虛擬數控技術 通過C......




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

數控技術就是借助數控加工仿真CNC軟件，采用完全模擬真實機床的虛擬數控機床對NC代碼的切削狀態進行檢驗，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系統還可以

進行力學仿真，通過切削過程的動態力學特性來預測刀具破損、刀具振動、控制切削參數，從而達到優化切削過程的目的。采用虛擬數控加工

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

機床進行培訓，在降低費用的同時，還可獲得更佳的培訓效果。
產品數據管理
產品數據管理(PDM)是虛擬產品開發的重要使能條件之一，是虛擬產品開發得以實現的核心功能。由於整個產品開發過程會形成大量的信息，

包括產品、過程的數字模型、模型的連續循環以及相關的過程信息等。設計參與者不僅包括生產廠家的設計、工藝、制造、裝配等人員，還包

括供應商、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和不同的軟件工具來產生整個產品生命周

期所需要的各種數據，而且這些計算機系統和軟件可能建立在不同的網絡體系上。在這種情況下，如何使數據保持最新的和正確的，并且在整

個虛擬企業的範圍內得到充分的共享和有效的傳輸，同時保證數據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
虛擬產品開發是產品開發的方法，是一種制造策略，而并行工程是貫穿全個虛擬產品開發過程的哲學方法，它應被看作是管理策略，而不是制

造策略。對虛擬產品進行需求分析、零件造型設計、虛擬裝配、有限元分析、工藝規劃、仿真加工及測試的同時，考慮產品整個生命周期內活

動的過程是并行工程；虛擬產品開發中以顧客為第一驅動，產品的設計、制造、分析、測試、裝配、銷售、維護等專業人員，以及供應商、合

作夥伴和用戶同時參與產品開發的過程是并行工程；虛擬產品開發通過計算機網絡在不同地點、不同單位和部門、不同專業人員之間進行協同

也可以認為是并行工程。總之，虛擬產品開發以并行工程為開發機制的主要目標是：提高產品質量、縮短產品開發時間和降低開發成本等。
虛擬產品開發系統的軟硬件平臺
虛擬產品開發系統得以實現硬件平臺和軟件平臺的有機結合。其硬件平臺包括：計算機(圖形工作站)、網絡、虛擬現實設備(如3D傳感器、頭

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

的方式表現出來。虛擬產品開發系統的軟件平臺包括：市場需求分析軟件、三維CAD軟件(含裝配、渲染模塊)、產品創新設計工具、優化設計

軟件、圖形數據處理軟件、工程數據庫管理軟件、規劃OA軟件、CAPP軟件、CAM軟件(含仿真模塊)、CAE軟件、虛擬CNC軟件、過程監控軟件、

PDM軟件、成本分析軟件、CRM、SCM、ERP等生產供應鏈管理軟件，計算機網絡操作系統軟件等。
應用實例
應用面向產品全生命周期的虛擬開發系統，已經成功地開發了洗衣機、投影儀、電視機、電訊產品、燈具、鍋爐、空調、燃氣熱水器、電氣控

制柜、發動機、減速器等眾多新型機電產品。現以發動機開發為例，說明虛擬制造技術在全生命周期機電產品開發中的主要應用過程。主要步

驟如下：
步驟1：對發動機產品進行需求分析，明確產品設計的技術要求，進行產品概念設計；
步驟2：應用CAXA實體設計V2軟件，或Pro-Engineer、UG等三維CAD軟件進行零件造型設計。發動機零件大多外形復雜，一般采用基於參數化設

計和特征設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、色彩、環境、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件色彩搭配的渲染，再通過約束關系或無約束的精確定位方式進行部件裝配及發動機整機裝配，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動機進行機

構運動模擬（如應用CAXA實體設計V2軟件的智能動畫模塊或Pro-Engineer軟件的Mechanism模塊），顯示機構運動的效果；
步驟4：通過將三維幾何模型轉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)對發動機中的運動機構進行靜力分析、動

力分析(如汽車發動振動特性分析、排氣管的動力響應分析等)、屈曲分析、強度分析、疲勞壽命分析、熱傳導分析、設計靈敏度及優化分析等

。若對初步設計的虛擬發動機進行有限元分析時不合要求，則重新轉入步驟1，直至合格為止；
步驟5：對經過CAE軟件分析合格的零件進行CAM加工工藝分析，根據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程；
步驟6：設定零件毛坯、工藝參數、選擇設定刀具和走刀方式，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。若仿真過程中出現刀具過切或干涉等錯誤，CAM仿真系統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軟件對選定的數控設備進行後置處理，即按要實際加工的數控機床規定的格式進行定制，可將步驟6經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控G代碼；
步驟8：借助虛擬CNC軟件(如國外的Deneb系統、國內的金銀花V-cnc系統等)的虛擬數控機床對步驟7生成的數控G代碼進行虛擬實時加工。有些
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虛擬CNC系統借助虛擬照相機等動態視點實時監控機床加工狀態，輸出加工參數便於實現加工過程的實時優化與控制。最後生成優化的數控G代

碼，以便進行進一步的真實數控加工；