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)、機床數(shù)控理論、計算機輔助設(shè)計(CAD)、計算機輔助制造(CAM)和建模與仿真技術(shù)于一體。在設(shè)計新力一案或更改力一案時，能夠在真實制造運行之前進行數(shù)控機床的虛擬設(shè)計，在虛擬環(huán)境中進行零件的數(shù)控加工，并對數(shù)控程序加以檢驗，檢查數(shù)控加工過程中可能出現(xiàn)的碰撞、十涉危險，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)控程序中的錯誤不容易發(fā)現(xiàn)，通常采用計算機圖形模擬刀具軌跡顯示法和機床試切法對數(shù)控程序進行校驗，但兩者均有缺陷。計算機圖形模擬刀具軌跡顯示法缺少真實感，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，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)計要求進才科學(xué)的排列組合，結(jié)合加工過程中使用的不同機T夾具編制數(shù)控加工程序?？谇安捎猛郀柼毓咀运沟腣EROS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行編輯并生成加工程序。

　　虛擬加工環(huán)境包括機床、被加工刀體(工件)、加工用刀具和夾具模型，通過AutoCAD和EM-REALNC的組合對機床、工件、夾具進行建模，結(jié)合TDM刀具管理系統(tǒng)所包含的刀具參數(shù)進行建模，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、三維動畫仿真、碰撞十涉檢驗、加工時間統(tǒng)計和加工精度仿真。

4 虛擬加工過程的建模

　　4.1 機床建模

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

　　虛擬機床的虛擬運動由各運動部件的平動、轉(zhuǎn)動及相句_間的聯(lián)動構(gòu)成。采用插補算法可將多個運動部件的聯(lián)動轉(zhuǎn)化為單運動部件的平動或轉(zhuǎn)動。因此，虛擬機床的運動可通過對部件進行平移和旋轉(zhuǎn)變化來實現(xiàn)。虛擬運動速度由平移和旋轉(zhuǎn)的步距值控制。

　　運動過程的建模采用而向?qū)ο蟮奶摂M現(xiàn)實建模語言VRML來完成。具體來說即利用VRML語言將每一個運動部件定義為一個運動對象，這樣每一個運動對象在VRML語言中可看成是一個節(jié)點，一個節(jié)點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。加工過程的每一場景可以定義為一組節(jié)點，完蔡的加工過程則為一系列場景的集合。

　　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)用刀具時自動轉(zhuǎn)化成三維刀具實體模型。

5 虛擬加工過程的仿真

　　5.1虛擬加工過程仿真的動畫實現(xiàn)

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

　　由于采用五軸聯(lián)動機床進行加工，因此對計算機的計算能力和圖形處理能力要求較高。口前采用WINDOWS2000操作系統(tǒng)，硬件P4.1.7C CPU， ELSA獨立顯片及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)機床、工件及刀具運動過程仿真。將工件安裝在機床工作臺上，加工程序運行包含各軸運動軌跡分解為機床各運動部件的運動，口的是直觀檢驗刀具與機床部件及被加工工件間的碰撞和十涉，計算加工時間和優(yōu)化加工過程。(2)材料一去除過程仿真。刀具按其運動軌跡對毛坯進行材料一切除，口的是模擬實際的切削過程，生成產(chǎn)品加工結(jié)果模型，對加工精度和可加工性進行評估。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位移與刀具的理論運動軌跡臀加的幾何仿真，使所生成的產(chǎn)品加工結(jié)果模型能反映動態(tài)因素對加工質(zhì)量的影響。通過采用不同的顏色對刀具加工的各部位進行標(biāo)識，可以更精密地對每一把刀具加工的每一句程序進行分析。

　　5.3 虛擬加工過程仿真的測量

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

6 結(jié)語

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