數(shù)控加工仿真系統(tǒng)研究發(fā)展趨勢研究

1、數(shù)控加工仿真系統(tǒng)研究發(fā)展趨勢研究數(shù)控加工仿真系統(tǒng)研究發(fā)展趨勢研究摘要：數(shù)控加工仿真和優(yōu)化軟件，基本取代了傳統(tǒng)的切削試驗方式，通過模擬仿真整個機(jī)床加工過程、校驗加工程序的正確性，對發(fā)現(xiàn)程序錯誤和改進(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)水平將對我國數(shù)控加工質(zhì)量和效率的提高有很大幫助。本文重點就數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的發(fā)展趨勢行進(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)展趨勢數(shù)控仿真提供了一種快速驗證數(shù)控程序的方法，目前世界各國的

2、數(shù)控技術(shù)都正向提高模型的精確度、仿真計算實時化，以及改善圖形顯示的真實感的方向發(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。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，顯示和預(yù)測加工過程中物理量的變化，對于工藝人員和生產(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，實現(xiàn)可視化數(shù)控程序運(yùn)行、驗證、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，且實現(xiàn)商品化。它利用計算機(jī)技術(shù)對加工過程進(jìn)行動態(tài)模擬仿真，模擬數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸的運(yùn)動、刀具運(yùn)動軌跡和刀具對毛坯的切削過程，最終得到仿真加工完成后零件的三維實體模型。幾何仿真不僅能夠校驗數(shù)控程序的正確性和切削參數(shù)的合理性、評估數(shù)控切削加效果、驗證后置處理程序，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，實現(xiàn)在虛擬加工環(huán)境下評估數(shù)控加工程序和工藝過程的目的，同時也能觀察到加工過程中的冗余動作或不合理動作，有助于優(yōu)化數(shù)控程序、節(jié)省程序調(diào)試時間、減少毛坯材料，縮短機(jī)床加工時間，對降低加工成本、提高數(shù)控加工效率有很大的幫助。對切削過程中的振動、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)。國內(nèi)開發(fā)的一些加工仿真軟件，具有真實感的三維數(shù)控機(jī)床和操作面板，可以實現(xiàn)對數(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誤的檢測功能，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，沒有任何實體空間描述，因而圖形生成質(zhì)量較差。同時為了保證圖形生成速度的實時性，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；仿真場景中三維實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、精加工時主軸轉(zhuǎn)速的變化及工件表面紋

7、理形態(tài)，生成與實際形態(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際的加工情況，另一方面又能反映干擾因素的變化對加工精度的影響成為物理仿真建模的關(guān)鍵。同時，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，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)與實際的擬合程度，不符合實際加工情況。從而導(dǎo)致仿真結(jié)果與實際情況不相符，嚴(yán)重時仿真結(jié)果失真。3.數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的發(fā)展趨勢由于數(shù)控仿真中需要進(jìn)行大量的三維實體布爾運(yùn)算，屬于計算密集型算法，單臺計算機(jī)沒有如此高的

9、能力，要想基于實體造型的仿真達(dá)到實用要求，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)具有高性能的計算特性。在對物理仿真的過程中。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于工程實際的需要還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠；對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應(yīng)集中于以下幾個方面。能夠控制不同的仿真軟件運(yùn)行的仿真控制平臺的開發(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)建一個仿真平臺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)實際的需要還有一定的差距，將理論模型和生產(chǎn)實際結(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)測模刑將是下一步研究的重點內(nèi)容。4.結(jié)束語虛擬制造技術(shù)是世界制造業(yè)的夢想，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)將會朝著面向多種加工方式和更加符合實際工況的方向發(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].中國新技