虚拟制造的机械加工过程仿真的现状与存在问题

在虚拟制造过程中，产品的详细设计阶段实际上就是对产品的机械加工过程的仿真，即对机床—工件—刀具构成的工艺系统中的各种信息的分析与预测，它包括几何仿真与物理仿真两方面的内容。几何仿真包含刀位轨迹验证，工件与机床、刀具的干涉校验;物理仿真包括对各种物理因素的分析与预测，主要有切削力、刀具磨损、切削振动、切削温度、工件表面粗糙度等。同时，几何仿真、物理仿真及其中各要素之间有着密切的联系，如刀位轨迹与干涉、切削力直接影响到振动、工件表面质量、刀具磨损等。

3.3　数控车削过程仿真的研究目标及方法

车削加工是目前应用最广泛的加工方法之一，因此对数控车削加工过程进行仿真具有重要的理论研究与实际应用价值。

车削加工仿真将对车削加工能够完成的各种工作如外圆、端面、倒角、螺纹、曲线等加工形式中的几何及物理因素的变化情况进行模拟与预测，建立起面向车削加工的仿真系统。该仿真系统应具有以下的功能：

(1)建立起面向数控车床的完善的数控车削仿真系统，为实际生产过程提供可靠、优化的NC代码，实现车削的智能加工。

目前我国数控车床、经济型数控车床的应用越来越普及，在加工之前能得到一套可靠、优化的NC代码是非常实用的。在以往，NC代码常以试切的方式加以验证，这种方法一方面费时费力，另一方面试切的材料常采用木材、塑料，这样虽然能够检验NC代码在几何信息方面的正确性，但对切削过程中关键的物理因素如切削力、振动、工件表面质量等则无从所知。而车削仿真系统能够解决上述问题。同时在此基础上修改NC代码中的某些参数，使之进一步降低切削力、提高刀具耐用度和生产力，优化NC代码。这样即可将NC代码确认下来，供实际加工应用，使仿真系统具有自我学习与调整的能力，提高仿真的灵活程度，达到智能加工的目的。

(2)建立面向实际加工过程的仿真系统，综合考虑实际加工中的各种干扰因素，使仿真过程高度真实地反映实际生产过程。

在实际加工过程中，工艺系统受到各种因素的制约与影响，与切削有关的各物理量也因各种切削条件的变化而发生变化。因此为了能够真实仿真出车削过程中的加工情况，车削仿真系统就要充分考虑到这些实际变化情况与随机干扰，使仿真出的各物理量真实贴近实际情况。这些影响因素主要包括由于机床刚性及切削力作用或工件偏心等产生的切削振动，工件结构不统一具有硬点等产生的随机干扰，切削过程中切削用量变化及刀具磨损对切削过程的影响等。

(3)由于具有对NC代码进行验证与优化的过程，仿真系统能够极大地避免实际加工过程中可能出现的各种异常现象，简化了实际加工过程中检测与诊断设备，提高了加工安全性与经济效益。同时仿真系统还能够逼真地模拟车削加工过程，可作为软机床进行数控机床加工的培训与维护工作。