摘要：敘述了機械制造仿真技術(shù)的含義、構(gòu)成及發(fā)展情況，分析了在擬實制造中占有重要地位的機械加工過程仿真。提出了機械加工過程仿真的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、發(fā)展現(xiàn)狀與存在的問題，最后討論了車削加工過程進行仿真及其實現(xiàn)的可能性。
　　關(guān)鍵詞：擬實制造；車削過程；仿真
　　
　　擬實制造技術(shù)是指通過模擬從產(chǎn)品設(shè)計、制造到裝配的全過程，對設(shè)計與制造過程中可能出現(xiàn)的問題進行分析與預(yù)測，從而提出改進措施，以實現(xiàn)產(chǎn)品從開發(fā)到制造整個過程的優(yōu)化，達到降低產(chǎn)品生命周期、減小開發(fā)風(fēng)險、提高經(jīng)濟效益的目的。而機械加工過程仿真在擬實制造中占有重要地位，它通過對機床－工件－刀具構(gòu)成的工藝系統(tǒng)中的各種加工信息的有效預(yù)測與優(yōu)化，為實際加工過程智能化提供了堅實的基礎(chǔ)，是研究加工過程的重要手段。
　　
　　一、擬實制造技術(shù)簡介
　　
　　（一）擬實制造系統(tǒng)的構(gòu)成
　　從產(chǎn)品的開發(fā)角度講，擬實制造實際就是在計算機上全面仿真產(chǎn)品從設(shè)計到制造、裝配的全過程，貫穿了產(chǎn)品的整個生命周期，主要由五個階段組成：1、概念設(shè)計階段。包括產(chǎn)品的運動學(xué)分析與運動學(xué)仿真。2、詳細設(shè)計階段。指的是對產(chǎn)品整個加工過程的仿真模擬。包括對工件幾何參數(shù)及干涉進行校驗的幾何仿真過程、對加工過程中各項物理參數(shù)進行預(yù)測與分析的物理仿真過程及產(chǎn)品的裝配過程仿真。3、加工制造階段。包括工廠設(shè)計、制造車間設(shè)計、生產(chǎn)計劃與作業(yè)計劃調(diào)度及各級控制器的設(shè)計。4、測試階段。測試仿真器的真實程度。5、培訓(xùn)與維護階段。訓(xùn)練用仿真器，包括對操作員的培訓(xùn)過程及產(chǎn)品的二維維護。因此，擬實制造可分為以下幾個工作層次：工廠級、車間級、調(diào)度級及具體的加工過程、各制造單元等層次。
　?。ǘM實制造技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展情況
　　對于擬實制造技術(shù)，當前的研究重點主要集中在對該項技術(shù)的理論研究與各級仿真環(huán)境的構(gòu)造與實踐的嘗試。理論研究包括對虛擬制造技術(shù)與虛擬制造系統(tǒng)（VMT/VMS）概念的探討，擬實制造系統(tǒng)的構(gòu)成，整個系統(tǒng)中模型的構(gòu)成、建模方法及模型的集成等。而在實踐嘗試方面則從實驗室角度實現(xiàn)虛擬工廠、虛擬車間的設(shè)計及工廠級、車間級各種設(shè)備的調(diào)度與信息的集成處理，各具體加工過程、加工單元的仿真等。在國內(nèi)，VMT技術(shù)也得到極大重視。在模型的建模方法、生產(chǎn)過程模擬、控制等方面也作了大量的研究工作。同時將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、人工智能技術(shù)引入到VMS過程當中，建立了虛擬工廠級、車間級的設(shè)計與調(diào)度系統(tǒng)。
　　
　　二、機械加工過程仿真
　　
　?。ㄒ唬C械加工過程仿真的發(fā)展現(xiàn)狀與存在的問題
　　目前進行的機械加工過程仿真，主要存在以下兩種情況：一種是從研究金屬切削的角度出發(fā)，仿真某具體切削過程內(nèi)部各因素的變化過程，研究其切削機理，供生產(chǎn)實際與研究應(yīng)用；另一種是將加工過程仿真作為系統(tǒng)的一部分，重點在于構(gòu)造完整的擬實制造系統(tǒng)。但這兩種方式的仿真方法是相同的，即對機加工藝系統(tǒng)建立連續(xù)變化模型，然后用數(shù)學(xué)離散方法將連續(xù)模型離散為斷續(xù)點，通過分析這些離散點的物理因素變化情況來仿真加工過程。
　　由于機加過程仿真還處于起步階段，所以目前還存在著一些問題：1、仿真的加工形式少，研究范圍窄。目前的仿真主要集中于銑、磨兩種。即使在這兩種加工方法上，仿真也局限在很窄的范圍內(nèi)。如銑削中多是仿真棒銑刀與端銑刀，而這種仿真系統(tǒng)對其它種類的銑刀，如加工成形表面則無能為力。其原因是機械加工種類繁多，存在著車、銑、刨、磨、鏜等多種加工形式；另一方面加工理論復(fù)雜，不同的加工方法、刀具形狀的加工模型有較大差別。目前，仿真系統(tǒng)進行幾何仿真，即對刀位軌跡、工件與刀具的干涉校驗等，又稱之為NC校驗。但在機械加工過程中，幾何校驗只是前提條件。2、物理仿真考慮理想狀態(tài)，與實際有較大差距。在目前的仿真系統(tǒng)中預(yù)先設(shè)定了大量假設(shè)因素，如設(shè)定工藝系統(tǒng)剛性要滿足無振動，加工材料結(jié)構(gòu)統(tǒng)一、無硬點等缺陷，刀具無磨損等。這種假定的理想狀態(tài)不能將切削過程中的隨機干擾，如工件硬點造成的材質(zhì)變化等因素考慮進去，使仿真系統(tǒng)不能真實反映實際切削過程。3、仿真手段限制仿真系統(tǒng)的發(fā)展。計算機技術(shù)的發(fā)展與仿真技術(shù)緊密相連，過去由于計算機軟、硬件的限制，仿真時間很長。目前應(yīng)用C++語言及面向?qū)ο蟮姆椒ㄩ_發(fā)仿真系統(tǒng)已成為發(fā)展潮流。
　?。ǘC械加工過程仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
　　在擬實制造過程中，產(chǎn)品的詳細設(shè)計階段實際上就是對產(chǎn)品的機械加工過程的仿真，即對機床-工件-刀具構(gòu)成的工藝系統(tǒng)中的各種信息的分析與預(yù)測。它包括幾何仿真與物理仿真兩方面的內(nèi)容，幾何仿真包含刀位軌跡驗證，工件與機床、刀具的干涉校驗；物理仿真包括對各種物理因素的分析與預(yù)測，主要有切削力、刀具磨損、切削振動、切削溫度、工件表面光潔度等。同時，幾何仿真、物理仿真及其中各要素之間有密切的聯(lián)系，如刀位軌跡與干涉、切削力直接影響到振動、工件表面質(zhì)量、刀具磨損等。
　?。ㄈ?shù)控車削過程仿真的研究目標及方法
　　車削加工是目前應(yīng)用最廣泛的加工方法之一，因此對數(shù)控車削加工過程進行仿真具有重要的理論研究與實際應(yīng)用價值。
　　車削加工仿真將對車削加工能夠完成的各種工作如外圓、端面、倒角、螺紋、曲線等加工形式中的幾何及物理因素的變化情況進行模擬與預(yù)測，建立起面向車削加工的仿真系統(tǒng)，包括：1、建立起面向數(shù)控車床的完善的數(shù)控車削仿真系統(tǒng)，為實際生產(chǎn)過程提供可靠、優(yōu)化的NC代碼，實現(xiàn)車削的智能加工。2、建立面向?qū)嶋H加工過程的仿真系統(tǒng)，綜合考慮實際加工中的各種干擾因素，使仿真過程高度真實地反映實際生產(chǎn)過程。3、由于具有對NC代碼進行了驗證與優(yōu)化，能夠極大地避免實際加工過程中可能出現(xiàn)的各種異?，F(xiàn)象，簡化了實際加工過程中檢測與診斷設(shè)備，提高了加工安全性與經(jīng)濟效益。同時，仿真系統(tǒng)還能夠逼真地模擬車削加工過程，可以作為軟機床進行數(shù)控機床加工的培訓(xùn)與維護工作。
　?。ㄗ髡邌挝唬弘u西礦業(yè)集團有限責(zé)任公司焦化廠）