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(diǎn)，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(jī)床建模

機(jī)床建模是虛擬仿真加工系統(tǒng)的關(guān)鍵模型，是實(shí)際機(jī)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(yùn)動(dòng)模型。幾何模型是在CAD系統(tǒng)中建立的，首先根據(jù)實(shí)測得到的機(jī)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(jìn)行“裝配”，形成機(jī)床的幾何模型。虛擬仿真加工系統(tǒng)中，通過改變機(jī)床幾何模型各運(yùn)動(dòng)零部件的相對(duì)位置來模擬加工中虛擬機(jī)床的切削運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)模型是處理機(jī)床幾何模型在數(shù)控程序控制下如何改變各運(yùn)動(dòng)零部件模型相對(duì)位置的模型，與機(jī)床的結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)。以DMU125P五軸加工中心為例，在運(yùn)動(dòng)模型建立過程中，機(jī)床各部件都視為剛體，這樣機(jī)床的結(jié)構(gòu)可抽象為一個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈模型。在運(yùn)動(dòng)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(gè)運(yùn)動(dòng)鏈的運(yùn)動(dòng)形式，建立運(yùn)動(dòng)鏈的依賴關(guān)系，即運(yùn)動(dòng)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(shí)現(xiàn)

a)系統(tǒng)框架的建立

在虛擬仿真加工開始之前，針對(duì)工藝信息，選擇相應(yīng)的虛擬機(jī)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(jī)床在數(shù)控指令的驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)虛擬刀具、虛擬夾具、工件模型等模擬切削過程，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控程序的正確性和可靠性的驗(yàn)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(yùn)動(dòng)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(jī)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(jìn)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(yùn)動(dòng)仿真和狀態(tài)設(shè)置，為運(yùn)動(dòng)仿真模塊提供必要的信息。

d)運(yùn)動(dòng)仿真模塊

該模塊是虛擬仿真加工系統(tǒng)最關(guān)鍵的一個(gè)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(jī)床的運(yùn)動(dòng)模型，建立虛擬仿真加工系統(tǒng)各運(yùn)動(dòng)組件(包括虛擬機(jī)床各運(yùn)動(dòng)零部件、虛擬刀具、虛擬夾具和工件模型)的運(yùn)動(dòng)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(jì)算各運(yùn)動(dòng)組件的變換矩陣并應(yīng)用以改變各運(yùn)動(dòng)組件的位置，從而可以模擬虛擬仿真加工系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，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(duì)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(yùn)動(dòng)模擬的過程中，該模塊在顯示刀位軌跡的同時(shí)，也顯示刀軸矢量，這樣可以準(zhǔn)確地檢查刀具相對(duì)于工件位置及刀軸的變化。

f)碰撞檢測模塊

對(duì)五坐標(biāo)加工而言，刀具相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡很復(fù)雜，難以預(yù)測，通常需要進(jìn)行仿真檢驗(yàn)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(tái)間、主軸與工件、夾具間的碰撞。在該模塊中，根據(jù)經(jīng)運(yùn)動(dòng)仿真模塊處理后的各運(yùn)動(dòng)零部件的相對(duì)位置，全面檢查可能出現(xiàn)的碰撞。

3應(yīng)用實(shí)例

DECKELMAHO公司的DMU125P機(jī)床是五軸五聯(lián)動(dòng)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(tái)擺動(dòng)，c軸為工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。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(jī)床上進(jìn)行五軸五聯(lián)動(dòng)的加工時(shí)，刀具相對(duì)于工件的空間運(yùn)動(dòng)軌跡復(fù)雜，加工前必須進(jìn)行虛擬仿真加工。本文以VERICUT軟件為平臺(tái)，構(gòu)建了DMU125P加工中心的虛擬仿真加工系統(tǒng)，用來檢驗(yàn)數(shù)控加工程序、刀具軌跡與潛在的碰撞危險(xiǎn)。在構(gòu)建125P加工仿真環(huán)境時(shí)，首先根據(jù)運(yùn)動(dòng)鏈關(guān)系建立機(jī)床拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)關(guān)系;然后建立機(jī)床的數(shù)字模型;最后根據(jù)工件、刀具、夾具和機(jī)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(yàn)數(shù)控程序的可靠性，也用于數(shù)控程序的優(yōu)化。基于CAD/CAM軟件平臺(tái)，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(shí)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(duì)于制造企業(yè)具有明顯的經(jīng)濟(jì)實(shí)用價(jià)值。

作者:宋健顏士肖單位:上海航天精密機(jī)械研究所