数控铣床加工仿真系统研发
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近年来我国数控机床数量大幅增加，但数控机床的功能和利用率得不到充分发挥的现状，研究面向制造业数控编程人员的数控加工仿真系统关键技术，旨在开发出包含数控机床、刀具、夹具、毛坯等几何实体在内的、具有刀具轨迹和机床运动双重仿真功能的面向用户的数控加工仿真系统。在现代的制造业中，数控技术标志着装备工业技术水平和机械现代化水平，是发展新兴机械高端技术的最基础和最基本的装备。数控技术包含了微电子，计算机，信息处理，自动检测，自动控制等高新技术于一体，具有高精度，高效率，柔性化，自动化和集成化的特点，在现代工业生产中起着非常重要的作用，是当今制造业最核心的技术。
21世纪的数控技术将是一个具有人工智能化的系统，它包括数控系统中为增加加工效率和加工质量智能化等的各个方面。数控机床作为一种高附加值的产品，它的产生带来了制造业的一次革命性的变革。随着数控机床产量的逐年飞速增长，如何提高数控机床的利用率、充分发挥数控机床的功能成为数控技术应用领域函待解决的问题。目前在我国制造业中存在着为数众多的具有丰富理论和实践经验的工艺技术人员，但由于数控机床本身及其对数控程序要求的特殊性，致使本应由工艺师编制的数控程序，在制造企业中大多数是由数控机床操作人员编制、调试和试切的，这不仅占用数控机床大量的加工时间，而且受工人技术水平的限制，使得数控机床的功能得不到充分发挥。即便在某些具有专业编程工艺师的企业，由于数控编程时间和数控加工时间以及零件试切时间和零件加工时间比值之大，也是导致我国数控机床开工率低的主要原因。有专家统计，一个零件的编程时间与机床实际加工时间之比约为30：1，这还不包括在机床上的试切验证时间。
自1958年数控机床出现到现在，国内随着数控技术发展迅速，现在数控加工已成为计算机辅助设计中重要的一部分。国内也有许多高校、科研机构在数控仿真方面开展了研究工作，取得了一些成果。并在早期时候开发出了一些二维数控仿真软件系统，利用二维动画图形仿真来进行NC程序加工过程。随着国内数控仿真技术研究的深入以及技术水平的逐渐成熟，数控仿真也二维仿真转向真实感较好的三维仿真系统。
数控加工仿真是研究数控机床加工过程在虚拟环境中的映射，集机械制造技术、数控加工技术、计算机技术和虚拟现实技术于一体，在计算机上建立和真实机床完全一致的虚拟加工环境，在数控机床进行实际加工之前，在虚拟环境中对零件的数控加工程序进行检验，检查数控程序的正确性、合理性，对数控加工工艺的优劣做出评估与优化数控仿真系统不但能够应用于企业的生产实际，也可以缩短零件从设计到加工的时间，并检验零件设计的正确性、工艺规程的有效性和数控程序的正确性，提高零件加工的质量，减少制造成本。另外数控仿真系统还可以应用于学校的数控教学培训，满足数控人才培训的要求。
数控加工仿真是一门进行数控加工实验研究的综合性课题，对于数控仿真系统的开发是一个系统工程，必须遵循一定的开发步骤或流程，最重要的是要实现数控仿真系统的各项功能，所以，一个优秀的数控仿真系统应该包含以下几个功能要求：满足仿真要求：综合或设计一个数控仿真系统。是为了实现数控加工预定的目的，也就是说仿真系统具有目的性。因此，任何一个仿真系统最基本的要求就是能够实现其基本的加工功能，因此对于我们的数控仿真系统，其基本加工功能包括了加工过程的几何动态仿真、数控操作面板的模拟操作、加工过程中碰撞干涉的检验和报警等;数控仿真系统具有整体性，它的各部分既相对独立，又是不可分割的。所以对于整个仿真系统的设计是把它划分为几种功能模块进行设计，各模块之间相互联系、相互作用。因此，各仿真模块之间的接口技术非常重要，它能够实现数控仿真系统的整体化;它是利用实际系统的数学模型来仿真实验，因为实际系统与数学模型总是存在着各种各样的差距，所以，如何将其差异控制在一定的范围内，这就是可靠性问题。
衡量仿真系统的一个重要指标就是可靠性。如果在仿真系统中，不能实现仿真效果的可靠性，那么仿真系统的设计就是失败的。对于数控加工仿真系统，一定要实现仿真的动态画面、仿真的图形与设计和干涉检验等的可靠性;仿真是数控加工过程中的一个重要的问题，如果数控加工仿真建模和其算法太过复杂、并且程序冗长，那么在有限的计算机资源下，势必影响系统仿真的速度和效率。因此，必须进行数控仿真优化设计，主要是要优化数控加工仿真建模和算法、数据结构等来保证仿真系统的有效性;数控加工软件开放性就意味着软件可以实现系统的二次开发。它可以修改系统和优化系统的性能，而不是一种封闭的、不可变动的系统。所以数控仿真系统正朝着开发式数控仿真系统的方向发展，所以其应具备可扩展性能够为后续的功能升级和二次开发提供接口。首先，对数控代码进行预处理。它包括语法纠错、格式转换等，以此生成统一的代码;在数控仿真系统中建立刀具库，同时向用户提供刀具选择界面，库内保存常用的铣刀工具，主要是平底铣刀，球头铣刀，圆鼻铣刀等;在数控仿真系统建立常用毛坯库，同时向用户提供毛坯选择界面，库内保存常用的工料毛坯，对铣床加工而言，主要是板料;数控仿真系统核心模块。根据用户输入（NC代码、刀具信息、毛坯信息），生成动态加工仿真效果，主要包括刀具轨迹仿真，碰撞干涉检测，工件加工仿真。
数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础。国内的数控行业最近发展的比较迅速，但是相对于发达国家还是有很大的距离，国家最近也不断提出发展数控的口号，提倡数控应用化。数控加工仿真是CAM的重要组成部分，是CAM到实际数控加工的检查环节，本课题研究的数控仿真系统是真实数控机床在计算机上的精确、完整映射，具有和真实机床完全一致的数控代码驱动功能。编程人员可以利用数控加工仿真软件来有效验证CAM生成的NC代码的有无过切，碰撞等干涉现象，对编制的数控程序进行仿真、查误、修改、验证，保证NC代码的正确性。减少了加工过程中的试切时间，缩短了生产周期，更加充分发挥数控机床的作用，提高了生产效率和产品质量，给企业带来更多的效益。