1 引言

　　數字化虛擬制造技術是制造技術與仿真技術相結合的產物，它集制造技術、機床數控理論、計算機輔助設計(CAD)、計算機輔助制造(CAM)和建模與仿真技術于一體。在設計新力一案或更改力一案時，能夠在真實制造運行之前進行數控機床的虛擬設計，在虛擬環境中進行零件的數控加工，并對數控程序加以檢驗，檢查數控加工過程中可能出現的碰撞、十涉危險，分析零件的可加工性和工序的合理性。虛擬加工技術的采用可縮短產品開發周期，降低生產成本，提高產品質量和生產效率。

2 虛擬制造在數控刀具加工中的應用

　　在金屬加工領域，越來越多的數控機床被廣大客戶所采用，為了適應高精度和高速度的加工力一式，數控刀具變得越來越復雜，刀具制造商普遍采用多軸數控加工中心來制造數控可轉位刀具。在刀具制造過程中，對于各種不同類型的產品其容屑槽形式、刀片位置和切削角度等各不相同，而且在加工過程中也易發生十涉。由于數控加工過程隱含在數控程序中，而數控程序中的錯誤不容易發現，通常采用計算機圖形模擬刀具軌跡顯示法和機床試切法對數控程序進行校驗，但兩者均有缺陷。計算機圖形模擬刀具軌跡顯示法缺少真實感，難以發現刀具與工件的十涉和過切;試切法成本高，周期長，因此采用虛擬加工技術可有效解決很多問題。

3 系統結構

　　　數控加工程序編制系統主要由刀片座、小刀座排屑槽和冷卻孔模型按照不同刀具的設計要求進才科學的排列組合，結合加工過程中使用的不同機T夾具編制數控加工程序。口前采用瓦爾特公司自斯的VEROS數控刀具加工程序編制系統，可在三維l向對被加工刀具進行編輯并生成加工程序。

　　虛擬加工環境包括機床、被加工刀體(工件)、加工用刀具和夾具模型，通過AutoCAD和EM-REALNC的組合對機床、工件、夾具進行建模，結合TDM刀具管理系統所包含的刀具參數進行建模，完蔡組成了虛擬加工環境。

　　刀具虛擬加工過程包括數控加工程序譯碼、三維動畫仿真、碰撞十涉檢驗、加工時間統計和加工精度仿真。

4 虛擬加工過程的建模

　　4.1 機床建模

　　虛擬機床是虛擬加工過程的載體和核心，由幾何模型和運動模型構成。該機床以德國DMC公司的MAH0600 C機床為藍本，圖中虛擬機床中有兩個小標系:淚L床的絕對小標系和虛擬環境的圖形顯示小標系。該機床為五軸聯動加工中心，下部床身作X及Y向平移運動，加工用切削刀具安裝在機床主軸上作Z向平移運動，安裝于床身上部的旋轉部分分別作A向及B向旋轉運動。由于被加工工件的裝夾零點位置固定，故將機床小標系的原點定在工件的裝夾零點位置(柄部端而中心點)，將圖形小標系的原點定在工作臺安裝而的中心。

　　虛擬機床的虛擬運動由各運動部件的平動、轉動及相句_間的聯動構成。采用插補算法可將多個運動部件的聯動轉化為單運動部件的平動或轉動。因此，虛擬機床的運動可通過對部件進行平移和旋轉變化來實現。虛擬運動速度由平移和旋轉的步距值控制。

　　運動過程的建模采用而向對象的虛擬現實建模語言VRML來完成。具體來說即利用VRML語言將每一個運動部件定義為一個運動對象，這樣每一個運動對象在VRML語言中可看成是一個節點，一個節點包括一組它能接受和發送的事件，如改變位置(平移或旋轉)和改變顏色的事件等。加工過程的每一場景可以定義為一組節點，完蔡的加工過程則為一系列場景的集合。

　　4.2 被加工工件和加工用刀具的建模

　　被加工刀體(工件)的模型采用AutoCAD繪制后在REAL NC系統中轉化成三維實體模型。加工用刀具模型則采用WALTER公司的TDM刀具管理軟件與REAL NC鏈接，通過在TDM系統中輸入各種不同類型刀具的長度、直徑、柄部形狀、刀尖圓角、材質等刀具常用切削參數，預計刀具加工壽命等一系列數據，繪制出CAD圖形，再鏈接TDM和REAL NC系統，在REAL NC系統調用刀具時自動轉化成三維刀具實體模型。

5 虛擬加工過程的仿真

　　5.1虛擬加工過程仿真的動畫實現

　　一般來講動畫實現有兩種力一式:一種是逐幀動畫，另一種是實時動畫。逐幀動畫就是當計算機每生成一幅畫而時就及時地將它記錄下來，最后再將所有畫而連續地插放出來，其優點是顯示速度較快，缺點是不能根據用戶的要求交句_改變，應用范圍比較小。實時動畫是一邊計算一邊在計算機終端上直接產生的動畫，其優點是交句_能力強，可以根據用戶的要求實時改變畫而，但對計算機的圖形處理能力有更高要求。REAL NC系統采用實時動畫力一式對蔡個加工過程進行了全而模擬。

　　由于采用五軸聯動機床進行加工，因此對計算機的計算能力和圖形處理能力要求較高。口前采用WINDOWS2000操作系統，硬件P4.1.7C CPU， ELSA獨立顯片及1M顯存。

　　5.2虛擬加工過程仿真形式

　　虛擬加工過程的仿真采用兩種形式:(1)機床、工件及刀具運動過程仿真。將工件安裝在機床工作臺上，加工程序運行包含各軸運動軌跡分解為機床各運動部件的運動，口的是直觀檢驗刀具與機床部件及被加工工件間的碰撞和十涉，計算加工時間和優化加工過程。(2)材料一去除過程仿真。刀具按其運動軌跡對毛坯進行材料一切除，口的是模擬實際的切削過程，生成產品加工結果模型，對加工精度和可加工性進行評估。在該仿真過程中不考慮切削力、夾緊力和切削熱，只是將刀具與工件間的相對位移與刀具的理論運動軌跡臀加的幾何仿真，使所生成的產品加工結果模型能反映動態因素對加工質量的影響。通過采用不同的顏色對刀具加工的各部位進行標識，可以更精密地對每一把刀具加工的每一句程序進行分析。

　　5.3 虛擬加工過程仿真的測量

　　REAL NC提供了多種測量工具，可以測量各個力一向的距離、角度、被加工部分的體積等。

6 結語

　　通過在數控刀具加工中運用虛擬加工，可以全而、逼真地反映現實的加工環境和加工過程，以便針對加工過程中出現的碰撞、十涉提供報警信息，優化加工過程，減少實際加工前的準備工作時間，縮短產品開發和制造周期，降低生產成本，同時也可以有效地對程序編制人員和數控機床操作員進行培訓。