数控读书报告-机电-姚世泽.doc

数控读书报告 题目：浅谈数控仿真技术发展状况 专业:机械电子工程 班级：研113 学号：2111102105 姓名：姚世泽 任课教师：欧长劲摘要：随着计算机技术和信息技术等高新技术的快速发展，仿真技术也得到迅速的推动，并在数控系统的发展中越显其重要作用因此本文着重研究仿真技术在数控系统中发展情况文中介绍了数控仿真技术定义数控仿真技术的特点，以及仿真技术在数控系统中作用，并对数控系统仿真技术发展水平及现状进行了分析，展望了数控仿真技术的发展趋势从而得出结论：仿真技术是数控系统中是妊不可少的手段，将会更加飞速的发展关键词：数控系统；数控仿真技术；虚拟Abstract: Along with the development of computer technology and information technology, simulation technology is rapidly pushed forward and plays an important role in the developing of numerical control technology. The standing of numerical control system simulation technology is discussed. The conception of numerical control simulation technology is introduced and describe, and some features of numerical control system simulation are compared with them, the recent research and application of numerical control system simulation are also discussed. Especially ,the development trend of numerical control system simulation is discussed. Therein one may derive the conclusions: the simulation technology play a important roll in the numerical control system and possesses the vast prospects.Keywords:Numerical Control System; NC simulationTechnology; virtual . 浅谈数控仿真技术发展状况数控技术是先进制造技术的核心,世界各国制造业广泛采用数控技术,以提高制造能力、适应市场能力和竞争能力。虚拟制造技术就是根据企业的竞争需求，在强调柔性和快速的前提下，于20世纪80年代提出的，并随着计算机，特别是信息技术产业的发展，在90年代得到人们的极大重视，获得迅速的发展。在不长的时间里，已成为企业界、学术界的研究热点之一，是当今国际上科技领域的前沿课题，目前在美、英、日、西欧诸国已经形成了相当规模的新兴产业部门，商品化软件已趋于成熟，应用比较广泛。随着我国加入世贸组织,综合国力进一步增强,我国经济全面与国际接轨,并正在成为全球制造业中心,进入了一个空前蓬勃发展的新时期, 随着机械零件制造复杂程度的提高，对数控代码正确性验证的需求越来越迫切，数控仿真系统利用计算机图形显示技术模拟实际加工过程，是验证数控加工程序正确性的有力工具之一,这必然对掌握现代化制造技术的人才、特别对一线数控技术工人形成了巨大的需求。11、数控仿真技术的概念 仿真技术是以相似原理、系统技术、信息技术以及仿真应用领域的有关专业技术为摹础，以计算机系统、与应用有关的物理效应设备及仿真器为工具,利用模型对系统（已有的或设想的）进行研究的一门多学科的综合性的技术。而把计算机仿真技术引入到零件的数控加工中，利用计算机来形象、直观的模拟实际的加工的全过程，即称为数控仿真技术。数控仿真技术是验证数控加工程序的可靠性和预测切削过程的有力工具，也是虚拟制造的一个重要分支和基础。它的最终目标是为虚拟制造建立一个真实的加工环境，用于仿真和评估各加工过程对产品质量的影响。数控仿真系统加工系统与现实中的机床加工系统是一一对应的，具备现实机床加工系统的全部功能、特征和行为。利用数控仿真技术，可以快速、安全和有效的对数控程序的正确性进行比较准确的评估。并可根据仿真结果对数控程序迅速的进行修改，免除反复的试切过程，降低材料消耗和生产成本，缩短了产品开发周期、提高了产品质量和生产效率。2、数控仿真技术的特点数控系统的仿真凭借新的加工制造技术和新的软件技术的支持，对设计、制造和维护高性能的数控执行机构，以及构建一个包括控制器和执行机构的完整的自动化加工系统起到了积极作用，也因此得到巨大的发展。而现代的数控仿真技术具有如下特征。（1）、具有良好的结构性虚拟的数控机床具有与真实机床相似的结构。它能够模仿真实机床的任何功能而不致因为采用某种近似替代而导致某种结构和信息的失真或丢失。而设计者也可以以直观的方式设计和修改系统。（2）、模块化在利用仿真技术模拟实际的数控机床加工过程中，整个加工过程被分成多个模块，为了增强了虚拟数控系统的可操作性和可管理性，每个模块能够彼此独立的被开发和工作。而对每个模块的定义时，要进行合理的抽象，以便使虚拟数控系统既是。一个能概括各种类型的数控机床的抽象框架，又能方便的挂接具体的模块来仿真某种特定类型的数控机床。（3）、具有完善的图形接口一完善的图形接口使用户既能如在真实环境中那样完全操作虚拟数控机床，又能完全真实的以图像的形式观察机床运行的各种状态和各种机床运行参数，从而最大限度的提高人机融合程度。（4）、完全的符号数据接口完全的符号数据接口能使虚拟机床的各种静止和运行状态以符号数据的形式被外界感知，从而提供了与其他制造软件的无缝连接。外界也能通过输入符号数据对虚拟机床进行控制。（5）、标准的数据格式虚拟机床由于采用标准数据格式存储、传输和处理数据，因而能够在语义意义上提高其与外界制造资源的相互操作性。3、仿真技术在数控系统中的作用随着计算机技术和可视化技术的发展，仿真技术在数控加工系统开发中起着重要作用。（1）、在数控系统中利用仿真技术可以缩短产品开发周期。当数控加工程序编制完成之后，在进行正式的零件加工之前，需要对加工程序进行难确性检验。如果编制完成的数控加工程序中存在错误，可能导致工件过切或者欠切、刀具和零件、刀具和夹具、刀具和工作台之问的干涉和碰撞等问题。工件过切或者欠切是零件报废的重要原因之一，而刀具与加工环境之间发生的碰撞则是非常危险的，所以在进行正式的零件加上之前，对数控加工程序进行正确性检验是必不可少的步骤。数控程序正确性的检验方法已经成为影响生产率的重要因素之一。传统的加工程序检验方式一般为人工检查和试切，前者完伞依靠：程师个人的经验，而且只能对简单的数控加工程序进行检验。试切则是对零件实际毛坯样件（塑模、木模或者蜡模等）进行试加工，根据试加工的过程和加工结果对数控加工代码的正确性进行检验。这种检验方式相对于人工检查的方式而言，可以检查复杂程序，但是效率低下，成本很高，而且需要占用机床，延缓了生产周期，尤其对于大型复杂工件更是如此。而应用仿真技术，在计算机仿真虚拟环境下，对数控代码的证确性进行校验，可以检查加工过程中刀具与工件、机床、夹具之间是否存在干涉（包括碰撞和过切）。由于加过程仿真町以比较真实的反映实际的切削加工过程，因此在仿真过程中发现错误时可以立刻进行改正。并且可以多次重复仿真，寻求最佳的优化方案等。而设计人员利用计算机也可以快速、有效的构造产品的总体方案和设计模型，并可在计算机上完成设计、分析、评价和修改工作，从而提高设计效率，缩短产品开发周期。（2）、在数控系统中利用仿真技术町以提高产品开发质量。数控程序作为数控加的信息载体。其正确与否直接影响零件的加质量。利用仿真技术可以在进行数控加工前对数控程序进行检验，使得在数控程序设计阶段就能发现并解决工艺设计加上制造中可能出现的问题。从而提高数控程序运行的可靠性和合理性。而对于多工序组成的生产加系统，各工序生产节奏的不协调，可通过对加工生产过程仿真找到生产“瓶颈”。从而提高了产品质量。（3）、在数控系统中利用仿真技术可以降低产品开发费用，提高生产率。采用计算机仿真加工进行数控系统加工过程进行模拟、程序正确性检验，在减轻编程人员工作量的同时又能提高数控机床的使用率。这种不需要通过数控机床进行试切来检验数控代码正确性的方法具有快速直观、省时方便的特点。它既节省了人力和物力，提高了生产效率，又保证了加工质量，适应现代市场对产品开发制造的要求。4、数控系统仿真技术的发展现状及存在的问题（1）、发展现状自1958年数控机床出现到现在，数控技术发展迅速，现在数控加工己成为计算机辅助设计和制（CAD/CAM）中重要的一部分。数控机床加工零件是靠数控指令程序控制完成的。我们可以根据零件的几何形状设计编制或自动产生刀具的动作和位置序列，根据毛坯材料特性和合理的加工工序，适当的选择刀具、切削速度和进给速度，这样就构成了一段NC代码程序。与此同时，随着计算机的发展，出现了计算机图形仿真技术，把图形仿真技术引入到零件的数控加工过程当中，可以更加形象的、直观的以动画的形式在屏幕上再现数控加工的全过程2。国外在数控系统加工过程仿真方面做了大量的研究工作，已形成了商品化软件3 。例如美国CGTech公司开发的数控仿真软件VERICUT系统包含动态加工仿真以及切削精度验证，加工仿真图形显示速度快，图形真实感强，可以对不同数控系统不同格式的数控代码进行仿真，不仅实现多轴仿真，并且可以根据仿真和分析结果生成精度分析报告等一系列技术文档，VERICUT仿真系统还可以与成熟的CAD/CAM软件进行集成，作为CAD/CAM软件的一个模块对设计模型进行数控加工仿真。而CNC公司MasterCAM也是一个成熟的商业数控仿真软件。MasterCAM主要功能包括二维绘图、曲线曲面加工、点位加工，两轴到五轴铣削加工、数控车削、线切割以及激光切割等。其数控加工提供多种走刀方法，对加工路径的选择 、干涉的检查、多曲面加工、五曲面加工、刀具管理以及测量方面具有很强的功能。此外还有日本的sony公司研制的FREDAM系统可以对球头铣刀加工自由曲面进行三维仿真，重点显示三维刀具轨迹与零件模型，并进行干涉、以避免精加工时的刀具碰撞。英国Delcam公司的产品PowerMILL,不仅提供五轴联动的实体切削仿真过程，而且提供五轴加工机床动作仿真过程，动态仿真五轴加工过程机床各轴各机构运动关系，仿真软件支持摆刀轴、双旋转工作台、摆刀轴与旋转工作台的组合；还有法国Delmia公司的VNC、CIMCO公司的CIMCO Edit等其他数控仿真软件。4在国内，数控仿真系统相对不够成熟，商业化程度也不高，而且大多不具备精度检验的能力，且皆以工作站为硬件基础，这种功能上的局限性和运行软件所需要的昂贵硬件投资限制了软件系统的推广应用5。（2）、存在问题 目前进行的机械加工过程仿真，主要有两种情况：一种是从研究金属切削的角度出发，仿真某具体切削过程内部各因素的变化过程，研究其切削机理，供生产实际与研究应用；另一种则是将加工过程仿真作为系统的一部分，重点在于构造完整的虚拟制造系统。这两种方式的仿真方法是相同的，即首先对机加工艺系统建立连续变化模型，然后用数学离散方法将连续模型离散为离散点，通过分析这些离散点的物理因素变化情况来仿真加工过程。由于机加过程仿真还处于起步阶段，目前尚存在以下问题:(1)仿真的加工形式少，研究范围窄 在众多的切削加工种类与形式中，目前的仿真主要集中于铣、磨两种。即使在这两种加工方法上，仿真也局限在很窄的范围内。如铣削中多是仿真棒铣刀和端铣刀，而这种仿真系统对其他种类的铣刀(如加工成形表面用铣刀)却无能为力。其原因是机械加工种类繁多，存在着车、铣、刨、磨、镗等多种加工形式；另一方面加工理论复杂，不同的加工方法、刀具形状的加工模型有较大差别。同时，目前的仿真系统大多进行几何仿真，即对刀位轨迹、工件与刀具的干涉校验等，有称之为NC校验(NCVerification)。但在机加过程中，几何校验只是前提条件，更为重要的是切削力、刀具振动及刀具磨损等在切削过程中起决定因素的各物理量。(2)物理仿真过程都是考虑理想切削状态，与实际切削过程有较大差距在目前的仿真系统中预先设定了大量假设因素，如设定工艺系统刚性满足要求，无振动；加工材料结构统一，无硬点等缺陷；刀具无磨损；切削要素不发生变化等。这种假定的理想状态不能将切削过程中的随机干扰如工件硬点造成的材质变化、振动造成的切深变化等因素考虑进去，使仿真系统不能真实地反映实际切削过程。(3)仿真手段限制仿真系统的发展计算机技术的发展与仿真技术紧密相连，过去由于计算机软硬件的限制，仿真时间很长。编码工作量大，程序可读性、维护性差，这些都为仿真工作带来困难。目前应用C语言及面向对象的方法开发仿真系统已成为发展潮流。以上问题已引起研究人员的重视，今后的机加工仿真系统将朝着快速运行、面向多种加工形式、更加符合实际状况的方向发展。5、数控系统仿真技术中的发展趋势 随着计算机图形技术的迅速发展，数控仿真系统技术的研究也正朝着直观化、信息化、智能化等方向发展。（1）、直观化。利用计算机软件技术设法提供的直观可视化的建模方法，使复杂的建模过程得到简化，建立的仿真模型更加直观和逼真。而用三维图形直观显示机床、刀具、工件以及辅助设备（机械手等），增加了图形显示的真实感。（2）、信息化。分布交互仿真已成为计算机仿真技术的一个重要发展方向，它充分利用了计算机网络技术的支撑，使处在不同地理位置的各个部门利用网络连接起来，实现资源共享，达到节省人力、物力和财力的目的。而现代数控系统本身已经具有很强的和计算机通讯和联网运行的能力。这使得与其对应的仿真技术必然要跟随其发展，同样具有网络通讯等能力。（3）、仿真计算实时性。在数控系统仿真过程中，计算机对检验程序进行编译，并驱动图形加工系统进行准实时加工，检查NC代码中的语法和语意错误，实现干涉校验。它能够直观安全的模拟、验证、分析切削过程，免去了以往样件生产的样件材料损耗、刀具磨损、机床清理等，因此对仿真计算实时性的要求将会越来越高。（4）、智能化。随着人工智能在计算机领域的发展，数控系统引入了自适应控制、模糊系统和神经网络的控制机制，数控设备的智能化程度不断提高。这就要求数控仿真系统也具有自动编程、前馈控制、模糊控制、工艺参数自动生成、三维刀具补偿、运动参数动态补偿等功能。同时人机界面将会更加友好，引入故障诊断专家系统使得自诊断与故障检测功能更加完善6 。（5）、丰富的二次开发选项。提供源代码级的二次开发支持，开放的架构满足不同数控机床仿真开发要求。在强大的工具平台上，根据不同数控系统自身的特点，进行二次开发。这已经是目前许多研发单位开发专有技术的标准方式。今后的数控系统仿真工具必须支持用户在进行二次开发到时候，从源代码级别开始的创新和工程化定制，并能够通过封装集成到原有平台中去。这种技术将成为数控系统仿真用户在实现知识和技术组织内共享和传承的同时，保护自身知识产权的必然选择。6、结束语在数控系统设计过程中，传统的方法是通过反复的计算机迭代，利用样品试制（物理成型）和实验结果来分析系统是否达到设计要求，结果造成大量的人力和物力投入在样品试制和试验中。而现代的数控系统设计方法采用系统仿真技术，有效的缩短了研发周期、降低了产品研发成本及风险、提高了生产效率。可以说系统仿真技术已经成为数控系统设计中必不可少的核心技术手段。随着仿真技术的发展，数控仿真技术应用正向模块化、智能化、图形显示真实感等