面向虚拟制造的数控加工仿真技术的研究

面向虚拟制造的数控加工仿真技术的研究

2009年9月第37卷第9期

机床与液压

MACHINETOOL&HYDRAULICS

Sep12009

Vol137No19

DOI:10.3969/j1issn11001-3881120091091082

面向虚拟制造的数控加工仿真技术的研究

牟世刚

(德州学院机电工程系,山东德州253023)

摘要:在研究虚拟制造技术的基础上,提出了面向虚拟制造的虚拟数控加工环境,设计出NC代码翻译器。阐述了虚拟加工环境的工作流程、基于层次关系的虚拟加工框架技术、NC代码翻译器的设计方法、基于STL模型的加工仿真过程等关键技术。该系统能够实时地反映零件虚拟模型的加工成形过程,并进行可加工性分析。

关键词:虚拟制造;数控;虚拟加工环境;加工过程仿真中图分类号:TP391　　文献标识码:A　　文章编号:1001-3881(2009)9-249-3

ResearchonNCMachiningSimulationforing

(MechanicalandElectronicEngineeringmDezhouShandong253023,China)

Abstract:Basedontheresearchofavirtualmachiningenvironmentwasproposedandagener2alNCcodetranslatorwas.environment,thedesignprocessofgeneralNCcodetranslator,theframetechniqueSTLformatwerediscussed.Thesystemofvirtualmanufacturingenvironmentcanre2alizethemachiningprwork2ieceinrealtimeandtoanalyzethemachinabilityofvirtualparts.

Keywords:Virtualmanufacture;Numericalcontrol;Virtualmachiningenvironment;Machiningprocesssimulation

0　引言

虚拟现实技术(VirtualReality,VR)是20世纪90年代发展起来的一种新兴技术,并在制造业中迅速得到应用。从本质上讲,虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口,它通过给用户同时提供诸如视觉、听觉、触觉等各种直观而又自然的实时感知交互手段,最大限度地方便用户操作,从而减轻用户的负担,提高系统的工作效率。虚拟现实可广泛用于各个领域,将虚拟现实技术应用于工程设计制造中,模拟整个生产过程及产品的使用过程,对生产质量进行模拟监控,对可能发生质量问题的环节加以控制,这就是虚拟制造。虚拟制造并不是真实的制造过程,它不产生真实产品,不消耗材料和能量,而是利用制造对象、制造资源和制造过程的模型在计算机上完成制造

[1]

过程。

近几年,数控技术得到了快速发展,但加工零件的NC代码在实际加工前通常需要进行试切,以检验NC代码的正确性和被加工零件是否达到工艺要求,这一过程不仅周期长、劳动强度大,而且成本高。数控仿真系统是采用计算机建模和仿真技术来模拟实际数控加工环境,从而部分和完全代替了试切环节,减少设计和制造周期及成本。利用数控仿真系统还可以检验数控加工中出现的各种现象。在虚拟制造中,通

过对数控机床及系统的建模进而虚拟地仿真数控加工过程,不仅能节省资源、避免风险,而且可以通过真实地模拟机床及加工过程的行为来快速地对机床操作人员进行培训,帮助机床制造商向潜在的远程客户逼真演示其产品。人能够凭直觉感知计算机产生的三维仿真模型的虚拟环境,在设计新的方案或更改方案时能够在真实制造之前在虚拟环境中进行零件的数控加工,检查数控程序的正确性、合理性,对加工方案的优劣做出评估与优化。系统具有仿真效果真实感强、实时性好的优点。

作者根据虚拟产品开发的需求,对采用VR技术的虚拟加工环境的结构与NC代码翻译等关键技术进行了深入研究,开发了一个三维虚拟数控加工环境。利用该仿真工具,通过设定一系列加工参数,并在NC程序的驱动下进行虚拟加工,检查NC加工中可能存在的问题,从而实现在设计阶段进行产品可制造性的检验。

1　虚拟加工环境的系统结构及技术难点

建立虚拟加工环境是实现数控加工仿真的基础和前提。虚拟机床是虚拟加工环境的主体,虚拟机床加工系统与现实中的机床加工系统是一一对应的,它具备现实机床加工系统的全部功能和特征,主要包括虚拟毛坯模型、加工设备模型、刀具模型、夹具模型、

收稿日期:2008-08-29

作者简介:牟世刚(1976—),男,山东平原人,讲师,毕业于河南科技大学机械工程系机械设计制造及其自动化专业,现

从事机械设计制造方面的教学及科研工作,研究方向为CAD/CAM。E-mail:Mushigang2006@1261com。