小議數(shù)控加工中仿真技術(shù)的應(yīng)用

王守峰

（臨沂職業(yè)學(xué)院，山東臨沂，276017）

今年來(lái)，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)飛速發(fā)展，對(duì)加工制造業(yè)的要求越來(lái)越高，在現(xiàn)代的機(jī)械加工中，數(shù)控加工在加工效率和成本上有極大的優(yōu)勢(shì)，在現(xiàn)有的企業(yè)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。在目前的機(jī)械制造業(yè)數(shù)控機(jī)床的使用較為廣泛，數(shù)控技術(shù)在企業(yè)中的作用日益明顯。

1 數(shù)控加工仿真技術(shù)

數(shù)控加工技術(shù)是將計(jì)算機(jī)人機(jī)交互技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖形相結(jié)合，應(yīng)用于機(jī)械加工過程。數(shù)控加工中仿真技術(shù)是應(yīng)用可視化技術(shù)，模擬現(xiàn)實(shí)中的數(shù)控加工工藝系統(tǒng)環(huán)境在建模仿真軟件的幫助下，模擬實(shí)際機(jī)床加工環(huán)境及其工作狀態(tài)，在計(jì)算機(jī)中顯示加工路線，技術(shù)人員通過計(jì)算機(jī)的錯(cuò)誤信息數(shù)控加工過程進(jìn)行調(diào)試，避免干涉和撞刀現(xiàn)象的發(fā)生，提高數(shù)控機(jī)床安全使用率。在傳統(tǒng)的數(shù)控加工中，常采用材質(zhì)較軟的切削材料來(lái)代替實(shí)際零件材料進(jìn)行試切加工。

數(shù)控加工仿真主要有幾何仿真和物理仿真兩種方式。幾何仿真是將刀具和加工件看作剛體，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌跡的計(jì)算，它排除了切削參數(shù)和切削力等物理因素的作用。幾何仿真的關(guān)鍵技術(shù)是對(duì)毛坯、夾具及刀具的幾何建模技術(shù)，在幾何造型中，最高級(jí)的模型是實(shí)體模型。

機(jī)械加工過程中，幾何校驗(yàn)只是前提條件，更加重要是物理仿真，物理仿真能揭示加工過程的物理本，幫助我們了解切削力、切屑、振動(dòng)形成等方面。先要建立加工過程的切削力模型，在此模型的基上仿真動(dòng)態(tài)切削力。切削力對(duì)刀具磨損、破損、刀設(shè)計(jì)以及機(jī)床夾具設(shè)計(jì)都有很大的影響。切削力仿真是系統(tǒng)進(jìn)行物理仿真的基礎(chǔ)。在物理仿真中關(guān)鍵是：如何提取幾何仿真中的切削層參數(shù)，并將其應(yīng)于切削力的計(jì)算和加工參數(shù)的優(yōu)化中；物理仿真切削力計(jì)算模型和刀具變形模型的建立；物理仿真和參數(shù)優(yōu)化及自適應(yīng)控制的結(jié)合。有限元方法是數(shù)值方法最為典型的應(yīng)用,它的出現(xiàn)和發(fā)展給工業(yè)帶來(lái)了巨大的變化。

2 數(shù)控加工仿真技術(shù)的現(xiàn)狀

在國(guó)外，美國(guó)開發(fā)的培訓(xùn)數(shù)控操作人員的虛擬控機(jī)床仿真器是現(xiàn)代的數(shù)控加工中仿真技術(shù)的出行，韓國(guó)的Turbo-TEK 公司為了培訓(xùn)操作人員開發(fā)了用于專業(yè)培訓(xùn)的虛擬數(shù)控車削及銑削加工環(huán)境，可以進(jìn)行數(shù)控加工的幾何仿真。日本 SONY 公司研究的FREDAM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了用球頭銑刀加工的自由曲面，還可以實(shí)現(xiàn)三維仿真，用于加工中的干涉和碰撞檢查。機(jī)遇這些研究，退出了一系列的應(yīng)用軟件，用于先進(jìn)的管理基和實(shí)踐操作操作功，明顯的提高制造業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，目前企業(yè)中常見的數(shù)控加工技術(shù)可以通過Mastercam、UG和Pro/E 等軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在國(guó)內(nèi)，目前數(shù)控加工仿真技術(shù)研究的方向主要是刀具的軌跡問題。華中理工大學(xué)開發(fā)的 NCPVSS 系統(tǒng)，它主要是針對(duì)數(shù)控銑削加工的仿真過程，該系統(tǒng)主要是通過三維動(dòng)畫來(lái)顯示顯示數(shù)控加工過程，從動(dòng)畫中及時(shí)的發(fā)現(xiàn)程序中出現(xiàn)的問題并及時(shí)調(diào)試。哈爾濱工業(yè)大學(xué)主要是研究集成的數(shù)控加工仿真環(huán)境和多軸數(shù)控加工中心，除此之外還可以通過圖形工作站來(lái)實(shí)時(shí)顯示三維多軸數(shù)控加工過程，便于數(shù)控加工的管理、調(diào)試和調(diào)度。

幾何仿真的加工方式是把刀具和零件看成剛體，可以檢驗(yàn)程序是否正確，物理仿真將刀具和零件看作可以變形的彈性體，用于消除切削變形引起的加工誤差。兩者各有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，由于幾何仿真沒有考慮切削過程中的物理因素難以滿足加工出的零件的技術(shù)要求，工件受力變形的影響被忽略導(dǎo)致誤差過大。另一方面，物理仿真中的切削量難以精確的被控制，導(dǎo)致表面形狀與毛坯形狀較復(fù)雜的零件的加工精度難以得到保證。只有將幾何仿真或物理仿真兩者結(jié)合起來(lái)，才能有效的實(shí)現(xiàn)仿真切削過程。

3 數(shù)控加工仿真技術(shù)的應(yīng)用

在現(xiàn)在的數(shù)控加工中，VERICUT系統(tǒng)是使用最廣泛的數(shù)控加工仿真模擬軟件，它能夠應(yīng)用于模擬數(shù)控代碼查證，還可以較大的數(shù)控加工材料的實(shí)際切削速度。VERICUT系統(tǒng)可以將加工工件的模擬切割工況顯示在計(jì)算機(jī)上，便于操作人員進(jìn)行程序的檢查和調(diào)試，通過檢測(cè)刀具的具體軌跡來(lái)檢測(cè)加工工件的進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)我們的目標(biāo)加工要求。在實(shí)際的加工中，采用VERICUT系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)對(duì)加工程序進(jìn)行檢查，避免不必要的故障程序?qū)庸ぼ壽E的影響，實(shí)現(xiàn)需要的仿真系統(tǒng)的加工效果。

具體的數(shù)控加工中仿真技術(shù)的具體應(yīng)用如下所示。首先需要打開數(shù)控仿真軟件，對(duì)數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床類型機(jī)型設(shè)置。然后，打開菜單中的零件，用于定義毛坯，設(shè)置毛坯的名稱、形狀、材料等具體參數(shù)。其次，進(jìn)行機(jī)床刀具的設(shè)置，選擇具體的刀柄和刀片等選項(xiàng)。將事先編好的加工程序?qū)氲絍ERICUT系統(tǒng)中進(jìn)行零件的預(yù)加工。數(shù)控程序一般按工件坐標(biāo)系編程，通過對(duì)刀來(lái)建立工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系之間關(guān)系。在VERICUT系統(tǒng)中的仿真控制面板中進(jìn)行相關(guān)的參數(shù)的設(shè)置，選擇合理的刀具和切削參數(shù)進(jìn)行加工，避免不必要的問題發(fā)生。加工工序的正確性有助于數(shù)控加工進(jìn)行，一般情況下，常常采用易切削的材料進(jìn)行試切，便于對(duì)加工指令的檢測(cè)和調(diào)試。

4 結(jié)語(yǔ)

數(shù)控加工仿真技術(shù)是一項(xiàng)重要的 CAD/CAM 技術(shù)。通過建立高精度的加工模型、實(shí)時(shí)的仿真模擬和改善現(xiàn)有的圖形顯示的畫面感來(lái)促進(jìn)數(shù)控加工中仿真技術(shù)的發(fā)展。通過幾何仿真和物理仿真的有機(jī)結(jié)合可以建立更準(zhǔn)確的試切模型，避免不必要的加工事故的發(fā)生，可以大大的提高數(shù)控機(jī)床的使用壽命安全使用率，有助于促進(jìn)現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展。

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