虚拟数控机床技术的发展与应用 -

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-07-02 原文发表时间:2007-07-03 人气:1

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引言

现代制造技术正朝着高效率、高速度、高精度、高集成和高智能方向发展，加工智能化和虚拟制造已成为现代制造业中最重要的组成部分和发展方向，并成为提高产品国际竞争力的关键技术。目前，全球制造业之间的竞争日趋激烈，企业要赢得竞争，就需要以市场和用户为中心，快速响应市场的需求，以最短的产品开发时间(time)、最优的产品品质(quality)、最低的成本(cost)、最好的服务(service)，即以TQCS去赢得用户和市场。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。

虚拟机床(virtualmachinetool)是随着虚拟制造技术的发展而提出的一个新的研究领域，虚拟数控机床是虚拟制造的执行单元，是虚拟制造的关键基础技术之一。它的最终目的是为虚拟制造建立一个真实的加工环境，在计算机屏幕上实现加工过程的仿真，以增强制造过程的各级决策与控制能力，优化制造过程。

1 虚拟数控机床的特点及功能

1) 虚拟数控机床应具备的特点

a. 良好的结构：包括三个方面：1)与真实机床相似的结构。具有与真实机床相似的结构使虚拟机床能模仿真实机床的任何功能而不致因为采用某种近似代替而导致某种结构的失真或丢失；2)机床各模块的颗粒性。虚拟机床各模块的颗粒性使每个模块能彼此独立的被开发和工作，从而增强了虚拟机床的可操作性和可管理性；3)各模块合适的颗粒度。虚拟机床各模块颗粒度的合适与否取决于每个模块的抽象度是否定义合适，以便使虚拟机床既是一个能概括各种类型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；

b. 完善的图形接口：完善的图形接口使用户既能像在真实环境中那样完全操作数控机床，又能完全真实地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度；

c. 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链接。外界也能通过输人符号数据对虚拟机床进行控制；

d. 强大的网络支持功能：强大的网络支持功能能使虚拟机床为各种真正的制造资源服务，从而在连接意义上提供与外界制造资源的相互操作性；

e. 标准数据格式：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与外界制造资源的相互操作性。

虚拟数控机床的功能

虚拟数控机床应该能够仿真不同的加工方法和不同的加工材料，能够完成数控机床的各项操作，逼真地显示数控机床的各种动作，并且能够显示和评估加工结果。因此系统要求具有如下功能：

·模拟加工过程：显示和仿真CNC控制功能、动画加工过程，检查刀具轨迹和干涉、过切、碰撞等并给予警告；
·评估工件品质：显示工件3D实体表面的拓扑关系、尺寸、公差和表面品质；
·估算加工成本：通过仿真加工过程，能进行加工成本的估算；
·加工过程的监控：监控加工过程的各个方面。

2 虚拟数控机床的体系结构

虚拟机床与实际机床一样，可以认为是一组相互连接的活动部件的集合，它们完成要求的相对运动，提供工件和工件刀具系统上相关点的瞬间空间位置关系。因为机床的类型各式各样，品种千变万化，要想能够表达各种机床，就需要采用模块化的原理，定制各种标准的模块，这样经过少量的修改就可以建立各种机床的模型。各模块应该标准化、通用化、集成化、层次化、灵便化、经济化、并具有互换性、相容性和相关性，使系统具有开放性和适应性。根据虚拟数控机床的特点与功能，可以将虚拟数控机床系统的功能模块作如下划分(图1)：

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