探機械加工虛擬實驗技術(shù)

摘要：基于持續(xù)改革與發(fā)展的工業(yè)形勢下，機械制造業(yè)獲得了非常大的改變，作為制造業(yè)關(guān)鍵部分的機械加工獲得了普遍地應(yīng)用，人們也非常注重機械加工虛擬實驗技術(shù)的應(yīng)用。成功地開發(fā)與研制機械加工虛擬實驗技術(shù)，能夠優(yōu)化機械產(chǎn)品的開發(fā)、制造、裝配等，從而實現(xiàn)機械加工效率的提升。為此，本文分析了機械加工虛擬實驗技術(shù)及其應(yīng)用問題。

關(guān)鍵詞：機械加工;虛擬;實驗技術(shù);應(yīng)用

在加速發(fā)展的制造業(yè)的當(dāng)今形勢下，企業(yè)為了跟持續(xù)改變的市場需要相符合，加工制造的機械產(chǎn)品務(wù)必具備較高的技術(shù)水平與柔性。只有如此，才可以迅速地反應(yīng)市場改變的需求、實現(xiàn)開發(fā)和生產(chǎn)新產(chǎn)品周期的縮短、提升開發(fā)新產(chǎn)品的質(zhì)量，從而實現(xiàn)開發(fā)和生產(chǎn)費用的減少，最終實現(xiàn)理想的效益。當(dāng)今，隨著普遍應(yīng)用機械加工虛擬實驗技術(shù)以及應(yīng)用輔助的虛擬現(xiàn)實技術(shù)、仿真技術(shù)、信息技術(shù)，促進(jìn)了機械加工技術(shù)的進(jìn)步，能夠確保設(shè)計的新產(chǎn)品合理化，在機械制造業(yè)中體現(xiàn)日益關(guān)鍵的作用。

一、機械加工虛擬實驗技術(shù)概述

機械加工虛擬實驗技術(shù)通過相關(guān)的軟件構(gòu)建多體力學(xué)和三維實體的機械系統(tǒng)模型，進(jìn)而對機械新產(chǎn)品的性能進(jìn)行評價和分析，最終提供設(shè)計以及制作物理樣機的根據(jù)，這是對設(shè)計和制造工藝過程的優(yōu)化。機械加工虛擬實驗技術(shù)有著傳統(tǒng)方式難以企及的巨大作用與優(yōu)勢。一是CAD軟件設(shè)計中的三維幾何造型技術(shù)通過計算機完成復(fù)雜的繪圖過程，這讓設(shè)計者在設(shè)計機械新產(chǎn)品上具備更多的時間與精力，從而有利于設(shè)計者重視優(yōu)化與正確設(shè)計產(chǎn)品的現(xiàn)象。二是通過三維造型技術(shù)構(gòu)建的虛擬化模型能夠更加形象和簡單地描述機械系統(tǒng)。三是修改技術(shù)（虛擬技術(shù)中具備的一種技術(shù)）能夠迅速地修改設(shè)計的機械產(chǎn)品。機械虛擬加工實驗技術(shù)的應(yīng)用可以對機械零件的可加工性進(jìn)行合理地評估，以及檢驗NC程序的準(zhǔn)確性，這使傳統(tǒng)的開發(fā)產(chǎn)品過程中試切省去。這是由于機械加工虛擬實驗技術(shù)對設(shè)計、開發(fā)產(chǎn)品的全程進(jìn)行了仿真，可以對刀具的磨損、破損等現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)測，以及對改變的材料參數(shù)、加工參數(shù)等影響到的加工表面問題進(jìn)行把握，這有助于智能化地進(jìn)行加工。四是可以比較各種方案，進(jìn)而選用最為理想的方案，從而尤為合理、科學(xué)地設(shè)計新的產(chǎn)品。

二、機械加工中虛擬實驗技術(shù)的應(yīng)用

機械加工的過程是改變工件性能、大小、外形的過程，應(yīng)用虛擬實驗技術(shù)重點涵蓋兩點：即幾何仿真與物理仿真。

（一）幾何仿真

（1）參數(shù)方法的優(yōu)化及其應(yīng)用

為了對人工選用參數(shù)的一系列不足之處予以消除，結(jié)合機械加工虛擬實驗技術(shù)仿真機械產(chǎn)品的幾何圖形，在參數(shù)優(yōu)化的基礎(chǔ)上會變得十分省力、省時、省工，這是由于機械加工虛擬實驗技術(shù)結(jié)合數(shù)控加工仿真系統(tǒng)對真實的制造過程進(jìn)行仿真，從而使最為理想的參數(shù)獲得，最終確保優(yōu)化的參數(shù)符合實際加工的參數(shù)。虛擬實驗仿真技術(shù)通過最大切削力的制約、加工時間的完善作為目標(biāo)建構(gòu)數(shù)學(xué)模型，再結(jié)合適宜的尋優(yōu)算法給部件的大小、外形等加工環(huán)節(jié)選用適宜的最為理想的參數(shù)。在實際加工機械產(chǎn)品的時候，結(jié)合機械加工虛擬實驗技術(shù)需要根據(jù)下面幾點操作切削加工參數(shù)的優(yōu)化問題。一是通過機械加工虛擬實驗技術(shù)建構(gòu)多目標(biāo)的數(shù)控加工、切削優(yōu)化模型。二是通過加工仿真技術(shù)方式得到切削的寬度以及深度，且通過它對區(qū)間予以劃分。三是組合全部區(qū)間的刀具為一個加工組合段，且建構(gòu)優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型。四是通過遺傳算法優(yōu)化所有加工組的參數(shù)。五是通過NC（自動修改程序）對優(yōu)化參數(shù)的結(jié)論進(jìn)行檢驗。

（2）應(yīng)用于切削加工的外形和大小上

立足于虛擬實驗技術(shù)建構(gòu)的數(shù)學(xué)模式可以對機械工藝系統(tǒng)的切削力變形、運動誤差等進(jìn)行識別和檢驗。并且，能夠真正地在線預(yù)測虛擬數(shù)控切削加工的精確性，這確保了加工的機械外形、大小等參數(shù)的準(zhǔn)確性。鑒于此，結(jié)合虛擬實驗技術(shù)建構(gòu)的仿真系統(tǒng)最大程度地防止了加工中存在的大小、外形上的誤差，且實現(xiàn)了傳統(tǒng)加工環(huán)節(jié)中設(shè)備檢測的簡化，從而使加工機械的安全系數(shù)、經(jīng)濟效益提升。

（二）物理仿真

為了確保機械產(chǎn)品的性能達(dá)標(biāo)，一般應(yīng)熱處理產(chǎn)品的原料。通過物理模擬或者是數(shù)值模擬的手段仿真材料成形的整個過程，以及預(yù)測各種環(huán)境下形成材料的質(zhì)量、特性、組織等，從而優(yōu)化設(shè)計熱成形的性能和質(zhì)量。因為加工機械中有效地分析和預(yù)測物理因素十分關(guān)鍵，機械加工的工藝過程涵蓋夾具、工件、機床、工具等，在對其進(jìn)行應(yīng)用的時候，常常會因為受到重力、切削力、夾緊力的制約，工藝系統(tǒng)的變形情況會出現(xiàn)。如果出現(xiàn)變形，那么會改變固有的靜態(tài)幾何關(guān)系，從而對零部件的精確性形成不利影響作用。想要盡最大程度地控制如此的誤差現(xiàn)象，應(yīng)盡量地減小工藝系統(tǒng)的變形情況。目前形勢下，應(yīng)用緊緊圍繞有限元技術(shù)的切削仿真模擬具備十分大的應(yīng)用價值與發(fā)展前景，其可以在人們跟前呈現(xiàn)切削加工機械的整個虛擬化過程，從而能夠預(yù)測與優(yōu)化切削的工藝效果，這使開發(fā)時期的實驗次數(shù)減少，以及大大地降低了投入設(shè)計與開發(fā)的費用量。

結(jié)語：

總而言之，為了實現(xiàn)機械加工產(chǎn)品方式不足之處的完善，確保設(shè)計產(chǎn)品的可加工性、科學(xué)性、合理性，以及提高生產(chǎn)效率與實現(xiàn)開發(fā)產(chǎn)品生命周期的需要，可以應(yīng)用機械加工虛擬實驗技術(shù)來設(shè)計與開發(fā)機械產(chǎn)品，確保選用工藝參數(shù)的合理化、開發(fā)與設(shè)計產(chǎn)品技術(shù)能力的提升，這在將來是機械加工的一種發(fā)展方向和趨勢。

參考文獻(xiàn)：

[1].陳濤;張兵兵.齒輪范成加工教具[J].中國現(xiàn)代教育裝備.2014（15）.

[2].張洋.焊接式齒輪箱體的生產(chǎn)加工工藝及其質(zhì)量控制策略[J].科技與企業(yè).2016（10）.

[3].周長會.齒輪常見失效原因及其維修方法分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用.2016（21）.

作者簡介：

張剛（1971-），遼寧營口人，男，碩士研究生 ，高級工程師，研究方向：機械制造及設(shè)備專業(yè)。