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【热点】虚拟数控加工技术 

发布时间:2017-02-08 15:59 作者:盛唐 次数:
在普通数控机床基础上,过去的数控机床主要沿精密/超精密数控机床和高速加工机床两条轨迹发展。为了满足在数控加工过程中工件材料、零件几何形状、精度和表面质量等方面的新要求,并提高数控机床产品本身的竞争力,从20世纪90年代中期开始,综合了高精度和高速化两个方面的高性能数控机床受到高度重视,进入21世纪以来,高性能切削加工(High Performance Cutting)及其主要支撑技术——虚拟数控加工(Virtual CNC Machining)技术成为数控切削加工领域学者和工程师们关注的新热点。
虚拟机床VMT是实际机床产品的计算机仿真模型,也称为机床的虚拟样机,它可以用来像真实的机床一样进行演示、分析和测试。在设计过程,可反复改变机床虚拟模型,并仿真验证各种设计,直到机床性能满足要求。这种虚拟机床技术可以大大缩短机床产品开发周期,显着降低开发成本。
采用虚拟样机技术开发现代数控机床的集成开发环境主要包括: 
1. 机床零件的有限元计算; 
2. 机床结构的有限元分析及优化; 
3. 柔性多体耦合仿真; 
4. 3D计算机辅助设计和运动学优化验;
5. 性能仿真匹配和测试。
VMT是数控机床分析仿真和设计优化的有力工具,当前VMT研究中需要解决的关键问题有:
1.“刚性体+柔性体”耦合建模与分析方法; 
2. 机械零件结合面动态特性分析与计算方法; 
3.“机械结构+伺服系统”耦合的机电系统动态特性建模与分析; 
4.“机械结构--伺服系统--切削过程”耦合建模与分析方法;
5. 基于3D实体模型的性能样机建模与分析方法。 
  在实际零件加工之前,在虚拟环境中考虑机床运动学、动力学、数控系统、空间精度、切削力、主轴转矩/功率、加工误差等,实现对加工过程的仿真和优化,从而可以正确、经济和高效地加工出首件合格零件。虚拟加工的本质可以认为是对数控加工过程进行几何仿真和力学仿真,并在两个仿真的基础上优化数控加工切削参数和过程。CAM仿真软件、虚拟机床和切削过程动力学是虚拟加工的重要支持工具。 
1. NC程序几何仿真:主要解决刀具干涉、碰撞检查、NC编程错误导致的尺寸路径误差等,也可从几何运动方面进行NC程序的部分优化;
2. 机床结构特性仿真:机床结构动力学、静力学和整体性能(整机进给和主轴驱动)仿真; 
3. 加工动力学仿真:考虑机床动力学和切削过程扰动情况下轨迹生成、插补、进给等仿真;
4. 加工过程优化:对各种不同切削条件下的切削力、转矩、功率、振动、生成表面等进行计算和仿真,经过迭代比较进行切削参数和加工工艺的优化。采用CAM仿真软件对NC程序进行走刀轨迹仿真校验、干涉校验等的几何仿真软件已商品化,并在国内制造企业大量应用。