面向模具制造過(guò)程的工藝仿真技術(shù)

1、面向模具制造過(guò)程的工藝仿真技術(shù)1 .概述在數(shù)控加工過(guò)程中，為檢查數(shù)控加工程序的正確性，防止干涉和碰撞的發(fā)生，要在機(jī)床上試 切一個(gè)木質(zhì)或塑料零件模型來(lái)驗(yàn)證并修改數(shù)控加工程序。但這種方法費(fèi)工費(fèi)時(shí)，代價(jià)昂貴，使生 產(chǎn)成本上升，推遲了產(chǎn)品加工的時(shí)間和生產(chǎn)周期。加工過(guò)程工藝仿真就是利用計(jì)算機(jī)對(duì)NC程序 進(jìn)行圖形仿真、檢查刀具路徑、動(dòng)態(tài)模擬數(shù)控加工的全過(guò)程，檢驗(yàn)加工方法和程序的正確性，從 而節(jié)約大最的財(cái)力和時(shí)間，獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益.2.加工過(guò)程仿真方法的分類(lèi)一般把加工過(guò)程的仿真分為幾何仿真和物理仿真兩大類(lèi)。所謂幾何仿真就是利用計(jì)算機(jī)圖形 顯示器把零件模型、刀位軌跡、刀具形狀等顯示出來(lái)，模擬零件的加工過(guò)程，

2、用來(lái)檢測(cè)刀位軌跡 是否正確，加工過(guò)程是否過(guò)切，所選擇的刀具、走刀路線、進(jìn)退方式是否合理，刀具與工件、夾 具、機(jī)床等約束面是否發(fā)生干涉或碰撞，也稱(chēng)為刀位軌跡驗(yàn)證(NC Verifi -cation )。就其實(shí)現(xiàn) 技術(shù)，一般有靜態(tài)顯示驗(yàn)證和動(dòng)態(tài)仿真驗(yàn)證二種。靜態(tài)顯示驗(yàn)證就是在生成刀位軌跡后將刀位軌跡、工件、刀具等一同顯示出來(lái)，可以較直觀 地觀察工件與刀位軌跡的關(guān)系以及進(jìn)退刀、避讓過(guò)渡等情況。有時(shí)還可以通過(guò)設(shè)定刀位軌跡延遲 顯示，“動(dòng)態(tài)”地按加工過(guò)程的順序顯示刀位軌跡，如圖6 一 12所示.另一種情況就是在某一 特定加工面的刀位點(diǎn)上計(jì)算出刀具外形的包絡(luò)曲面和工件(毛坯)模型求交，構(gòu)成相應(yīng)的截面圖顯

3、示出來(lái)，如圖6 一 13所示。圖6-1S截面閣顯瓶動(dòng)態(tài)仿真驗(yàn)證則是采用實(shí)體造型技術(shù)建立工件毛坯、機(jī)床、夾具及刀具等的幾何模型，然后 按刀位點(diǎn)順序?qū)⒌毒吣Ｐ团c工件毛坯模型進(jìn)行快速布爾運(yùn)算（一般為減運(yùn)算），最后采用圖形渲染 技術(shù)，把相應(yīng)的工件毛坯、機(jī)床、夾具與刀具模型等功態(tài)顯示出來(lái).模擬零件的實(shí)際加工過(guò)程。 動(dòng)態(tài)仿真驗(yàn)證的真實(shí)感較強(qiáng)，基本具有試切加工的驗(yàn)證效果，如圖6 一 14所示。在加工過(guò)程中， 幾何仿真只是前提條件，更為重要的是切削力、刀具振動(dòng)及刀具磨損等因素在仿真過(guò)程中的體現(xiàn). 我們把考慮了實(shí)際加工過(guò)程中各種工藝因素的仿真稱(chēng)為物理仿真。圖6-11動(dòng)態(tài)仿真臉證物理仿真的關(guān)鍵是建立加工過(guò)程的切削

4、力學(xué)模型，由于影響加工過(guò)程的工藝因素非常復(fù)雜， 目前的切削力學(xué)模型都是經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。如設(shè)定工藝系統(tǒng)滿(mǎn)足剛性要求，無(wú)振動(dòng)；加工材 料結(jié)構(gòu)統(tǒng)一，無(wú)硬點(diǎn)等缺陷；刀具無(wú)磨損;切削要素不發(fā)生變化等等。即使如此，物理仿真目前仍 處于研究階段，在商品化的軟件中還少有涉及。3.加工過(guò)程仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)加工過(guò)程的仿真即對(duì)機(jī)床一工件一刀具構(gòu)成的工藝系統(tǒng)中的各種信息的分析與預(yù)測(cè)，如上所 述，它包括幾何仿真與物理仿真兩方面的內(nèi)容。幾何仿真包含刀位軌跡驗(yàn)證，刀具與工件、機(jī)床、 夾具的干涉校驗(yàn);物理仿真包括對(duì)各種物理因素的分析與預(yù)測(cè)，主要有切削力、刀具磨損、切削 振動(dòng)、切削溫度、工件表面粗糙度等。同時(shí)，幾何仿真、物理

5、仿真及其中各要素之間有著密切的 聯(lián)系，如刀位軌跡的規(guī)劃將直接影響到切削力，而切削力的變化將導(dǎo)致刀具和機(jī)床振動(dòng)、工件表 面質(zhì)量惡化、刀具磨損等。仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖6 一 15所示。型。仿真結(jié)果凡何仿亙NC代碼修改與確認(rèn)圖仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)4.加工過(guò)程仿真系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)加工過(guò)程仿真系統(tǒng)至少具有如下的優(yōu)點(diǎn)：）使加工過(guò)程具有更好的工藝性能。）提供了一種高效低成本的驗(yàn)證途徑，而在此之前通常只能用諸如石蠟或泡沫材料試制模）由于其虛擬性，可以減少各種各樣的硬件投人，如刀具、切削液、工裝、夾具及試制材 料等。）快速地驗(yàn)證已有的刀位軌跡文件，修正可能發(fā)生的差錯(cuò)。）可作為數(shù)控加工、數(shù)控編程等技術(shù)人員的虛擬培訓(xùn)平臺(tái)，既安全又有效，同時(shí)可節(jié)省大 量的開(kāi)支。5.模具加工過(guò)程工藝仿真的應(yīng)用隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的日臻成熟，當(dāng)前商品化的CAM軟件都能實(shí)現(xiàn)刀位軌跡的靜態(tài)顯示驗(yàn)證， 一些高端的CAM軟件如UGll、Cimatron、Ma。terCAM等都帶有自己開(kāi)發(fā)的動(dòng)態(tài)仿真驗(yàn)證模 塊.專(zhuān)用的加工過(guò)程仿真軟件如美國(guó)CGTech公司的Vericut軟件，不僅可以模擬工件在機(jī)床上 加工過(guò)程，如圖6 一 16所示;還可以根據(jù)相應(yīng)的工藝知識(shí)庫(kù)及切削力學(xué)模型對(duì)給定的刀位軌跡 進(jìn)行工藝優(yōu)化。圖6 一 17所示是利用給定的切削深度與進(jìn)給量的關(guān)系曲線，對(duì)