虛擬數(shù)控技術(shù) 通過C......




虛擬數(shù)控技術(shù)
通過CAM軟件對已生成的刀具軌跡進行加工機床設(shè)置和後置處理，即按機床規(guī)定的格式進行定制，從而生成和特定機床相匹配的NC代碼。虛擬

數(shù)控技術(shù)就是借助數(shù)控加工仿真CNC軟件，采用完全模擬真實機床的虛擬數(shù)控機床對NC代碼的切削狀態(tài)進行檢驗，用戶可以生動地看到實時的

加工過程仿真，以檢驗加工過程中刀具軌跡的正確性，以及刀具有否過切、刀具與夾具及機床有否碰撞等問題。較先進的虛擬CNC系統(tǒng)還可以

進行力學(xué)仿真，通過切削過程的動態(tài)力學(xué)特性來預(yù)測刀具破損、刀具振動、控制切削參數(shù)，從而達到優(yōu)化切削過程的目的。采用虛擬數(shù)控加工

，用戶不僅可以迅速地掌握CNC機床的操作過程，在調(diào)試過程還能減少和避免在真實加工環(huán)境中出現(xiàn)的各種錯誤，特別是用虛擬機床代替真實

機床進行培訓(xùn)，在降低費用的同時，還可獲得更佳的培訓(xùn)效果。
產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理
產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)是虛擬產(chǎn)品開發(fā)的重要使能條件之一，是虛擬產(chǎn)品開發(fā)得以實現(xiàn)的核心功能。由於整個產(chǎn)品開發(fā)過程會形成大量的信息，

包括產(chǎn)品、過程的數(shù)字模型、模型的連續(xù)循環(huán)以及相關(guān)的過程信息等。設(shè)計參與者不僅包括生產(chǎn)廠家的設(shè)計、工藝、制造、裝配等人員，還包

括供應(yīng)商、合作夥伴和客戶等。這些人員在地理位置上往往是分散的，且各自使用不同的計算機系統(tǒng)和不同的軟件工具來產(chǎn)生整個產(chǎn)品生命周

期所需要的各種數(shù)據(jù)，而且這些計算機系統(tǒng)和軟件可能建立在不同的網(wǎng)絡(luò)體系上。在這種情況下，如何使數(shù)據(jù)保持最新的和正確的，并且在整

個虛擬企業(yè)的範(fàn)圍內(nèi)得到充分的共享和有效的傳輸，同時保證數(shù)據(jù)免遭有意或無意的破壞。這些都是PDM需要解決的問題。
并行工程
虛擬產(chǎn)品開發(fā)是產(chǎn)品開發(fā)的方法，是一種制造策略，而并行工程是貫穿全個虛擬產(chǎn)品開發(fā)過程的哲學(xué)方法，它應(yīng)被看作是管理策略，而不是制

造策略。對虛擬產(chǎn)品進行需求分析、零件造型設(shè)計、虛擬裝配、有限元分析、工藝規(guī)劃、仿真加工及測試的同時，考慮產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)活

動的過程是并行工程；虛擬產(chǎn)品開發(fā)中以顧客為第一驅(qū)動，產(chǎn)品的設(shè)計、制造、分析、測試、裝配、銷售、維護等專業(yè)人員，以及供應(yīng)商、合

作夥伴和用戶同時參與產(chǎn)品開發(fā)的過程是并行工程；虛擬產(chǎn)品開發(fā)通過計算機網(wǎng)絡(luò)在不同地點、不同單位和部門、不同專業(yè)人員之間進行協(xié)同

也可以認(rèn)為是并行工程。總之，虛擬產(chǎn)品開發(fā)以并行工程為開發(fā)機制的主要目標(biāo)是：提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短產(chǎn)品開發(fā)時間和降低開發(fā)成本等。
虛擬產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)的軟硬件平臺
虛擬產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)得以實現(xiàn)硬件平臺和軟件平臺的有機結(jié)合。其硬件平臺包括：計算機(圖形工作站)、網(wǎng)絡(luò)、虛擬現(xiàn)實設(shè)備(如3D傳感器、頭

套、眼鏡等)、圖形掃描儀、三座標(biāo)測量儀、繪圖儀、打印機、快速成型機、投影儀等。虛擬機電產(chǎn)品的擬實原型就是通過這些設(shè)備能夠感知

的方式表現(xiàn)出來。虛擬產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)的軟件平臺包括：市場需求分析軟件、三維CAD軟件(含裝配、渲染模塊)、產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計工具、優(yōu)化設(shè)計

軟件、圖形數(shù)據(jù)處理軟件、工程數(shù)據(jù)庫管理軟件、規(guī)劃OA軟件、CAPP軟件、CAM軟件(含仿真模塊)、CAE軟件、虛擬CNC軟件、過程監(jiān)控軟件、

PDM軟件、成本分析軟件、CRM、SCM、ERP等生產(chǎn)供應(yīng)鏈管理軟件，計算機網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)軟件等。
應(yīng)用實例
應(yīng)用面向產(chǎn)品全生命周期的虛擬開發(fā)系統(tǒng)，已經(jīng)成功地開發(fā)了洗衣機、投影儀、電視機、電訊產(chǎn)品、燈具、鍋爐、空調(diào)、燃?xì)鉄崴鳌㈦姎饪?br>
制柜、發(fā)動機、減速器等眾多新型機電產(chǎn)品。現(xiàn)以發(fā)動機開發(fā)為例，說明虛擬制造技術(shù)在全生命周期機電產(chǎn)品開發(fā)中的主要應(yīng)用過程。主要步

驟如下：
步驟1：對發(fā)動機產(chǎn)品進行需求分析，明確產(chǎn)品設(shè)計的技術(shù)要求，進行產(chǎn)品概念設(shè)計；
步驟2：應(yīng)用CAXA實體設(shè)計V2軟件，或Pro-Engineer、UG等三維CAD軟件進行零件造型設(shè)計。發(fā)動機零件大多外形復(fù)雜，一般采用基於參數(shù)化設(shè)

計和特征設(shè)計的實體曲面混合造型。零件造型完成後，利用三維CAD軟件的渲染模塊對零件進行材質(zhì)、色彩、環(huán)境、光澤等真實感顯示；
步驟3：先對已造型的零件進行相鄰各相關(guān)件色彩搭配的渲染，再通過約束關(guān)系或無約束的精確定位方式進行部件裝配及發(fā)動機整機裝配，并

對裝配件進行干涉檢查。若有干涉，可以修改步驟2的零件尺寸和形狀，直至干涉檢查至合格為止。裝配後，可對已虛擬裝配的發(fā)動機進行機

構(gòu)運動模擬（如應(yīng)用CAXA實體設(shè)計V2軟件的智能動畫模塊或Pro-Engineer軟件的Mechanism模塊），顯示機構(gòu)運動的效果；
步驟4：通過將三維幾何模型轉(zhuǎn)換為有限元分析模型，利用ANSYS軟件或其它CAE軟件(如美國MSC軟件)對發(fā)動機中的運動機構(gòu)進行靜力分析、動

力分析(如汽車發(fā)動振動特性分析、排氣管的動力響應(yīng)分析等)、屈曲分析、強度分析、疲勞壽命分析、熱傳導(dǎo)分析、設(shè)計靈敏度及優(yōu)化分析等

。若對初步設(shè)計的虛擬發(fā)動機進行有限元分析時不合要求，則重新轉(zhuǎn)入步驟1，直至合格為止；
步驟5：對經(jīng)過CAE軟件分析合格的零件進行CAM加工工藝分析，根據(jù)零件加工面的形狀特征確定工藝方案，選擇機床、工藝裝備及切削用量，

確定加工工藝路線及工藝規(guī)程；
步驟6：設(shè)定零件毛坯、工藝參數(shù)、選擇設(shè)定刀具和走刀方式，借助CAM軟件(如Pro-Engineer、UG、CAXA制造工程師等)，生成加工刀具軌跡，
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并對軌跡進行實時或快速仿真校驗。若仿真過程中出現(xiàn)刀具過切或干涉等錯誤，CAM仿真系統(tǒng)可以編輯修改已生成的刀具軌跡，直至仿真刀具

軌跡正確；
步驟7：借助CAM軟件對選定的數(shù)控設(shè)備進行後置處理，即按要實際加工的數(shù)控機床規(guī)定的格式進行定制，可將步驟6經(jīng)過仿真校驗正確的刀具

軌跡，方便地生成和特定機床相匹配的數(shù)控G代碼；
步驟8：借助虛擬CNC軟件(如國外的Deneb系統(tǒng)、國內(nèi)的金銀花V-cnc系統(tǒng)等)的虛擬數(shù)控機床對步驟7生成的數(shù)控G代碼進行虛擬實時加工。有些
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虛擬CNC系統(tǒng)借助虛擬照相機等動態(tài)視點實時監(jiān)控機床加工狀態(tài)，輸出加工參數(shù)便於實現(xiàn)加工過程的實時優(yōu)化與控制。最後生成優(yōu)化的數(shù)控G代

碼，以便進行進一步的真實數(shù)控加工；