计算机虚拟仿真技术在数控加工中的应用研究

袁磊

摘要： 在数控加工过程中，虚拟仿真技术的应用，可以有效提高数控机床的使用效率，保证加工质量。本文简单阐述了虚拟仿真技术在数控加工中的意义、特点及发发展前景，对计算机虚拟仿真技术在数控加工中的应用进行了探讨。

Abstract： In the process of CNC machining， the application of virtual simulation technology can effectively improve the efficiency of CNC machine tools and ensure the quality of machining. This paper briefly expounds the significance， characteristics and development prospects of virtual simulation technology in CNC machining， and discusses the application of computer virtual simulation technology in CNC machining.

关键词： 计算机;虚拟仿真技术;数控加工

Key words： computer;virtual simulation technology;CNC machining

中图分类号：TG519.1                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）20-0197-02

0  引言

随着零件加工过程的复杂化日益严重，为保证零件加工效率和加工质量，虚拟仿真技术应运而生。将计算机仿真技术引入到零件的数控加工中，是研究和设计复杂系统的有效工具，充分利用虚拟仿真技术服务于数控加工生产，可以有效提高数控加工的精度和质量。

1  虚拟仿真技术概述

所谓的虚拟仿真技术，是指以先进的多媒体技术、虚拟现实技术和互联网为主要基础，以移动通讯和互联网为技术基础的一种快速发展的信息技术，它是将仿真技术和虚拟现实技术有机地融入到一起并应用在工业生产中的一种比较先进的模拟仿真技术。虚拟模拟仿真技术是综合性训练和新技术交叉研究的学科，是推动人类社会转型的重大战略性成果。

虚拟仿真技术具有集成化、虚拟和网络化等技术特点，充分满足了现代仿真技術发展的需要。而虚拟仿真技术在数控加工中的应用，就是利用先进的技术，通过计算机系统建立虚拟加工仿真系统，对加工情况进行预先检查，以确定数控加工操作的正确性和一致性。

而且计算机往往不能准确识别外部信息，因此我们需要有一套相应的数学模型去反映一个事物的本质特性。通过这种数学模型可以清楚地反映所要研究的对象其性质和特点，通过这种方式对模型进行变换，利用计算机算法等方式，将这种数学模型直接转化为其他计算机可以直接处理的方法和形式，即可以构造一种仿真模型。仿真模型是现代计算机进行仿真的基础和关键，在此基础上，进行仿真实验，对所需要建立的模型进行了仿真，得到了相应的仿真结果。

2  虚拟制造数控加工技术概述

2.1 在数控加工中应用虚拟仿真技术的意义

随着可视化技术和仿真技术的不断发展和紧密结合之后，仿真技术也越来越成熟，其产品得到了机械设计和制造工程师的广泛认可。将虚拟仿真技术应用于数控加工，可以有效地提高数控机床的利用率和生产率。随着社会的发展，数控机床逐渐取代了传统工艺中使用的设备，但从更昂贵的设备来看，数控机床行业，满足了操作人员较高的技术要求，有效避免虚拟仿真技术具有相当大的经济成本，从而保留了数控机床的精度和领域。提高数控机床的生产率。

此外，虚拟仿真技术在数控加工中的应用有助于有效地减小误差，提高数控加工精度。基于数字控制的虚拟仿真应用程序允许在实际转换之前模拟训练，通过计算机图形学的实验过程，模拟切割能够有效地控制，无论是对是错，从刀具轨迹上验证了数控加工过程的正确执行，仿真技术提高了数控加工的精度。它还可以有效地保护数控加工设备的使用，延长其使用寿命。虚拟仿真切削的实践有效地避免了数控机床因加工误差而造成的损坏，从而延长了数控机床的使用寿命，提高了数控机床使用企业的经济利益。

2.2 虚拟制造数控加工技术的特点

由于传统机床的加工效率较低，人工作业量较多，容易因为人工原因生产出质量不均匀的工件。虚拟模拟仿真技术将会从根本上改变传统的设计、试验、改装、规模化生产等制造方式。软件产品的原型首先是在一个虚拟和仿真环境中进行生产，然后再对其进行实际生产，并对它们的性能及其可以制造的效果进行了预测和评价。缩短了生产线设计和制造的周期，减少了生产线设计和研发的成本。虚拟仿真技术在现代数控加工中的广泛应用，通过软件模拟各种工件加工过程及其加工结果，及时地纠正各种加工过程中超切、冲击刀具等的加工误差。它是出现于制造生产过程中。虚拟仿真技术是一种利用相关的软件对物体或者机器人等材料加工的三维情境下所进行真正模拟的技术，包括刀具类型的选择和配置、机床位置、刀具类型的选择等。在这个操作过程中，用户能够非常清楚的观察得到工件在每个操作工序后的运行状态，对于成品刀具进行三维的测量，控制其表面的粗糙度，然后根据实际情况修改刀具的加工进度等各种参数。将虚拟仿真技术运用于数控加工领域中，不仅有利于培养更多专业技能较强的加工技术人才，也有利于培养新型从业者。虚拟仿真数控加工技术大大减少了材料的浪费，是改善机械加工过程的重要保证。

2.3 虚拟制造数控加工技术的发展前景

与传统的制造技术相比，数控虚拟仿真技术具有明显的优势。虚拟模型是在计算机上设计、制造和测试的，甚至设计师或用户也可以“进入”虚拟仿真环境来测试他们的设计和改造，而不必依赖于对传统原型的重复修改。相比之下，普通机床的加工往往是由人工控制设备的工人来完成的，这可能会导致操作不当和精度度低下的问题。工人长时间劳累、安全意识不强、不按计划操作，很可能造成加工设备损坏，甚至难以保证自身安全。应用虚拟仿真的数控加工技术可以有效地解决这些问题。利用仿真软件对加工程序进行优化后，技术人员只需定期在硬件中填入毛坯，就可以自动编程，既节省了人力，又降低了成本，同时提高了加工精度，进一步缩短了加工时间，大大提高了效率和安全性。随着科学技术的不断发展，计算机和信息技术必将在生产生活的各个领域得到更广泛的应用。因此，虚拟仿真技术在数控领域的应用具有良好的发展空间和发展前景。

3  计算机虚拟仿真技术在数控加工中的应用

3.1 进行虚拟制造

在开始产品设计之前，必须考虑客户的所有具体要求和处理方案的可行性。在此基础上，首先对核心部件进行了设计，为了简化设计过程，提高设计效率，一般优先选用通用性较强的标准部件。链轮、螺栓、齿条、螺母等通常在设计其他更具体的单个部件之前首先进行设计。零件设计严格按照国家标准进行，以便于后续改进和维修。在完成了各部件的外形设计后，在虚拟数控设备上进行了基于实例的制造过程设计与仿真。首先对零件的尺寸和性能要求、原材料在计算机数控（CNC）仿真软件设计中的尺寸和加工刀具的尺寸，设定基准点，原点，根据参考坐标系，根据坐标系变换的原点，设置速度等参数，在必要的零部件基础上，进行变换编辑器。在上述工作完成之后，需要在虚拟加工设备上进行仿真工作，对加工过程中存在的调整偏差不合适、超高、切削冲击、产品外观缺陷等问题进行程序和参数的修改。对加工过程进行多次模拟和细化，直到客户对加工产品的结果感到满意，才能进行实际生产。技术人员完全在计算机上完成了上述虚拟制造仿真的制作过程。

3.2 进行数控加工

所谓数控加工，是一种泛指在各种数控机床上直接实现零部件加工的技术流程。一般而言，在我们开始设计和进行所有自动化数控加工之前，首先我们就需要正确地选择和制备以及确定各种需要设计和制造的可以自动化数控加工的各种零部件及其内容，通过对这些自动化的零部件及其内容分别进行设计和制造工艺分析，初步地确定了其中各种制造工艺的特点和技术方法。再针对不同种类零部件在设计时的尺寸、倒角、表面粗糙度方面作出一系列工艺规范的确定。按照需要加工的各种零件的要求，对其中作业材料分别进行了工艺加工中的文字编写、校验及整理修改。当我们在完成了首件测试程序单的设计与技术性改进之后，为了能够确保它们的可靠性，就必须在实际开始进行首件测试加工之前就必须做好首件测试加工和现场中存在问题的处理。对试制产品中成品重量的影响进行了分析，进一步地修改和优化了加工过程，直至试切样品得到客户满意后，方可进行实际加工。

3.3 将虚拟制造应用到数控加工中去

现代机器的研发设计和生产使其能够把某些应用程序直接集成到一些高性能的设备上，从而使得电脑和计算机能够有更大的可靠性和工作效率，同时能够提高电脑的设计和处理速度。在数控加工中，无论是对于材料的质量资讯还是对于零件的体积和数量，都必须经常进行复杂的电脑和计算机。因此，计算机技术对于数控制造加工起着十分重要的作用，在我国大型企业生产中也被广泛应用。为了保证加工程序的可靠性，传统的数控加工技术往往必须对其进行切换到实际生产前的检测。切削次数的确定是由程序中需要修改的次数来确定，即每一次程序中的切削次数修改都必须是在现场上实际地进行第一次的测试，直到所有经过测试的产品都被客户所接受。该生产工艺耗费大量的人员和原材料，增加了设备的生产成本，提高了企业的生产效率。虚拟制造技术的运用在数控加工中已经有了很多的应用。计算机数控虚拟制造技术是在三维的场景下完成仿真转换的一个复杂过程，设计人员就可以直接使用粗加工仿真软件进行设计、刀具的选择、程序设计。在所有生产流程的设计和加工参数中，无需再经过多次的模拟就能完成它们的加工流程，也就是说它们可以远程向客户进行证明，大大地节省了时间和成本。通过计算机软件来进行仿真，在对加工程序进行修正后，将其引入到数控设备中，可以在不经过试验和切割阶段的情况下实现实际生产。

4  结束语

与一般的数控加工设备相比，将虚拟化制造和数控加工等技术紧密结合，能够大幅度地改善生产质量，节省生产费用。此种技术无论是在应用还是教学上，它均具备很强的优点。为了使我们能够更好地利用数控机床的虚拟仿真技术，必须首先要清楚地明确它们所应用于数控机床制造过程中的基本工作原理，按照所需要的工作原則来开展各种操作，确保这些技术能够充分发挥自身的优势，促进我国现代化数控加工技术的发展与进步。

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