虚拟数控加工过程物理仿真模型的建立.pdfVIP

　　第 20 卷 　第 4 期 计 　算 　机 　仿 　真 2003 年 4 月 　　 ( ) 文章编号 :1006 - 9348 2003 04 - 0088 - 04 虚拟数控加工过程物理仿真模型的建立 王霄 ,刘会霞 ,杨润党 ,蔡兰 (江苏大学机械工程学院 ,江苏 镇江 212013) 摘要 :该文首先阐述了虚拟数控加工过程物理仿真的研究内容 ,其次重点讨论了所建立的切削力仿真 ,刀具磨损仿真与变形 仿真 ,加工误差仿真 ,振动仿真和切屑形成过程仿真的数学模型。最后 ,提出了物理仿真今后研究的方向。 关键词 :虚拟数控 ;加工过程 ;物理仿真 ;虚拟制造 ;仿真模型 中图分类号:TP391. 9 ;TH165 ;TG50 　　文献标识码 :A 1 　引言 虚拟数控加工 ( ) ( ) VNC 过程物理仿真是虚拟制造 VM 单元和虚拟制造系统基础核心技术 ,越来越受到各国学者 ( ) 的重视。虚拟数控加工过程的仿真包括数控 NC 代码仿 真 ,几何仿真和物理仿真[1 ] 。数控代码仿真是虚拟数控加 工过程的一个重要环节 ,通过它可以检查数控程序的正确 性及实现碰撞、干涉检验 ,大大节省数控程序的调试时间 , 减少昂贵的试切费用 ,提高数控机床的安全性等。几何仿 真是数控加工过程仿真的前提 ,通过刀具扫略体和工件模 型连续的布尔运算可得切屑的去除加工过程仿真[2 ] ,它也 图1 　虚拟数控加工物理仿真的体系结构 提供了物理仿真评估切削力和加工误差所需的主要参数。 物理仿真主要是力学仿真 ,它是虚拟数控加工过程仿真的 核心部分 ,其内涵就是综合考虑实际切削中的各种因素 , 建立与实际切削拟合程度高的数学模型 ,从真正意义上实 现虚拟加工与实际加工的“无缝连接”,满足虚拟数控加工 的沉浸感和交互性。只有对物理仿真的机理研究透彻 ,才 能真正意义上的满足虚拟制造的目的即实际加工过程在 计算机上的真实映射。 图2 　刀具受力模型　　图 3 　第 j 个刀具微元的力学模型 2 　物理仿真的研究内容体系 ( ) F = K S 　F = K S 　F = K S 1 物理仿真的主要内容包括切削力仿真 、加工误差仿真、 t t t r r r a a a 切屑的生成过程仿真、刀具的偏移、变形和磨损仿真、及数控 式中 S , S , S ———切屑在三个坐标平面上的投影面积。K , t r a t 切削机床的振动与温度仿真等。其仿真体系结构如图 1 所 K , K ———从金属切削中得到的材料和切削速度参数。 r a 示。 [ 5]