數(shù)控加工仿真系統(tǒng)研究發(fā)展趨勢(shì)研究

1、數(shù)控加工仿真系統(tǒng)研究發(fā)展趨勢(shì)研究數(shù)控加工仿真系統(tǒng)研究發(fā)展趨勢(shì)研究摘要：數(shù)控加工仿真和優(yōu)化軟件，基本取代了傳統(tǒng)的切削試驗(yàn)方式，通過模擬仿真整個(gè)機(jī)床加工過程、校驗(yàn)加工程序的正確性，對(duì)發(fā)現(xiàn)程序錯(cuò)誤和改進(jìn)加工工藝有很大幫助。提高加工仿真軟件的應(yīng)用技術(shù)水平將對(duì)我國(guó)數(shù)控加工質(zhì)量和效率的提高有很大幫助。本文重點(diǎn)就數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)行進(jìn)了研究和探討。下載關(guān)鍵詞：數(shù)控加工；仿真系統(tǒng)；發(fā)展趨勢(shì)數(shù)控仿真提供了一種快速驗(yàn)證數(shù)控程序的方法，目前世界各國(guó)的

2、數(shù)控技術(shù)都正向提高模型的精確度、仿真計(jì)算實(shí)時(shí)化，以及改善圖形顯示的真實(shí)感的方向發(fā)展。幾何仿真和物理仿真相結(jié)合將獲得更精確的模型，是日前國(guó)內(nèi)急需解決的課題。物理仿真與幾何仿真的集成是未來數(shù)控加工發(fā)展的必然趨勢(shì)。通過物理仿真與幾何仿真的集成，在進(jìn)行數(shù)控加工過程幾何仿真的同時(shí)，顯示和預(yù)測(cè)加工過程中物理量的變化，對(duì)于工藝人員和生產(chǎn)者更好地了解、指導(dǎo)和控制加工過程將有著非常重要的意義。1.數(shù)控加工仿真軟件的種類分析數(shù)控加工仿真軟件是在計(jì)算機(jī)上構(gòu)建

3、部分或全部加工環(huán)境，模擬仿真加工工藝過程，實(shí)現(xiàn)可視化數(shù)控程序運(yùn)行、驗(yàn)證、分析、優(yōu)化的過程。仿真軟件是目前應(yīng)用最廣泛且效果最好的，且實(shí)現(xiàn)商品化。它利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)加工過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬仿真，模擬數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)、刀具運(yùn)動(dòng)軌跡和刀具對(duì)毛坯的切削過程，最終得到仿真加工完成后零件的三維實(shí)體模型。幾何仿真不僅能夠校驗(yàn)數(shù)控程序的正確性和切削參數(shù)的合理性、評(píng)估數(shù)控切削加效果、驗(yàn)證后置處理程序，而且還可以發(fā)現(xiàn)刀具與工件、夾具、機(jī)床之間的干涉和碰撞，

4、判斷工藝的合理性，實(shí)現(xiàn)在虛擬加工環(huán)境下評(píng)估數(shù)控加工程序和工藝過程的目的，同時(shí)也能觀察到加工過程中的冗余動(dòng)作或不合理動(dòng)作，有助于優(yōu)化數(shù)控程序、節(jié)省程序調(diào)試時(shí)間、減少毛坯材料，縮短機(jī)床加工時(shí)間，對(duì)降低加工成本、提高數(shù)控加工效率有很大的幫助。對(duì)切削過程中的振動(dòng)、切削力、刀具磨損、切屑形成、工件變形、切削溫度、材料性能等方面的仿真屬于物理仿真，通常采用有限元分析技術(shù)。國(guó)內(nèi)開發(fā)的一些加工仿真軟件，具有真實(shí)感的三維數(shù)控機(jī)床和操作面板，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控

5、銑和數(shù)控車加工全過程的仿真，其中包括毛坯定義與夾具，刀具定義與選用，零件基準(zhǔn)測(cè)量和沒置，數(shù)控程序輸入、編輯和調(diào)試，加工仿真以及各種錯(cuò)誤的檢測(cè)功能，用于產(chǎn)品演示、培訓(xùn)，可用“虛擬設(shè)備”來增加員工的操作熟練程度。2.數(shù)控加工仿真系統(tǒng)存在的問題機(jī)械加工種類繁多，存在著車、銑、刨、鉗、磨、鏜等多種加工形式且加工機(jī)理復(fù)雜，不同的切削方式和刀具形狀，其切削機(jī)理及建模方法有較大的差別，因此現(xiàn)階段仿真的內(nèi)容和方法均局限在很窄的范圍內(nèi)，主要集中于車、銑兩

6、種。即使在這兩種加工方法上，仿真的內(nèi)容也很有限。國(guó)內(nèi)外一些優(yōu)秀的仿真軟件均利用擴(kuò)展Z緩沖區(qū)的Dexel法克服復(fù)雜的布爾集合運(yùn)算，沒有任何實(shí)體空間描述，因而圖形生成質(zhì)量較差。同時(shí)為了保證圖形生成速度的實(shí)時(shí)性，其圖形顯示生成算法大多沒有建立光照模型或只模擬最簡(jiǎn)單的平行光，致使圖形生成方式為區(qū)域填充或漸變色，不符合光學(xué)原理；仿真場(chǎng)景中三維實(shí)體的視屏投影常采用平行投影，不符合透視學(xué)原理，使得仿真環(huán)境不能表現(xiàn)粗、精加工時(shí)主軸轉(zhuǎn)速的變化及工件表面紋

7、理形態(tài)，生成與實(shí)際形態(tài)不一致的切削模型。加工過程常常涉及較多的干擾因素，因此在建模的過程中如何處理這些干擾因素，使得所建模型一方面能夠正確反映實(shí)際的加工情況，另一方面又能反映干擾因素的變化對(duì)加工精度的影響成為物理仿真建模的關(guān)鍵。同時(shí)，建模過程中，涉及大量參數(shù)和數(shù)據(jù)，這些都加大建模的難度；目前的物理仿真系統(tǒng)大多數(shù)是針對(duì)某一特定的加工方式或某一特定的因素而建立的，機(jī)床類型、加工方式、刀具種類、切削參數(shù)及工件材料都事先做好規(guī)定，當(dāng)某一參數(shù)發(fā)生

8、變化時(shí)，模型往往需要進(jìn)行很大的修改或重新建模，這就使得模型的應(yīng)用范圍受到限制，模型的通用性較差；在建立物理仿真系統(tǒng)過程中通常引入大量的假設(shè)，如設(shè)定工藝系統(tǒng)剛性滿足要求，工件材料均勻分布，切削參數(shù)不發(fā)生變化等。這些假設(shè)削弱了仿真系統(tǒng)與實(shí)際的擬合程度，不符合實(shí)際加工情況。從而導(dǎo)致仿真結(jié)果與實(shí)際情況不相符，嚴(yán)重時(shí)仿真結(jié)果失真。3.數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)由于數(shù)控仿真中需要進(jìn)行大量的三維實(shí)體布爾運(yùn)算，屬于計(jì)算密集型算法，單臺(tái)計(jì)算機(jī)沒有如此高的

9、能力，要想基于實(shí)體造型的仿真達(dá)到實(shí)用要求，人們需要采用新興的網(wǎng)格技術(shù)，使數(shù)控加工仿真系統(tǒng)具有高性能的計(jì)算特性。在對(duì)物理仿真的過程中。由于加工過程的復(fù)雜性和加工形式的多樣性。并沒有過于完善的研究，商用軟件中的仿真也并沒有專門的模塊，只是有限元的運(yùn)用。物理仿真的研究相對(duì)于工程實(shí)際的需要還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠；對(duì)物理仿真的研究還有很大的空間。未來，物理仿真的研究重點(diǎn)應(yīng)集中于以下幾個(gè)方面。能夠控制不同的仿真軟件運(yùn)行的仿真控制平臺(tái)的開發(fā)，目前物理仿真使用的軟

10、件在一定程度上都能較好地反應(yīng)加工過程中的某些物理因素及其變化情況。但若要全面仿真加工過程，單純依靠一、兩種軟件還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，必須充分利用現(xiàn)有的物理仿真軟件。構(gòu)建一個(gè)仿真平臺(tái)來全面控制這些仿真軟件的運(yùn)行，全面仿真數(shù)控加工過程，這是物理仿真研究進(jìn)一步發(fā)展必須要解決的問題。仿真建模理論和生產(chǎn)實(shí)際需要相結(jié)合目前很多研究者都建立了切削加工物理仿真的理論模型，但有些模型和生產(chǎn)實(shí)際的需要還有一定的差距，將理論模型和生產(chǎn)實(shí)際結(jié)合是未來仿真研究的發(fā)展方向。

11、全面反映加工精度的質(zhì)量仿真模型和全面反映加工過程的仿真預(yù)測(cè)模刑將是下一步研究的重點(diǎn)內(nèi)容。4.結(jié)束語虛擬制造技術(shù)是世界制造業(yè)的夢(mèng)想，是二十一世紀(jì)制造業(yè)發(fā)展的方向，是制造業(yè)信息化的重要組成部分。數(shù)控加工仿真系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)虛擬制造的關(guān)鍵，由于數(shù)控加工仿真系統(tǒng)出現(xiàn)的時(shí)間較短，至今仍存在著若干問題亟待解決，隨著研究的不斷深入，數(shù)控加工仿真系統(tǒng)將會(huì)朝著面向多種加工方式和更加符合實(shí)際工況的方向發(fā)展。參考文獻(xiàn)：李充寧數(shù)控加工仿真技術(shù)發(fā)展分析[J].中國(guó)新技