淺談虛擬仿真技術(shù)在數(shù)控加工中的應(yīng)用

周燕峰

摘 要：隨著技術(shù)的快速發(fā)展和更新，產(chǎn)品的研制周期也大大縮短，而且產(chǎn)品的形狀也越加復(fù)雜。將計(jì)算機(jī)的一些輔助軟件用于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造，實(shí)現(xiàn)加工軌跡在三維環(huán)境下的仿真，并對(duì)后置處理之前刀具軌跡的正確性進(jìn)行驗(yàn)證；在制造之前，通過(guò)仿真軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)控程序仿真，對(duì)真實(shí)環(huán)境進(jìn)行模擬，進(jìn)而檢測(cè)出可能在真實(shí)加工中出現(xiàn)的問(wèn)題，進(jìn)而高效地完成復(fù)雜產(chǎn)品的加工。高精度、高速度、高效率、高智能是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)和目標(biāo)，虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，可以有效提高加工的質(zhì)量和效率，促進(jìn)制造業(yè)的快速發(fā)展。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真；數(shù)控加工；VERICUT系統(tǒng)應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）14-0047-02

虛擬仿真技術(shù)在加工過(guò)程中的應(yīng)用，對(duì)于縮短研制周期，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力有著重要意義，面對(duì)高精度、高速度、高智能、高效率的追求，只有將虛擬仿真技術(shù)充分運(yùn)用到數(shù)控加工中，才能有效降低錯(cuò)誤率、降低成本、提高效率，進(jìn)而提高整體的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展。

1 仿真的概念

仿真指的是把要研究的對(duì)象通過(guò)別的手段進(jìn)行模仿的一個(gè)過(guò)程。計(jì)算機(jī)虛擬仿真不同于實(shí)物仿真，它是借助計(jì)算機(jī)對(duì)比較復(fù)雜的系統(tǒng)的行為及結(jié)構(gòu)開(kāi)展的動(dòng)態(tài)模仿，從而得到這個(gè)系統(tǒng)和它變化過(guò)程中的一些特性指標(biāo)，用于預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)這個(gè)系統(tǒng)未來(lái)的行為效果，獲得決策所需信息的方法。實(shí)質(zhì)就是建立計(jì)算機(jī)仿真模型，并針對(duì)該模型在計(jì)算機(jī)上開(kāi)展試驗(yàn)。

2 仿真的意義

①仿真便于進(jìn)行多次的重復(fù)性的試驗(yàn)，并且有參數(shù)易控制、代價(jià)小、時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)；②仿真能夠在建立真實(shí)系統(tǒng)之前，對(duì)它的行為效果進(jìn)行預(yù)測(cè)，并確定出最好的模型；③針對(duì)解析表示不能進(jìn)行準(zhǔn)確求解的系統(tǒng)，仿真可以幫助其得到系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的各種數(shù)據(jù)結(jié)果，以便于求解；④仿真技術(shù)可以針對(duì)那些隨機(jī)性的系統(tǒng)開(kāi)展大量的重復(fù)性的試驗(yàn)，以獲得有參考價(jià)值的特性指標(biāo)。

3 仿真系統(tǒng)

3.1 VERICUT系統(tǒng)

這是一款數(shù)控加工使用最廣泛的仿真軟件，它不但能夠很好的對(duì)數(shù)控代碼查證進(jìn)行模擬，還能很好的提升去料切削的效率。它是對(duì)數(shù)控加工的軌跡代碼的去料切削進(jìn)行交互式的模擬，并將所模擬的部位在屏幕上充分展示出來(lái)，對(duì)刀具軌跡進(jìn)行精度驗(yàn)證，保證驗(yàn)證后的部位滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。在開(kāi)始正式加工前，系統(tǒng)還可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)會(huì)對(duì)加工過(guò)程產(chǎn)生阻礙的矛盾，并找出有效的加工軌跡的序列號(hào)，有利于及時(shí)修改。

VERICUT系統(tǒng)幾乎可以識(shí)別和執(zhí)行所有刀具軌跡代碼。與真實(shí)的加工類(lèi)似，系統(tǒng)要求輸入原材料的詳細(xì)描述、走刀的軌跡代碼以及針對(duì)刀具的描述。驗(yàn)證的結(jié)果包括加工之后的三維模型（產(chǎn)品）和整個(gè)模擬過(guò)程中測(cè)出的關(guān)于所有錯(cuò)誤的一個(gè)日志性的文件。并且，通過(guò)這個(gè)系統(tǒng)得出的模型還能夠被保存、檢測(cè)或者用于當(dāng)作其他走刀軌跡的初始材料。

這個(gè)系統(tǒng)能夠模擬直到五軸的鉆孔、銑削及線(xiàn)框EDM的相關(guān)操作，還能夠?qū)︺娷?chē)和車(chē)削組合的加工過(guò)程進(jìn)行模擬。因?yàn)榇罅吭黾犹卣饕约皺C(jī)械性專(zhuān)用模塊的出現(xiàn)，VERICUT已經(jīng)成為一個(gè)可以從全方位進(jìn)行驗(yàn)證、模擬以及優(yōu)化的好方法，并且這種方法能夠有效提高數(shù)控加工的效率。

3.2 VERICUT Machine Simulation模塊

模塊的功能主要包括對(duì)能夠識(shí)別的代碼文件進(jìn)行解釋?zhuān)?duì)機(jī)床依據(jù)數(shù)控代碼展開(kāi)加工的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行可見(jiàn)性的模擬。對(duì)于那些坐標(biāo)系的加工、補(bǔ)償?shù)毒唛L(zhǎng)度、補(bǔ)償?shù)毒咧睆降葟?fù)雜性較高的加工技術(shù)，該系統(tǒng)都能夠進(jìn)行仿真。

Machine Simulation對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模擬，對(duì)機(jī)床的碰撞和過(guò)程進(jìn)行錯(cuò)誤探測(cè)，VERICUT對(duì)工件加工的過(guò)程進(jìn)行模擬，并對(duì)數(shù)控代碼進(jìn)行正確性的檢驗(yàn)。這樣就形成了對(duì)整個(gè)數(shù)控加工過(guò)程進(jìn)行全面錯(cuò)誤檢測(cè)的一個(gè)系統(tǒng)，以便獲得最高效率的加工過(guò)程。

3.3 VERICUT MULTI-AXIS模塊

MULTI-AXIS（多軸模塊）：模擬驗(yàn)證四軸及五軸銑、鉆、車(chē)、車(chē)銑復(fù)合加工。

由于多軸機(jī)床的復(fù)雜性，出現(xiàn)損壞的可能性大大增加。該模塊在VERIFICATION和MACHINE SIMULATION模塊的基礎(chǔ)上，使VERICUT能夠模擬和驗(yàn)證多軸（三軸以上）的車(chē)、銑和車(chē)銑復(fù)合加工。對(duì)這些多軸加工進(jìn)行干涉、碰撞檢查，以提前預(yù)知并想辦法解決可能出現(xiàn)的事故，是保護(hù)昂貴機(jī)床的很好手段。用戶(hù)可以直接調(diào)用、修改該模塊中的自帶的多軸機(jī)床模型，也可很方便地自己建立與車(chē)間機(jī)床相應(yīng)的機(jī)床模型。

3.4 VERICUT OPTIPATH模塊

OPTIPATH（優(yōu)化模塊）：優(yōu)化NC程序，實(shí)現(xiàn)高效切割。

優(yōu)化NC程序，使其更快，效率更高。該模塊根據(jù)機(jī)床、刀具等切削條件優(yōu)化進(jìn)給率，特別是在拐角處和高速銑時(shí)調(diào)整速度，保護(hù)了機(jī)床和刀具。同時(shí)，減少了機(jī)床和刀具的磨損，降低了成本。該模塊能節(jié)約30%或更多的加工時(shí)間，仿佛多了一臺(tái)機(jī)床，極大地提高了NC機(jī)床的生產(chǎn)率。

4 VERICUT仿真軟件的應(yīng)用

選擇VERICUT系統(tǒng)進(jìn)行加工仿真前，第一步，要借助Mac-

hine Simulation建立相關(guān)的機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)的模型，這個(gè)過(guò)程中系統(tǒng)會(huì)向使用者提供一些控制文件庫(kù)供其修改或調(diào)用，進(jìn)而達(dá)到定制的要求，再借助建模模塊進(jìn)行機(jī)床幾何模型的建立，依據(jù)圖紙對(duì)機(jī)床的初始位置進(jìn)行設(shè)定，得到相應(yīng)的工作文件、機(jī)床文件以及控制文件。第二步，借助VERICUT對(duì)毛坯和夾具進(jìn)行定義，將走刀軌跡調(diào)入，對(duì)刀具的文件及形狀進(jìn)行定義，并進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定。第三步，從VERICUT內(nèi)進(jìn)到Machine Simulation中，依據(jù)機(jī)床的模型進(jìn)行機(jī)床實(shí)體、毛坯及夾具實(shí)體的添加，進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)定，就能夠進(jìn)行機(jī)床運(yùn)動(dòng)和刀具軌跡的同步仿真。依據(jù)系統(tǒng)提供的相關(guān)文件以及仿真的實(shí)際情況，可以對(duì)刀具軌跡的一些參數(shù)和文件進(jìn)行修改，直到仿真符合要求為止。此外，系統(tǒng)的一些模塊還可以將設(shè)計(jì)的模型與加工之后的模型進(jìn)行比較，確定出它們之間的差異，以便于對(duì)仿真中可能出現(xiàn)的欠切或過(guò)切進(jìn)行探測(cè)。

5 數(shù)控加工中的仿真應(yīng)用

對(duì)于數(shù)控技術(shù)，工藝路線(xiàn)的編制是重點(diǎn)，刀具和加工參數(shù)的選擇是整個(gè)工藝的難點(diǎn)。在相同的路線(xiàn)條件下，不同的刀具與加工參數(shù)對(duì)工作效率和零件質(zhì)量有很大的影響。不論是復(fù)雜零件的外輪廓加工還是腔體的加工，還是五軸對(duì)零件的加工，選擇合適的刀具都是整個(gè)零件加工工藝的難點(diǎn)，對(duì)整體的加工工藝有著很重要的影響。

當(dāng)前階段虛擬加工技術(shù)被廣泛的應(yīng)用，可以完成驗(yàn)證數(shù)控代碼，同時(shí)還可以對(duì)整個(gè)工藝路線(xiàn)的合理性、正確性進(jìn)行驗(yàn)證，但是，道具和參數(shù)的選擇只能做定性分析，一些其他的軟件可以做到有關(guān)的定量分析，比如VERICUT軟件，這種軟件可以進(jìn)行自動(dòng)化的對(duì)比，在零件加工過(guò)程中，可以使工作人員快速、準(zhǔn)確的選擇刀具。還可以根據(jù)實(shí)際的條件進(jìn)行虛擬驗(yàn)證，從而可以檢查出工作時(shí)存在的潛在問(wèn)題，使工藝方案更加優(yōu)化。

一些仿真軟件可以使數(shù)控加工全過(guò)程實(shí)現(xiàn)仿真模擬。這種方法可以大大的縮短程序調(diào)控時(shí)間，同時(shí)還可以減少設(shè)備的消耗。應(yīng)用仿真技術(shù)在加工一些復(fù)雜的零件時(shí)，可以減少程序出現(xiàn)錯(cuò)誤的可能性，從而使操作者更加安全，減少刀具損害的現(xiàn)象。提高工作效率和加工質(zhì)量，促進(jìn)制造業(yè)的快速發(fā)展。

6 結(jié) 語(yǔ)

虛擬制造和智能加工已經(jīng)成為制造業(yè)發(fā)展的目標(biāo)和方向，虛擬仿真技術(shù)在數(shù)控加工中的應(yīng)用，借助相關(guān)的系統(tǒng)和軟件對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的模擬，可以大大提高加工的準(zhǔn)確性，減少錯(cuò)誤率，縮短產(chǎn)品的研制周期，增加產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，還對(duì)促進(jìn)整個(gè)制造業(yè)的高速發(fā)展有重大的意義。

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