CAD/CAM应用中的加工过程仿真及其重要性

3．2加工过程仿真

数控机床由零件程序对其加工过程进行控制，零件程序的正确与否直接决定加工的质量和效率，而且不正确的加工程序还会导致生产事故。由于数控加工零件形状的复杂多变以及加工环境的复杂性，要确保所生成的加工程序不存在任何问题仍十分困难，其中最主要的有加工过程的过切与欠切、机床各部件之间的干涉碰撞以及加工中的切削过负荷等。对于高速加工，这些问题常常是致命的。因此，实际加工前采取一定的措施对零件程序的正确性进行检验并修正是十分必要的。

零件程序的检验方法有几种，方法一是在正式加工前让机床“空运行”，“空运行”只能对机床运动是否正确及有无干涉碰撞做粗略的估计;方法二是实物“试切”，则可对加工过程是否正常及加工结果是否满足要求做出较准确的判断。但“试切”需增加生产成本，需占用一定的时间，此外，“试切”过程的安全性也得不到保障。在计算机上利用三维图形技术对数控加工过程进行模拟仿真，就可以快速、安全和有效地对数控加工程序的正确性进行较准确的评估，并可根据仿真结果对零件程序迅速地进行修改，免除反复的“试切”过程，降低材料消耗和生产成本，提高工作效率。因此，数控加工过程的计算机仿真是数控加工零件程序的高效、安全和有效的检验方法。

数控加工仿真就是在计算机上通过软件模拟加工环境、刀具路径与材料切除过程来检验并优化零件程序，具有柔性好、成本低、效率高且安全可靠等特点，是提高编程质量的重要措施。

1．仿真环境的建立

建立仿真环境主要包括定义虚拟机床、刀库和刀具，安装夹具、毛坯和工件。

定义虚拟机床包括根据加工要求确定机床类型、坐标数、控制系统、机床坐标原点、图形坐标原点和编程原点。缺省状态下以图形坐标系的原点为编程原点。

定义刀库包括按加工顺序选定每把刀具，并定义刀具参数。

夹具、毛坯和工件在工作台上的初始安装可通过将产品坐标系的原点与图形坐标系的原点重叠来实现，实际安装位置可通过对产品相对图形坐标原点进行平移变换得到。(www.xing528.com)

2．加工过程仿真

加工过程的仿真采用三种形式:

(1)刀具运动轨迹仿真。只是刀具按加工轨迹围绕毛坯运动，目的是直观检验刀具运动轨迹的合理性。

(2)机床运动过程仿真。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。

(3)材料去除过程仿真。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。在此仿真过程中，通过估算切削力、夹紧力和切削热，将工艺系统因热变形和受力变形造成的刀具与工件间的相对位移与刀具的理论运动轨迹叠加，使所生成的产品加工结果模型能反映动态因素对加工质量的影响。

3．加工误差的评估

将产品零件的理论模型与毛坯去除材料后得到的加工结果模型求差，可得到加工误差模型。加工误差模型中，加工区域按误差大小的不同以不同的颜色表示，通过对其进行直观检查，可对加工误差的大小及其产生的原因进行分析、判断，并为产品的可加工性评估提供依据。