導(dǎo)語：虛擬仿真數(shù)控加工論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1虛擬仿真數(shù)控加工系統(tǒng)中的機床建模

機床建模是虛擬仿真加工系統(tǒng)的關(guān)鍵模型，是實際機床在虛擬仿真加工系統(tǒng)中的數(shù)字化模型，包括幾何模型和運動模型。幾何模型是在CAD系統(tǒng)中建立的，首先根據(jù)實測得到的機床部件尺寸，建立相應(yīng)的模型，然后再根據(jù)相互關(guān)系進行“裝配”，形成機床的幾何模型。虛擬仿真加工系統(tǒng)中，通過改變機床幾何模型各運動零部件的相對位置來模擬加工中虛擬機床的切削運動。運動模型是處理機床幾何模型在數(shù)控程序控制下如何改變各運動零部件模型相對位置的模型，與機床的結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)。以DMU125P五軸加工中心為例，在運動模型建立過程中，機床各部件都視為剛體，這樣機床的結(jié)構(gòu)可抽象為一個運動鏈模型。在運動鏈各組成環(huán)節(jié)的剛體上固接坐標(biāo)系，通過坐標(biāo)變換，可以分析整個運動鏈的運動形式，建立運動鏈的依賴關(guān)系，即運動鏈的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)關(guān)系，如圖3所示。

2虛擬仿真數(shù)控加工功能的實現(xiàn)

a)系統(tǒng)框架的建立

在虛擬仿真加工開始之前，針對工藝信息，選擇相應(yīng)的虛擬機床、虛擬刀具、虛擬夾具、工件模型組成虛擬仿真加工系統(tǒng)。在虛擬仿真加工中，虛擬機床在數(shù)控指令的驅(qū)動下帶動虛擬刀具、虛擬夾具、工件模型等模擬切削過程，實現(xiàn)對數(shù)控程序的正確性和可靠性的驗證，其系統(tǒng)框架如圖4所示。虛擬仿真加工系統(tǒng)主要包括數(shù)控程序檢查、數(shù)控程序翻譯、運動仿真、刀具軌跡檢查、碰撞檢測等模塊。

b)程序檢查模塊

數(shù)控程序檢查模塊包括詞法、語法檢查，主要檢查程序中是否有數(shù)控指令集外的非法字符、數(shù)控指令的參數(shù)是否有效、語法上是否合乎邏輯等。

c)程序翻譯模塊

數(shù)控程序翻譯模塊以機床的數(shù)控程序規(guī)范為基礎(chǔ)，用以提取G指令、M指令、坐標(biāo)、進給速度、主軸轉(zhuǎn)速、換刀、循環(huán)定義等信息，轉(zhuǎn)換為仿真數(shù)控代碼。這樣在虛擬仿真加工中，才能控制虛擬仿真加工系統(tǒng)的運動仿真和狀態(tài)設(shè)置，為運動仿真模塊提供必要的信息。

d)運動仿真模塊

該模塊是虛擬仿真加工系統(tǒng)最關(guān)鍵的一個模塊，決定了后續(xù)的刀具軌跡檢查、碰撞檢查結(jié)果的正確性。在該模塊中，首先根據(jù)機床的運動模型，建立虛擬仿真加工系統(tǒng)各運動組件(包括虛擬機床各運動零部件、虛擬刀具、虛擬夾具和工件模型)的運動模型(即變換矩陣);然后根據(jù)翻譯模塊所提供的坐標(biāo)值計算各運動組件的變換矩陣并應(yīng)用以改變各運動組件的位置，從而可以模擬虛擬仿真加工系統(tǒng)的運動，具體步驟如圖5所示。

e)刀具軌跡檢查模塊

該模塊主要用于刀軸矢量的檢查，以避免刀軸的劇烈變化。大多數(shù)的CAM系統(tǒng)都提供了加工仿真和刀位軌跡(刀具軌跡數(shù)據(jù)包括刀位數(shù)據(jù)和刀軸矢量)仿真檢查功能。但對多坐標(biāo)加工而言，加工仿真和僅顯示刀位軌跡是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求的。在虛擬仿真加工系統(tǒng)運動模擬的過程中，該模塊在顯示刀位軌跡的同時，也顯示刀軸矢量，這樣可以準(zhǔn)確地檢查刀具相對于工件位置及刀軸的變化。

f)碰撞檢測模塊

對五坐標(biāo)加工而言，刀具相對于工件的運動軌跡很復(fù)雜，難以預(yù)測，通常需要進行仿真檢驗數(shù)控程序中可能出現(xiàn)的碰撞干涉。大多數(shù)CAM系統(tǒng)提供的加工仿真功能僅考慮刀具與工件、夾具間的碰撞檢查，而不能檢查可能出現(xiàn)的刀具與工作臺間、主軸與工件、夾具間的碰撞。在該模塊中，根據(jù)經(jīng)運動仿真模塊處理后的各運動零部件的相對位置，全面檢查可能出現(xiàn)的碰撞。

3應(yīng)用實例

DECKELMAHO公司的DMU125P機床是五軸五聯(lián)動加工中心，具有立臥轉(zhuǎn)換功能。在立式狀態(tài)下，其結(jié)構(gòu)形式如，a軸為工作臺擺動，c軸為工作臺轉(zhuǎn)動。在臥式狀態(tài)下，主軸繞b軸旋轉(zhuǎn)90°，其他狀態(tài)與立式結(jié)構(gòu)相同。在該機床上進行五軸五聯(lián)動的加工時，刀具相對于工件的空間運動軌跡復(fù)雜，加工前必須進行虛擬仿真加工。本文以VERICUT軟件為平臺，構(gòu)建了DMU125P加工中心的虛擬仿真加工系統(tǒng)，用來檢驗數(shù)控加工程序、刀具軌跡與潛在的碰撞危險。在構(gòu)建125P加工仿真環(huán)境時，首先根據(jù)運動鏈關(guān)系建立機床拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)關(guān)系;然后建立機床的數(shù)字模型;最后根據(jù)工件、刀具、夾具和機床的數(shù)字模型構(gòu)建虛擬仿真加工環(huán)境。

4結(jié)語

隨著虛擬仿真技術(shù)研究的深入，該技術(shù)已不僅僅用于檢驗數(shù)控程序的可靠性，也用于數(shù)控程序的優(yōu)化?；贑AD/CAM軟件平臺，利用二次開發(fā)接口(API)開發(fā)數(shù)控加工的優(yōu)化系統(tǒng)具有一定的可行性。通過建立典型零件和刀具的優(yōu)化參數(shù)知識庫，數(shù)控加工程序的優(yōu)化技術(shù)將得到越來越廣泛地應(yīng)用，可以顯著提高數(shù)控加工的效率，對于制造企業(yè)具有明顯的經(jīng)濟實用價值。

作者:宋健顏士肖單位:上海航天精密機械研究所