面向模具制造过程的工艺仿真技术

1、面向模具制造过程的工艺仿真技术1 .概述在数控加工过程中，为检查数控加工程序的正确性，防止干涉和碰撞的发生，要在机床上试 切一个木质或塑料零件模型来验证并修改数控加工程序。但这种方法费工费时，代价昂贵，使生 产成本上升，推迟了产品加工的时间和生产周期。加工过程工艺仿真就是利用计算机对NC程序 进行图形仿真、检查刀具路径、动态模拟数控加工的全过程，检验加工方法和程序的正确性，从 而节约大最的财力和时间，获得较好的经济效益.2.加工过程仿真方法的分类一般把加工过程的仿真分为几何仿真和物理仿真两大类。所谓几何仿真就是利用计算机图形 显示器把零件模型、刀位轨迹、刀具形状等显示出来，模拟零件的加工过程，

2、用来检测刀位轨迹 是否正确，加工过程是否过切，所选择的刀具、走刀路线、进退方式是否合理，刀具与工件、夹 具、机床等约束面是否发生干涉或碰撞，也称为刀位轨迹验证(NC Verifi -cation )。就其实现 技术，一般有静态显示验证和动态仿真验证二种。静态显示验证就是在生成刀位轨迹后将刀位轨迹、工件、刀具等一同显示出来，可以较直观 地观察工件与刀位轨迹的关系以及进退刀、避让过渡等情况。有时还可以通过设定刀位轨迹延迟 显示，“动态”地按加工过程的顺序显示刀位轨迹，如图6 一 12所示.另一种情况就是在某一 特定加工面的刀位点上计算出刀具外形的包络曲面和工件(毛坯)模型求交，构成相应的截面图显

3、示出来，如图6 一 13所示。图6-1S截面阁显瓶动态仿真验证则是采用实体造型技术建立工件毛坯、机床、夹具及刀具等的几何模型，然后 按刀位点顺序将刀具模型与工件毛坯模型进行快速布尔运算（一般为减运算），最后采用图形渲染 技术，把相应的工件毛坯、机床、夹具与刀具模型等功态显示出来.模拟零件的实际加工过程。 动态仿真验证的真实感较强，基本具有试切加工的验证效果，如图6 一 14所示。在加工过程中， 几何仿真只是前提条件，更为重要的是切削力、刀具振动及刀具磨损等因素在仿真过程中的体现. 我们把考虑了实际加工过程中各种工艺因素的仿真称为物理仿真。图6-11动态仿真脸证物理仿真的关键是建立加工过程的切削

4、力学模型，由于影响加工过程的工艺因素非常复杂， 目前的切削力学模型都是经过简化的经验模型。如设定工艺系统满足刚性要求，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等。即使如此，物理仿真目前仍 处于研究阶段，在商品化的软件中还少有涉及。3.加工过程仿真系统的结构加工过程的仿真即对机床一工件一刀具构成的工艺系统中的各种信息的分析与预测，如上所 述，它包括几何仿真与物理仿真两方面的内容。几何仿真包含刀位轨迹验证，刀具与工件、机床、 夹具的干涉校验;物理仿真包括对各种物理因素的分析与预测，主要有切削力、刀具磨损、切削 振动、切削温度、工件表面粗糙度等。同时，几何仿真、物理

5、仿真及其中各要素之间有着密切的 联系，如刀位轨迹的规划将直接影响到切削力，而切削力的变化将导致刀具和机床振动、工件表 面质量恶化、刀具磨损等。仿真系统的结构如图6 一 15所示。型。仿真结果凡何仿亘NC代码修改与确认图仿真系统的结构4.加工过程仿真系统的优点加工过程仿真系统至少具有如下的优点：）使加工过程具有更好的工艺性能。）提供了一种高效低成本的验证途径，而在此之前通常只能用诸如石蜡或泡沫材料试制模）由于其虚拟性，可以减少各种各样的硬件投人，如刀具、切削液、工装、夹具及试制材 料等。）快速地验证已有的刀位轨迹文件，修正可能发生的差错。）可作为数控加工、数控编程等技术人员的虚拟培训平台，既安全又有效，同时可节省大 量的开支。5.模具加工过程工艺仿真的应用随着计算机图形学的日臻成熟，当前商品化的CAM软件都能实现刀位轨迹的静态显示验证， 一些高端的CAM软件如UGll、Cimatron、Ma。terCAM等都带有自己开发的动态仿真验证模 块.专用的加工过程仿真软件如美国CGTech公司的Vericut软件，不仅可以模拟工件在机床上 加工过程，如图6 一 16所示;还可以根据相应的工艺知识库及切削力学模型对给定的刀位轨迹 进行工艺优化。图6 一 17所示是利用给定的切削深度与进给量的关系曲线，对