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虚拟加工技术在数控机床上的应用1、虚拟加工概念虚拟加工是在虚拟环境下对产品对象模型实现几何及物理性能变化的过程，它是真实加工过程在虚拟环境下的映射。其目标是实现加工过程在计算机上真实再现。2、虚拟加工技术的研究现状2.1国外研究状况A）采用边界表示法来获取刀具加工零件的框架图。（ Kawabe ）B））三维实体仿真算法 Anderson：三维碰撞检验算法 Cappel：利用向量来分析切削过程的算Sungurtkin：特定造型设备上的数控仿真系统K．K．Wang：基于布尔运算的NC检验系统 J．H．Cliver：直接尺寸检验方法C）商用虚拟加工软件Pro／E、Predator Virtual ChIC、NCL／MS、 VERICUT等2.2 国内研究状况京斯沃、上海宇龙北京斐克、广州超软、等数控机床仿真系统。3、虚拟制造关键技术研究3.1建模几何建模是虚拟数控加工过程动态仿真的基础，也是物理仿真的必要条件。几何建模分为：线框模型、表面模型和实体模型三种类型。实体模型分为：边界表示法、体素构造法、混合表示法、空间单元法A）边界表示法(Boundary Representation)基本思想：一个形体可以通过包容它的面来表示，而每一个面又可以用构成此面的边描述，边通过点，点通过三个坐标值来定义。B）体素构造法(Constructive Solid Geometry)体素构造法简称CSG法，这是一种用简单的体素拼合复杂实体的描述方法。任何复杂的实体都可以由某些简单的体素加以组合来表示。通过描述基本体素(球、柱、棱锥等)和它们的集合运算(交、并、差)来构造实体。(C)混合模型(Hybrid Model)混合模型建立在边界表示法与体素构造法的基础上，将两者结合起来，共同表示实体。以CSG法为系统外部模型，以B--Rep法为内部模型，CSG法适于做用户接口，定义体素及确定集合运算类型，在计算机内部转化为B--Rep的数据，以存储物体更详细的信息。混合模型是在CSG基础上的逻辑扩展，起主导作用的是CSG结构，结合B--Rep的优点，可以完整地表达物体的几何、拓扑信息，便于构造零件模型。(D)空间单元表示法空间单元表示法也叫分割法，基本思想是将一个三维实体有规律地分割为有限个单元，这些单元均为具有一定大小的立方体，在计算机内部通过定义各单元的位置是否填充来建立整个实体的数据结构。3.2插补原理数控机床加工的零件轮廓一般由直线、圆弧组成，对于一些非圆曲线轮廓则用直线或圆弧去逼近，然后按各线段的数据编写数控程序或者采用手动输入到系统的内存储器里，启动数控系统便开始工作，将程序段进行输入处理、插补运算、输出处理，将计算结果控制伺服机构，驱动机床，使刀具和零件做精确的符合各段程序的相对运动，从而加工出所需要的零件。 插补计算就是数控系统根据输入的基本数据，(如直线终点坐标，圆弧起点、圆心、终点坐标值、进给速度等)。通过计算，将工件轮廓的形状描述出来，边计算边根据计算结果向各坐标发出进给指令。数控机床中常用的插补计算方法为逐点比较4、虚拟加工环境的建模4.1虚拟车床模型的建立A）机床、夹具、刀具模型的建立B）虚拟工件建模C）运行仿真技术4数控程序检错与翻译在虚拟加工环境中，机床的每个切削动作通常是由刀位文件驱动，而在验证某一个CAM设计的时候，常常接收的是零件加工的CNC代码，为了使所开发的虚拟车削加工系统具有接收和检验CNC代码的功能，需要开发NC编译模块，以便使系统能够在加工之前通知操作人员NC程序中是否存在语法错误或者上下程序段间的逻辑关系是否正确等。数控程序编译模块的功能结构图检错，即按照该数控系统的编程规定和有关数控加工的常识，对NC代码进行词法分析、语法分析、语义分析，从而检查出该NC代码的词法错误、语法错误、逻辑错误(其中包括数据不合理，加工状态不合理等)。若有错误存在，则提示错误信息修改NC程序。若NC代码没有被查出错误，则进入翻译阶段。翻译，即从NC代码中提取控制机床部件运动的有关命令动作和状态信息，将运动的数据按照位移和速度的变化划分成一系列时间片段，计算出各时间片段的机床各坐标的位移，从而驱动机床模型的运动，实现NC代码驱动的加工过程仿真。5、碰撞和干涉检验数控加工中常见的碰撞和干涉类型(1)刀具的非切削部分和物体的干涉；(2)主轴不转时的干涉或切削；(3)快速趋进时的切削；(4)夹具可动零件在运动范围内与其它固定零件的干涉。