数控加工仿真系统研究现状与发展趋势

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1、垒I兰生塑翌竺万方数据数控加工仿真系统研究现状与发展趋势ThepreSent嘲ea佗hsituationanddeveIopmenttnendof恤eNCmaChInlngsimulationsystem王占礼，董超，胡艳娟，李静，朱丹WANGZhan—Ii，DONGChao，HUYan—iuan，L

2、Jing，ZHUDan《长春工业大学机电工程学院，长春130012)擒耍：数控加工仿真系统利用计算机技术构建一个虚拟环境直观地模拟实际加工过程，为检验Nc代码、碰撞干涉及预测加工精度提供了强有力的工具。对实现加工过程的在线控制及生产过程的自动化具有重要意义。本文介绍了数控加工仿真系统

3、的关键技术，如几何仿真技术、物理仿真技术和机械加工数据库。并叙述和评价了它们的研究成果，最后提出了数控加工仿真系统存在的问题及发展方向。关键词：数控加工仿真系统；几何仿真技术；物理仿真技术；数控加工数据库中圈分类号：THl64文献标识码：A文鞘号：1009—0134(2013)03(上)一0041—05Doi：10．3969／1．Issn．1009—0134．2013．03(E)．13O引言科学技术的不断发展与生活水平的不断提高，使得人们对产品性能、规格、品种提出了更高的要求，产品的生产周期越来越短，新产品开发时间的长短与性能的好坏直接影响着企业的市场竞争力，与此同时计算机技术与计

4、算机图形学的快速发展，使得计算机仿真技术得到了广泛应用。在此背景下虚拟制造技术(VMTVirtualManufacturingTecllnology)孕育而生，它可以实现对生产过程中的产品设计、制造到装配的全程模拟，并对制造与装配过程中可能出现的不利因素进行有效的预测，使设计人员可以在产品生产之前及时地提出修改措施，实现产品从设计到装配过程中的优化，有效的降低产品的次品率、缩短产品的生产周期、减小产品的开发风险从而提高生产效率与产品的市场竞争力【l】。虚拟制造技术在机械加工中的重要应用是对加工过程进行仿真。美国国家自然科学研究会以“2020年制造挑战与预测”为题例，成立了“制造技术

5、挑战的展望”委员会，展望了制造业的发展，提出了两个需要加速发展的突破性技术：亚微米制造技术和企业的建模与仿真技术。其中，加工过程建模和仿真作为虚拟制造技术的基础性研究已经成为虚拟制造技术发展的关键和亟需解决的瓶颈问题。它可以对机床一工件一刀具构成的工艺系统中的加工信息进行有效预测与优化，对实现加工过程的在线控制和智能化生产具有重要意义，同时它也是研究金属切削原理的重要手段。1数控加工仿真系统的研究数控加工仿真系统包括两部分内容：几何仿真与物理仿真。1．1数控加工几何仿真技术早期的加工仿真技术研究主要针对几何仿真，即通过计算机建模和可视化技术，实现NC代码的自动检验和加工过程的碰撞、

6、干涉检验。其前提条件是假设加工过程是一个纯几何问题，不存在任何物理因素。随着几何仿真技术研究的不断深入，几何仿真已经取得了丰硕的成果。先后出现了一批具有数控加工仿真功能的优秀软件，如具有代表性的Pro，ENGINEER、UG、MastercAM、CATIA和DelInia等。目前人们在场景建模方面的研究已经相对成熟，而加工过程中的碰撞干涉检验一直是几何仿真技术亟需解决的难点问题，学者们对加工过程中的碰撞干涉检验开展了许多有意义的研究工作，并提出了一些比较成熟的算法。总体上可以将这些算法分成两大类：基于图形的实时碰撞检测算法和基于图像的实时碰撞检测算法p·。收奠日■：2012一10一

7、18基金顶目：吉林省自然科学基金项目(201215129)作者简介：王占礼(1961一)，男，教授，博士生导师，博士，主要从事虚拟制造和c觥AM的研究。第35卷第3期2013一03(上)141】万方数据1。1。1基于图形的实时碰撞检测基于图形的实时碰撞检测是利用物体三维几何特性进行求交计算。其检测算法主要有层次包围盒法和空间分割法。层次包围盒法的基本思想是将待检测的物体分别作包围盒，对包围盒进行求交运算。当包围盒相交时其包围的几何体才有可能相交；包围盒不相交时，其包围的几何体一定不相交。这样可以排除大量不相交的几何体和几何部位，快速找到相交的几何部位M娟l。空间分割法的基本思想是将

8、整个虚拟空间划分成等体积的规则单元格，以此将场景中的物体分割成更小的群组，并只对占据同一单元格或相邻单元格的几何对象进行相交测试，此方法通常适应于稀疏环境中分布较均匀的几何对象间的碰撞检验口】。Youn和wohn【_刀提出了一种类似于层次包围盒的方法(如图l所示)，用层级模型表达来加速碰撞干涉检查的方法。该层级模型将装配体中所有部件构成的结点以层级模式组成在一起，每个结点与其它结点以及整个装配体都有联系。算法的第一步就是确定一个结点对列表，表中的每一对结点都有可能发生