现代数控编程技术(第06讲--数控铣削加工及编程--仿真)

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1、第6讲数控铣削加工及编程——数控加工仿真∑概述∑数控加工仿真分类∑数控加工几何仿真算法概述数控加工过程的图形仿真技术是随着计算机技术、CAD技术及计算机图形学等技术的发展而发展起来的，是CAM技术的重要组成部分。数控加工过程的图形仿真就是是用计算机模拟零件从毛坯到成品的整个材料切除过程，直观地检验数控程序的正确性、加工精度以及加工工艺过程的合理性。∑传统的数控程序检查方法ß人工检验完全依靠工程师个人经验，只能应用于检验简单的NC程序ß试切法以泡沫、腊模、代木和铝模等材料代替真实材料在数控机床上试加工，根据试切加工的结果来修改

2、轨迹直到达到满意为止的方法来校验NC程序的正确性。缺点：费时，代价昂贵，危险性大，常常不能达到令人满意的结果传统的数控程序校验数控加工仿真程序校验∑数控加工仿真的优点ß降低生产成本。减少了试切材料的浪费，延长了机床及刀具寿命。ß降低时耗，缩短生产周期，提高生产效率。ß及时提供错误信息的反馈，有效预测数控加工程序和切削过程的可靠性及高效性。ß可对一些意外情况进行控制。加工仿真可模拟加工现场，可对各种情况进行综合分析，避免意外情况发生。∑数控加工仿真的目的ß利用计算机图形显示器把加工过程中的零件模型、刀具轨迹、刀具外形一起显示出

3、来，用这种方法来模拟零件的加工过程，ß检查刀具轨迹计算是否合理ß加工过程中是否发生过切ß所选用的刀具、走刀路线、进退刀方式是否合理ß刀具与约束面是否发生干涉碰撞。数控加工仿真分类∑数控加工仿真的分类：ß按仿真对象考察方式1）几何仿真（GeometrySimulation）不考虑切削参数、切削力和其它物理因素，只仿真刀具-工件几何体的运动，以验证NC程序的正确性。2）物理仿真（PhysicalSimulation）用物理规律模拟被仿真的事件，考虑力、速度、质量、密度、能力及其他物理参数的影响。涉及对刀具切削过程物理规律的研究，

4、费用高难度大。只关心数控加工几何仿真∑数控加工几何仿真的分类ß根据检验目的的不同分为两类：1）刀具运动轨迹仿真：检查工艺过程中加工顺序的合理安排、刀具路径的优化、刀具与被加工工件的过切。只利用刀具模型和零件模型和刀位点数据（刀具轨迹），通常在刀具轨迹的后置处理前进行。大多数商业CAM系统中具有该仿真功能2）机床加工过程仿真：刀具、夹具、机床、工件间运动干涉（碰撞）仿真。是动态过程仿真，工艺系统各元素的相对位置变化，工件从毛坯开始经过若干工序加工，形状和尺寸均有变化。利用刀具模型、零件模型、机床模型和夹具模型，如Vericut

5、、NCSimu、Predator、NCVerify等。只关心数控加工刀具运动轨迹仿真∑数控加工几何仿真的驱动数据ßCL数据即刀位点数据。基于刀位点数据的仿真通常在刀具轨迹的后置处理前进行。只仿真刀具的运动，主要是为了检验刀具轨迹的正确性，保证零件的加工质量。ßNC代码基于NC代码的仿真和机床实际加工的指令保持一致，更接近实际，能够检验机床的实际运动过程和切削加工过程。∑刀具运动轨迹仿真分类ß按仿真模型的表达分：1）线框仿真2）基于实体造型的方法3）基于空间分割的方法4）基于离散矢量求交的方法数控加工几何仿真算法∑线框仿真以边

6、界线表示刀具。刀具沿刀具轨迹运动，用户可以观察刀具的加工路线和加工顺序。早期的CAD/CAM系统大都采用这种仿真方式。ß优点：•几何表达简单，编程容易•算法简单，速度快ß缺点：•检查手段比较单一。依靠编程人员用肉眼从宏观上观察，只能检验比较明显的轨迹错误。•没有任何对加工过程几何数据的处理和记录，不能提供仿真后的结果数据和报告。∑基于实体造型的方法采用实体模型表示方法（CSG模型或B-rep模型）直接建立和描述毛坯、刀具和刀具运动包络体的实体特征，加工中的材料切除过程可由毛坯实体和刀具运动包络体之间的实体布尔运算来模拟，即从

7、毛坯实体模型中减去刀具运动包络体。计算刀具在每一段刀具轨迹上的运动包络体，与当前毛坯模型进行布尔差运算，随着切削过程不断更新毛坯实体，最终得到被加工零件的实体模型。最早由Veolcker和Hunt提出并采用。关键技术：刀具扫掠体构造计算，布尔求交运算ß优点•计算结果精确，应用范围广•算法实用性广，可进行2轴到5轴的加工仿真•可以对加工过程的错误进行检测•仿真过程可放大或缩小显示，可任意旋转视角•仿真结果的真实感显示效果好。ß缺点•算法复杂，设计大量数据的存储和数据库设计与管理•计算量惊人，计算速度慢。在仿真过程中全部进行的是

8、实体间的布尔与运算，需要进行大量的曲面与曲面、实体与实体间的求交运算。时间复杂度为O(N4)，N为刀具运动段数。（加工轨迹成千上万）•求交过程计算的稳定性会影响整个仿真过程的安全和速度。∑基于空间分割的方法ß基于空间分割的方法就是将实体模型分解成简单单元，从而将实体间的三维布尔运算简化为单