1 引言

　　數(shù)字化虛擬制造技術(shù)是制造技術(shù)與仿真技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它集制造技術(shù)、機(jī)床數(shù)控理論、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)和建模與仿真技術(shù)于一體。在設(shè)計(jì)新力一案或更改力一案時(shí)，能夠在真實(shí)制造運(yùn)行之前進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的虛擬設(shè)計(jì)，在虛擬環(huán)境中進(jìn)行零件的數(shù)控加工，并對(duì)數(shù)控程序加以檢驗(yàn)，檢查數(shù)控加工過程中可能出現(xiàn)的碰撞、十涉危險(xiǎn)，分析零件的可加工性和工序的合理性。虛擬加工技術(shù)的采用可縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

2 虛擬制造在數(shù)控刀具加工中的應(yīng)用

　　在金屬加工領(lǐng)域，越來越多的數(shù)控機(jī)床被廣大客戶所采用，為了適應(yīng)高精度和高速度的加工力一式，數(shù)控刀具變得越來越復(fù)雜，刀具制造商普遍采用多軸數(shù)控加工中心來制造數(shù)控可轉(zhuǎn)位刀具。在刀具制造過程中，對(duì)于各種不同類型的產(chǎn)品其容屑槽形式、刀片位置和切削角度等各不相同，而且在加工過程中也易發(fā)生十涉。由于數(shù)控加工過程隱含在數(shù)控程序中，而數(shù)控程序中的錯(cuò)誤不容易發(fā)現(xiàn)，通常采用計(jì)算機(jī)圖形模擬刀具軌跡顯示法和機(jī)床試切法對(duì)數(shù)控程序進(jìn)行校驗(yàn)，但兩者均有缺陷。計(jì)算機(jī)圖形模擬刀具軌跡顯示法缺少真實(shí)感，難以發(fā)現(xiàn)刀具與工件的十涉和過切;試切法成本高，周期長(zhǎng)，因此采用虛擬加工技術(shù)可有效解決很多問題。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　　數(shù)控加工程序編制系統(tǒng)主要由刀片座、小刀座排屑槽和冷卻孔模型按照不同刀具的設(shè)計(jì)要求進(jìn)才科學(xué)的排列組合，結(jié)合加工過程中使用的不同機(jī)T夾具編制數(shù)控加工程序。口前采用瓦爾特公司自斯的VEROS數(shù)控刀具加工程序編制系統(tǒng)，可在三維l向?qū)Ρ患庸さ毒哌M(jìn)行編輯并生成加工程序。

　　虛擬加工環(huán)境包括機(jī)床、被加工刀體(工件)、加工用刀具和夾具模型，通過AutoCAD和EM-REALNC的組合對(duì)機(jī)床、工件、夾具進(jìn)行建模，結(jié)合TDM刀具管理系統(tǒng)所包含的刀具參數(shù)進(jìn)行建模，完蔡組成了虛擬加工環(huán)境。

　　刀具虛擬加工過程包括數(shù)控加工程序譯碼、三維動(dòng)畫仿真、碰撞十涉檢驗(yàn)、加工時(shí)間統(tǒng)計(jì)和加工精度仿真。

4 虛擬加工過程的建模

　　4.1 機(jī)床建模

　　虛擬機(jī)床是虛擬加工過程的載體和核心，由幾何模型和運(yùn)動(dòng)模型構(gòu)成。該機(jī)床以德國(guó)DMC公司的MAH0600 C機(jī)床為藍(lán)本，圖中虛擬機(jī)床中有兩個(gè)小標(biāo)系:淚L床的絕對(duì)小標(biāo)系和虛擬環(huán)境的圖形顯示小標(biāo)系。該機(jī)床為五軸聯(lián)動(dòng)加工中心，下部床身作X及Y向平移運(yùn)動(dòng)，加工用切削刀具安裝在機(jī)床主軸上作Z向平移運(yùn)動(dòng)，安裝于床身上部的旋轉(zhuǎn)部分分別作A向及B向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由于被加工工件的裝夾零點(diǎn)位置固定，故將機(jī)床小標(biāo)系的原點(diǎn)定在工件的裝夾零點(diǎn)位置(柄部端而中心點(diǎn))，將圖形小標(biāo)系的原點(diǎn)定在工作臺(tái)安裝而的中心。

　　虛擬機(jī)床的虛擬運(yùn)動(dòng)由各運(yùn)動(dòng)部件的平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)及相句_間的聯(lián)動(dòng)構(gòu)成。采用插補(bǔ)算法可將多個(gè)運(yùn)動(dòng)部件的聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)化為單運(yùn)動(dòng)部件的平動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，虛擬機(jī)床的運(yùn)動(dòng)可通過對(duì)部件進(jìn)行平移和旋轉(zhuǎn)變化來實(shí)現(xiàn)。虛擬運(yùn)動(dòng)速度由平移和旋轉(zhuǎn)的步距值控制。

　　運(yùn)動(dòng)過程的建模采用而向?qū)ο蟮奶摂M現(xiàn)實(shí)建模語言VRML來完成。具體來說即利用VRML語言將每一個(gè)運(yùn)動(dòng)部件定義為一個(gè)運(yùn)動(dòng)對(duì)象，這樣每一個(gè)運(yùn)動(dòng)對(duì)象在VRML語言中可看成是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，一個(gè)節(jié)點(diǎn)包括一組它能接受和發(fā)送的事件，如改變位置(平移或旋轉(zhuǎn))和改變顏色的事件等。加工過程的每一場(chǎng)景可以定義為一組節(jié)點(diǎn)，完蔡的加工過程則為一系列場(chǎng)景的集合。

　　4.2 被加工工件和加工用刀具的建模

　　被加工刀體(工件)的模型采用AutoCAD繪制后在REAL NC系統(tǒng)中轉(zhuǎn)化成三維實(shí)體模型。加工用刀具模型則采用WALTER公司的TDM刀具管理軟件與REAL NC鏈接，通過在TDM系統(tǒng)中輸入各種不同類型刀具的長(zhǎng)度、直徑、柄部形狀、刀尖圓角、材質(zhì)等刀具常用切削參數(shù)，預(yù)計(jì)刀具加工壽命等一系列數(shù)據(jù)，繪制出CAD圖形，再鏈接TDM和REAL NC系統(tǒng)，在REAL NC系統(tǒng)調(diào)用刀具時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)化成三維刀具實(shí)體模型。

5 虛擬加工過程的仿真

　　5.1虛擬加工過程仿真的動(dòng)畫實(shí)現(xiàn)

　　一般來講動(dòng)畫實(shí)現(xiàn)有兩種力一式:一種是逐幀動(dòng)畫，另一種是實(shí)時(shí)動(dòng)畫。逐幀動(dòng)畫就是當(dāng)計(jì)算機(jī)每生成一幅畫而時(shí)就及時(shí)地將它記錄下來，最后再將所有畫而連續(xù)地插放出來，其優(yōu)點(diǎn)是顯示速度較快，缺點(diǎn)是不能根據(jù)用戶的要求交句_改變，應(yīng)用范圍比較小。實(shí)時(shí)動(dòng)畫是一邊計(jì)算一邊在計(jì)算機(jī)終端上直接產(chǎn)生的動(dòng)畫，其優(yōu)點(diǎn)是交句_能力強(qiáng)，可以根據(jù)用戶的要求實(shí)時(shí)改變畫而，但對(duì)計(jì)算機(jī)的圖形處理能力有更高要求。REAL NC系統(tǒng)采用實(shí)時(shí)動(dòng)畫力一式對(duì)蔡個(gè)加工過程進(jìn)行了全而模擬。

　　由于采用五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床進(jìn)行加工，因此對(duì)計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力和圖形處理能力要求較高?？谇安捎肳INDOWS2000操作系統(tǒng)，硬件P4.1.7C CPU， ELSA獨(dú)立顯片及1M顯存。

　　5.2虛擬加工過程仿真形式

　　虛擬加工過程的仿真采用兩種形式:(1)機(jī)床、工件及刀具運(yùn)動(dòng)過程仿真。將工件安裝在機(jī)床工作臺(tái)上，加工程序運(yùn)行包含各軸運(yùn)動(dòng)軌跡分解為機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)，口的是直觀檢驗(yàn)刀具與機(jī)床部件及被加工工件間的碰撞和十涉，計(jì)算加工時(shí)間和優(yōu)化加工過程。(2)材料一去除過程仿真。刀具按其運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)毛坯進(jìn)行材料一切除，口的是模擬實(shí)際的切削過程，生成產(chǎn)品加工結(jié)果模型，對(duì)加工精度和可加工性進(jìn)行評(píng)估。在該仿真過程中不考慮切削力、夾緊力和切削熱，只是將刀具與工件間的相對(duì)位移與刀具的理論運(yùn)動(dòng)軌跡臀加的幾何仿真，使所生成的產(chǎn)品加工結(jié)果模型能反映動(dòng)態(tài)因素對(duì)加工質(zhì)量的影響。通過采用不同的顏色對(duì)刀具加工的各部位進(jìn)行標(biāo)識(shí)，可以更精密地對(duì)每一把刀具加工的每一句程序進(jìn)行分析。

　　5.3 虛擬加工過程仿真的測(cè)量

　　REAL NC提供了多種測(cè)量工具，可以測(cè)量各個(gè)力一向的距離、角度、被加工部分的體積等。

6 結(jié)語

　　通過在數(shù)控刀具加工中運(yùn)用虛擬加工，可以全而、逼真地反映現(xiàn)實(shí)的加工環(huán)境和加工過程，以便針對(duì)加工過程中出現(xiàn)的碰撞、十涉提供報(bào)警信息，優(yōu)化加工過程，減少實(shí)際加工前的準(zhǔn)備工作時(shí)間，縮短產(chǎn)品開發(fā)和制造周期，降低生產(chǎn)成本，同時(shí)也可以有效地對(duì)程序編制人員和數(shù)控機(jī)床操作員進(jìn)行培訓(xùn)。