謝 雷

（天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)，天津 300222）

數(shù)控機(jī)床仿真技術(shù)應(yīng)用，對(duì)于改善加工過程、提升工件加工精度具有良好的效果，得到了廣泛應(yīng)用。因此，研究仿真技術(shù)在數(shù)控機(jī)床加工中的應(yīng)用，能夠更好地為數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)研究和發(fā)展提供一些思路。

1 數(shù)控機(jī)床加工中的仿真技術(shù)應(yīng)用特征

1.1 分布性

在數(shù)控機(jī)床加工中，仿真技術(shù)的分布特征比較顯著。這主要是因?yàn)榉抡婕夹g(shù)和機(jī)床制造之間緊密聯(lián)系，借助仿真技術(shù)應(yīng)用，可以通過虛擬網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行圖形構(gòu)建。相關(guān)技術(shù)應(yīng)用和傳感器使用較多，可構(gòu)建交互式的分布狀態(tài)[1]。

1.2 集成性

就仿真技術(shù)本身而言，是一種集成技術(shù)，所以技術(shù)本身就具有集成性特點(diǎn)。仿真技術(shù)在產(chǎn)品的環(huán)境開發(fā)中應(yīng)用也較多，可以為產(chǎn)品開發(fā)創(chuàng)造良好的開發(fā)環(huán)境，促進(jìn)仿真類型更加多元化。

1.3 廣泛性

在數(shù)控機(jī)床加工中，借助仿真技術(shù)應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)技術(shù)在產(chǎn)品全壽命周期中的積極作用。使用仿真技術(shù)不會(huì)影響產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)和具體的加工過程，因此仿真技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用范圍比較廣泛，在數(shù)控機(jī)床加工中可以保證理想的動(dòng)力學(xué)效果。

2 數(shù)控機(jī)床加工中仿真技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)和流程

2.1 仿真技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案相比，仿真技術(shù)應(yīng)用的技術(shù)安全性和可靠性更強(qiáng)，且相關(guān)的技術(shù)應(yīng)用靈活性更高，能夠有效降低相關(guān)資金費(fèi)用的投入，縮減成本，也會(huì)減少相應(yīng)的設(shè)計(jì)制造損耗。仿真技術(shù)在數(shù)控機(jī)床加工中的應(yīng)用是在虛擬環(huán)境中構(gòu)建實(shí)物模型進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化和改造的過程，并不是真實(shí)的生產(chǎn)制造過程，所以只有在最優(yōu)方案制定后才會(huì)投入批量生產(chǎn)，因此可以保證方案最優(yōu)化，避免生產(chǎn)中的誤差和問題，從而有效避免廢棄和不合格加工產(chǎn)品的出現(xiàn)，有效降低損耗[2]?？梢?，仿真技術(shù)在數(shù)控機(jī)床加工中的應(yīng)用，對(duì)于提升加工精度、降低生產(chǎn)成本、提升生產(chǎn)質(zhì)量具有重要作用。

2.2 仿真技術(shù)的應(yīng)用流程

在數(shù)控機(jī)床加工中應(yīng)用仿真技術(shù)，需要把握該技術(shù)應(yīng)用的具體流程，明確各流程中的關(guān)鍵技術(shù)處理，把握重點(diǎn)，才能夠保證仿真技術(shù)在數(shù)控加工中發(fā)揮理想效果。

2.2.1 進(jìn)行模型構(gòu)建

在實(shí)施數(shù)控機(jī)床加工中，結(jié)合仿真技術(shù)應(yīng)用，首先要結(jié)合相應(yīng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)編輯條件和約束限制確定相應(yīng)的研究目標(biāo)，構(gòu)建能夠滿足系統(tǒng)要求的仿真運(yùn)行系統(tǒng)。完成系統(tǒng)構(gòu)建后，相關(guān)設(shè)計(jì)人員結(jié)合具體的學(xué)科知識(shí)實(shí)施對(duì)系統(tǒng)的數(shù)字化表達(dá)，構(gòu)建系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。一般來說，數(shù)學(xué)模型還分為動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩種。動(dòng)態(tài)模型又有離散、連續(xù)以及混合3種。

2.2.2 實(shí)施模型的變換

這是借助相應(yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式對(duì)初步構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行變換，使其成為計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的樣式。這一過程中，需要用到一些符合計(jì)算機(jī)算法和語(yǔ)言表達(dá)需要的知識(shí)，是仿真的基礎(chǔ)性環(huán)節(jié)，也是仿真模型的重要部分[3]。要進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)模型變換，相關(guān)設(shè)計(jì)人員可以通過應(yīng)用相應(yīng)的仿真軟件，結(jié)合系統(tǒng)需求進(jìn)行開發(fā)。

2.2.3 開展模型試驗(yàn)

完成以上兩個(gè)步驟后，下一步是開展模型實(shí)驗(yàn)，主要是在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行相應(yīng)的仿真模型運(yùn)行實(shí)驗(yàn)或者相應(yīng)的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果。所以，前面兩個(gè)步驟的工作很重要，必須要保證模型構(gòu)建和變換都能夠滿足要求，以奠定好實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，才能夠保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。前面兩個(gè)步驟順利開展后，后續(xù)的模型實(shí)驗(yàn)才能夠順利進(jìn)行。但是，在實(shí)施仿真結(jié)果衡量的過程中，需要先分析其可靠性[4]。一般可以使用置信通道法和反向驗(yàn)證法來完成。

3 數(shù)控機(jī)床加工中仿真技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 在工件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在數(shù)控機(jī)床零部件的生產(chǎn)加工中，仿真技術(shù)應(yīng)用可以貫穿到產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工等眾多環(huán)節(jié)，發(fā)揮較好的技術(shù)輔助效果。在數(shù)控機(jī)床工件加工中，具體的機(jī)床機(jī)械系統(tǒng)需要確保相關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)件能夠?qū)崿F(xiàn)精確組成，從而實(shí)現(xiàn)整體聯(lián)動(dòng)效果，保證機(jī)床設(shè)備的有序運(yùn)營(yíng)。在新產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要保證相關(guān)工件功能實(shí)現(xiàn)，確保結(jié)構(gòu)件的密切配合。此時(shí)，可以通過仿真技術(shù)來優(yōu)化工件的結(jié)構(gòu)。圖1為數(shù)控機(jī)床加工中的工件加工仿真情景設(shè)計(jì)。

圖1 數(shù)控機(jī)床加工中的工件加工仿真情景設(shè)計(jì)

通過仿真技術(shù)應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的有效仿真，提升整體裝配性能配合效果。在具體的仿真設(shè)計(jì)中，需要設(shè)定具體的主運(yùn)動(dòng)件，開展運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)，通過三維設(shè)計(jì)軟件仿真運(yùn)動(dòng)過程，360°檢查結(jié)構(gòu)并進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，保證構(gòu)件結(jié)構(gòu)合理性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)功能設(shè)計(jì)效果[5]。

3.2 在復(fù)雜零部件加工中的應(yīng)用

在目前數(shù)控機(jī)床加工中，仿真技術(shù)是新型技術(shù)之一，也是基礎(chǔ)性技術(shù)內(nèi)容，對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造都有重要影響。隨著工業(yè)儀器、機(jī)械等對(duì)設(shè)備精度、質(zhì)量等要求的不斷提升，在工件加工中，復(fù)雜零部件的加工需求不斷增長(zhǎng)。例如，轉(zhuǎn)向螺桿、轉(zhuǎn)向螺母、搖臂等工件，其制造工藝比較復(fù)雜，技術(shù)要求高。通過仿真技術(shù)應(yīng)用，可以結(jié)合設(shè)備以及零部件的深層機(jī)理，做好理論上的技術(shù)強(qiáng)化措施，把握復(fù)雜零部件的實(shí)際機(jī)理和要求，做好工件加工設(shè)計(jì)。圖2為復(fù)雜零部件的仿真加工。

圖2 復(fù)雜零部件的仿真加工

在數(shù)控機(jī)床加工中，通過仿真技術(shù)進(jìn)行CNC機(jī)床和零件加工程序設(shè)計(jì)，將程序編碼轉(zhuǎn)換成圖形信息，再通過設(shè)計(jì)人員對(duì)加工的具體參數(shù)做好設(shè)置。在磨削環(huán)節(jié)處理方面，可以借助磨削時(shí)間設(shè)置構(gòu)建具體磨削模型，借助仿真模型分析評(píng)價(jià)磨削過程，從而確定最佳磨削方案，精確磨削中的相關(guān)參數(shù)設(shè)定，保證在機(jī)床的零部件加工中，加工參數(shù)更加精準(zhǔn)，零部件的加工質(zhì)量更可靠。在機(jī)床對(duì)汽車轉(zhuǎn)向器的加工中，可以通過仿真技術(shù)應(yīng)用，促進(jìn)汽車零部件在加工中實(shí)現(xiàn)自由的轉(zhuǎn)動(dòng)，滿足自動(dòng)化上下料操作，提升整體轉(zhuǎn)向器加工過程的自動(dòng)化控制水平。通過系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)量和計(jì)算，可以顯示工件加工的具體參數(shù)和指標(biāo)，計(jì)算誤差值，確保加工誤差控制在合理范圍內(nèi)。

3.3 在復(fù)雜數(shù)值計(jì)算中的應(yīng)用

在數(shù)控機(jī)床的工件產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)和制造中，需要經(jīng)歷產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品試驗(yàn)、產(chǎn)品優(yōu)化、產(chǎn)品再試驗(yàn)以及終極方案確定等一系列過程，進(jìn)而確定理想產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案。這一過程需要消耗大量成本，而通過仿真技術(shù)應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)和制造過程的簡(jiǎn)化，降低能源資源的消耗。通過仿真技術(shù)對(duì)產(chǎn)品制造進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，可以對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度應(yīng)力計(jì)算，還可以計(jì)算出產(chǎn)品的振動(dòng)、熱變形參數(shù)，通過計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)分析把握在產(chǎn)品加工中的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素，從而保證復(fù)雜數(shù)據(jù)計(jì)算精準(zhǔn)可靠，并制定風(fēng)險(xiǎn)防范的具體措施，優(yōu)化產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)過程。

4 結(jié)語(yǔ)

數(shù)控機(jī)床加工中，越來越多應(yīng)用到新技術(shù)、新設(shè)備。將仿真技術(shù)應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)品加工，對(duì)于提升產(chǎn)品加工精度和效率具有顯著作用。要確保仿真技術(shù)在數(shù)控機(jī)床工件加工中發(fā)揮更大的效益，需要把握仿真技術(shù)的應(yīng)用流程，做好模型設(shè)計(jì)，進(jìn)行有效的試驗(yàn)評(píng)價(jià)，確定最佳的產(chǎn)品加工方案。