要求、是否存在过
大的进给，影响尺寸精度等
7.4.2.2 评价后应对数控加工工艺做出调整和优化，具体应包括但不限于：
a） 对仿真中出现的干涉、碰撞、过切、欠切等情况进行分析，并修改数控程序，反复选代后输出正
确的数控程序和几何仿真视频文件；
b） 消除无效切削，优化切削参数和路径，提高切削速度，提高加工效率； c） 对工件模型与设计要求进行比对分析，若其的差异性不满足要求，则修改加工参数和数控程
序，并继续进行数控加工过程仿真，直至切削模型满足设计要求，