提高數(shù)控加工仿真速度和效果的關鍵技術

摘?要：數(shù)控加工仿真技術的發(fā)明和應用，大大提升了產品加工的精度和效率，縮短了加工周期。但就目前發(fā)展現(xiàn)狀而言，數(shù)控加工仿真的速度和效果還有待進一步提升。基于此，本文結合理論實踐，先分析了數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，接著闡述了提高數(shù)控加工仿真速度和效果的關鍵技術，希望對數(shù)控加工仿真的速度及效果有一定幫助。

關鍵詞：數(shù)控加工;仿真;速度;效果

商家為更好都滿足客戶對產品多樣化的需求，不斷縮短成品研制周期，為降低生產成本，獲得更多的經濟效益。仿真技術逐步被應用在數(shù)控加工中。所謂仿真技術就是通過虛擬化模擬技術，對產品加工過程、加工效果等進行在線模擬，從而及時發(fā)現(xiàn)存在的問題，及時解決，保證產品生產效率和合格率，降低生產成本，提升企業(yè)的綜合競爭力，實現(xiàn)良性發(fā)展。

1 目前常用的數(shù)控加工仿真系統(tǒng)

1.1 VERICUT系統(tǒng)

VERICUT系統(tǒng)是目前數(shù)控加工領域應用最為廣泛的仿真系統(tǒng)，此種系統(tǒng)，既能對數(shù)控代碼查找的步驟進行全面系統(tǒng)的模擬分析，還能大幅度提升數(shù)控加工速度。主要以模擬數(shù)控加工軌跡為代碼，將整個加工過程三維立體的顯示在計算機系統(tǒng)上，通過檢測數(shù)控加工刀具的軌跡精度，來判斷加工精度是否符合產品設計標準。VERICUT系統(tǒng)從發(fā)明到至今，經過多次調整及修改，系統(tǒng)愈發(fā)完善和成熟，可保障仿真系統(tǒng)能夠起到預定的效果。

1.2 VERICUT Machine Simulation系統(tǒng)

和VERICUT系統(tǒng)相比，VERICUT Machine Simulation系統(tǒng)目前全球范圍內數(shù)控加工領域功能最強大的仿真模擬系統(tǒng)，可對機床使用情況、控制過程等進行全面模擬。最大的仿真功能是可有效解釋可識別的數(shù)控代碼文件，并模擬代碼加工過程。在具體應用過程中，通常和VERICUT系統(tǒng)聯(lián)合使用，可更加精確的檢測出數(shù)控加工中發(fā)生的錯誤，從而提升數(shù)控加工效率。

2 限制數(shù)控加工仿真速度和效果提升因素分析

目前限制數(shù)控加工仿真速度和效果提升的主要因素是三角形網格模型局部重繪問題，在數(shù)控加工仿真模擬式，需要多次確定重繪三角片集合，每次重繪都需要擦除原來的顯示圖形，并在新位置上合理顯示，涉及到的關鍵指標包括：緊密性、保守性、評估效率[1]。其中緊密性指的是要求重繪的三角片集合中無需重繪的三角片元素越少，繪制效果越好，也是衡量部分重繪算法效率的主要指標。保守性指的是重繪中已經被包含到重繪三角片集合內部的三角片元素比率，如果該比率比較少，必然好影響繪制結果的精度，也是衡量繪制精度是否達標的主要指標。評估效率指的是重繪三角片集合所需的時間，多數(shù)情況下，時間越短，數(shù)控加工仿真速度和效果越高。

3 提高數(shù)控加工仿真速度和效果的關鍵技術

3.1 合理應用區(qū)域劃分技術

通過區(qū)域劃分技術可有效解決三角網模型局部重繪問題，主要內容數(shù)控加工仿真模型所在的顯示窗口，精細化的劃分為若干個區(qū)域，并建立各個三角片和區(qū)域之間的對應關系，每仿真完成一條代碼，就可以計算出三角片每個頂點的變化情況，然后在更新三角片和區(qū)域之間的對應關系，既能精確獲知重繪三角片所在的具體區(qū)域，然后再清空這些區(qū)域，重繪其所對應的所有三角片[2]。通過多次實驗論證和實際加工經驗表明，通過區(qū)域劃分技術，數(shù)控加工仿真速度比重繪所有三角片的方法提升10倍以上。

3.2 頂點搜索技術

在進行區(qū)域劃分中，準確對應三角片和區(qū)域之間的關系，是一項比較復雜的工作，如果同時橫跨多個區(qū)域，則三角片在重繪中，經常會被多次搜索到，對整個算法的緊致性和評估效率有很大影響。而三角片頂點和區(qū)域對應關系的判斷則要簡單很多，如果采用頂點搜索技術，則每個三角片最多只能被檢索到三次，從而提升緊致性和評估效率，提高提高數(shù)控加工仿真速度和效果。具體步驟如下：

第一步，數(shù)控加工仿真之前，要先定義兩個鏈表，其一，加工零件所在屏蔽區(qū)域的每個像素點各分配空鏈表，將每個離散點及其對應像素點放入鏈表中。其二，初始化一個改變改變點鏈表，每次仿真完成一個加工代碼，將發(fā)生改變的離散點全部放入該鏈表中，三角片繪制完成之后清孔該鏈表。

第二步，每仿真一條加工代碼，需要對離散點的高度重新計算，并將計算結果放入鏈表2中，并更新鏈表1。

第三步，將所有改變三集片的最小包圍盒，放到屏幕中每個像素點的深度設置成最小值。如果在具體仿真過程中，存在旋轉、縮放等高難度操作，必須重新繪制三角片，然后按照新的像素點和離散點之間的關系，重新建立鏈表1，此種繪制方法，會影響仿真速度[3]。因此，需要嚴格按照每個離散點的實際幾何數(shù)據重繪模型中的三角片，以保證仿真的速度和效果。

4 結語

綜上所述，本文結合理論實踐，分析了提高數(shù)控加工仿真速度和效果的關鍵技術，分析結果表明，三角網模型局部重繪問題中的緊密性、保守性、評估效率是影響仿真速度及效果的主要因素。為有效解決這一問題，可以區(qū)域劃分技術、頂點搜索技術兩個方面同時入手，提升數(shù)控加工仿真速度和效果。

參考文獻：

[1]楊客，何非，張本濤.面向地鐵門變導程螺旋絲桿的數(shù)控仿真加工[J].機械設計與制造工程，2019（5）：6-10.

[2]董莉彤，張向輝.基于VERICUT平臺的五軸微加工系統(tǒng)數(shù)控加工程序仿真[J].信息記錄材料，2018（1）：214-216.

[3]朱建軍，黃何偉，張夷，等.數(shù)控仿真技術實訓項目的研究與探索[J].教育教學論壇，2018（1）：108-109.

作者簡介：宋小軍（1982-），男，漢族，湖南郴州人，數(shù)控專職教師，研究方向：數(shù)控加工制造技術。