加工过程模拟中CAD、CAM和有限元的应用示例

加工过程可视化研究，主要围绕所设计产品可加工性进行研究，目标是在设计阶段，判断零件的可加工性及确定较优的加工方案。进行加工过程可视化研究可按图10-6所示的流程进行。

（1）创建加工模型 创建加工模型是进行加工过程可视化仿真的前提。对于所研究的问题，模型的创建效果直接影响仿真精度及正确性。加工模型包含以下四个部分：加工工具模型、加工环境模型、毛坯工件模型、加工工艺模型。加工工具模型主要指完成加工制造的各种器械，包括机床、刀具、夹具等。加工环境模型指影响加工过程的各种环境因素，包括车间布局、温度及其他环境物。毛坯工件模型主要指待加工的各种工件，通常为了做对比试验也要求创建出完成后的零件模型。加工工艺模型指要完成加工活动的各种工艺信息，包括工艺路线、加工精度、NC代码等。在模型的创建上可以采用相应的CAD/CAM软件创建相应的模型。如机床、刀具、夹具、工件等就可以用CAD软件进行实体建模。NC代码可由相应的CAM软件生成。

图10-6 加工过程可视化流程

（2）加工过程仿真 加工过程仿真就是用相应的工程仿真方法对与加工相关的所有要素进行计算机模拟。通过可视化仿真完成碰撞及干涉检验、加工过程模拟、工件及刀具有限元分析。如对于一个机械加工系统，要仿真的内容包括：刀具运动轨迹仿真，此时只是刀具按运动轨迹围绕毛坯运动，目的是直观检验刀具运动轨迹的合理性；机床运动过程仿真，此时将工件安装在机床工作台上，刀具运动轨迹分解为机床各运动部件的运动，目的是直观检验刀具与机床部件及机床部件间的碰撞和干涉；材料去除过程仿真，此时刀具按其运动轨迹对毛坯进行材料切除，目的是模拟实际的切削过程，生成产品加工结果模型，对加工精度和可加工性进行评估。加工过程仿真也包括对加工过程中刚性变形、夹紧变形、切削力作用下变形及振动量的检验，因为以上因素对加工精度有着显著的影响。(www.xing528.com)

（3）可加工性评价 完成对加工过程的可视化仿真，由仿真结果可对零件的可加工性进行综合评价。评价内容包括加工过程中是否出现干涉与碰撞、零件在现有条件下能否进行加工、加工过程中应力及变形情况和工艺方案的合理性等。在可加工性评价阶段，要求软件系统能够输出干涉检验报告、刀具轨迹曲线、应力分析报告、加工精度评价、方案对比报告等，由此方便决策者进行零件可加工性综合评价。

（4）缺陷修改 在加工过程仿真中同样会发现各种错误和缺陷，及时发现这些问题是可视化分析的一个重要意义。对于加工过程的仿真，可能发现的问题有零件现有结构难以按规定实现加工操作、现有工艺方案难以完成规定的加工任务、刀具等不符合要求等。对以上问题加以修改，接下来还要进行仿真，直到仿真结果满足要求为止。

要完成上述复杂加工过程仿真，需要用到CAD软件创建机床、刀具、工件等的几何模型，CAM软件生成加工方案（如NC代码），有限元软件进行加工应力分析，加工场景构建（可用VC结合OpenGL）。可见对加工过程仿真是一个复杂的系统工程。