計算機虛擬仿真技術在數控加工中的應用研究

袁磊

摘要： 在數控加工過程中，虛擬仿真技術的應用，可以有效提高數控機床的使用效率，保證加工質量。本文簡單闡述了虛擬仿真技術在數控加工中的意義、特點及發發展前景，對計算機虛擬仿真技術在數控加工中的應用進行了探討。

Abstract： In the process of CNC machining， the application of virtual simulation technology can effectively improve the efficiency of CNC machine tools and ensure the quality of machining. This paper briefly expounds the significance， characteristics and development prospects of virtual simulation technology in CNC machining， and discusses the application of computer virtual simulation technology in CNC machining.

關鍵詞： 計算機;虛擬仿真技術;數控加工

Key words： computer;virtual simulation technology;CNC machining

中圖分類號：TG519.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）20-0197-02

0? 引言

隨著零件加工過程的復雜化日益嚴重，為保證零件加工效率和加工質量，虛擬仿真技術應運而生。將計算機仿真技術引入到零件的數控加工中，是研究和設計復雜系統的有效工具，充分利用虛擬仿真技術服務于數控加工生產，可以有效提高數控加工的精度和質量。

1? 虛擬仿真技術概述

所謂的虛擬仿真技術，是指以先進的多媒體技術、虛擬現實技術和互聯網為主要基礎，以移動通訊和互聯網為技術基礎的一種快速發展的信息技術，它是將仿真技術和虛擬現實技術有機地融入到一起并應用在工業生產中的一種比較先進的模擬仿真技術。虛擬模擬仿真技術是綜合性訓練和新技術交叉研究的學科，是推動人類社會轉型的重大戰略性成果。

虛擬仿真技術具有集成化、虛擬和網絡化等技術特點，充分滿足了現代仿真技術發展的需要。而虛擬仿真技術在數控加工中的應用，就是利用先進的技術，通過計算機系統建立虛擬加工仿真系統，對加工情況進行預先檢查，以確定數控加工操作的正確性和一致性。

而且計算機往往不能準確識別外部信息，因此我們需要有一套相應的數學模型去反映一個事物的本質特性。通過這種數學模型可以清楚地反映所要研究的對象其性質和特點，通過這種方式對模型進行變換，利用計算機算法等方式，將這種數學模型直接轉化為其他計算機可以直接處理的方法和形式，即可以構造一種仿真模型。仿真模型是現代計算機進行仿真的基礎和關鍵，在此基礎上，進行仿真實驗，對所需要建立的模型進行了仿真，得到了相應的仿真結果。

2? 虛擬制造數控加工技術概述

2.1 在數控加工中應用虛擬仿真技術的意義

隨著可視化技術和仿真技術的不斷發展和緊密結合之后，仿真技術也越來越成熟，其產品得到了機械設計和制造工程師的廣泛認可。將虛擬仿真技術應用于數控加工，可以有效地提高數控機床的利用率和生產率。隨著社會的發展，數控機床逐漸取代了傳統工藝中使用的設備，但從更昂貴的設備來看，數控機床行業，滿足了操作人員較高的技術要求，有效避免虛擬仿真技術具有相當大的經濟成本，從而保留了數控機床的精度和領域。提高數控機床的生產率。

此外，虛擬仿真技術在數控加工中的應用有助于有效地減小誤差，提高數控加工精度。基于數字控制的虛擬仿真應用程序允許在實際轉換之前模擬訓練，通過計算機圖形學的實驗過程，模擬切割能夠有效地控制，無論是對是錯，從刀具軌跡上驗證了數控加工過程的正確執行，仿真技術提高了數控加工的精度。它還可以有效地保護數控加工設備的使用，延長其使用壽命。虛擬仿真切削的實踐有效地避免了數控機床因加工誤差而造成的損壞，從而延長了數控機床的使用壽命，提高了數控機床使用企業的經濟利益。

2.2 虛擬制造數控加工技術的特點

由于傳統機床的加工效率較低，人工作業量較多，容易因為人工原因生產出質量不均勻的工件。虛擬模擬仿真技術將會從根本上改變傳統的設計、試驗、改裝、規模化生產等制造方式。軟件產品的原型首先是在一個虛擬和仿真環境中進行生產，然后再對其進行實際生產，并對它們的性能及其可以制造的效果進行了預測和評價。縮短了生產線設計和制造的周期，減少了生產線設計和研發的成本。虛擬仿真技術在現代數控加工中的廣泛應用，通過軟件模擬各種工件加工過程及其加工結果，及時地糾正各種加工過程中超切、沖擊刀具等的加工誤差。它是出現于制造生產過程中。虛擬仿真技術是一種利用相關的軟件對物體或者機器人等材料加工的三維情境下所進行真正模擬的技術，包括刀具類型的選擇和配置、機床位置、刀具類型的選擇等。在這個操作過程中，用戶能夠非常清楚的觀察得到工件在每個操作工序后的運行狀態，對于成品刀具進行三維的測量，控制其表面的粗糙度，然后根據實際情況修改刀具的加工進度等各種參數。將虛擬仿真技術運用于數控加工領域中，不僅有利于培養更多專業技能較強的加工技術人才，也有利于培養新型從業者。虛擬仿真數控加工技術大大減少了材料的浪費，是改善機械加工過程的重要保證。

2.3 虛擬制造數控加工技術的發展前景

與傳統的制造技術相比，數控虛擬仿真技術具有明顯的優勢。虛擬模型是在計算機上設計、制造和測試的，甚至設計師或用戶也可以“進入”虛擬仿真環境來測試他們的設計和改造，而不必依賴于對傳統原型的重復修改。相比之下，普通機床的加工往往是由人工控制設備的工人來完成的，這可能會導致操作不當和精度度低下的問題。工人長時間勞累、安全意識不強、不按計劃操作，很可能造成加工設備損壞，甚至難以保證自身安全。應用虛擬仿真的數控加工技術可以有效地解決這些問題。利用仿真軟件對加工程序進行優化后，技術人員只需定期在硬件中填入毛坯，就可以自動編程，既節省了人力，又降低了成本，同時提高了加工精度，進一步縮短了加工時間，大大提高了效率和安全性。隨著科學技術的不斷發展，計算機和信息技術必將在生產生活的各個領域得到更廣泛的應用。因此，虛擬仿真技術在數控領域的應用具有良好的發展空間和發展前景。

3? 計算機虛擬仿真技術在數控加工中的應用

3.1 進行虛擬制造

在開始產品設計之前，必須考慮客戶的所有具體要求和處理方案的可行性。在此基礎上，首先對核心部件進行了設計，為了簡化設計過程，提高設計效率，一般優先選用通用性較強的標準部件。鏈輪、螺栓、齒條、螺母等通常在設計其他更具體的單個部件之前首先進行設計。零件設計嚴格按照國家標準進行，以便于后續改進和維修。在完成了各部件的外形設計后，在虛擬數控設備上進行了基于實例的制造過程設計與仿真。首先對零件的尺寸和性能要求、原材料在計算機數控（CNC）仿真軟件設計中的尺寸和加工刀具的尺寸，設定基準點，原點，根據參考坐標系，根據坐標系變換的原點，設置速度等參數，在必要的零部件基礎上，進行變換編輯器。在上述工作完成之后，需要在虛擬加工設備上進行仿真工作，對加工過程中存在的調整偏差不合適、超高、切削沖擊、產品外觀缺陷等問題進行程序和參數的修改。對加工過程進行多次模擬和細化，直到客戶對加工產品的結果感到滿意，才能進行實際生產。技術人員完全在計算機上完成了上述虛擬制造仿真的制作過程。

3.2 進行數控加工

所謂數控加工，是一種泛指在各種數控機床上直接實現零部件加工的技術流程。一般而言，在我們開始設計和進行所有自動化數控加工之前，首先我們就需要正確地選擇和制備以及確定各種需要設計和制造的可以自動化數控加工的各種零部件及其內容，通過對這些自動化的零部件及其內容分別進行設計和制造工藝分析，初步地確定了其中各種制造工藝的特點和技術方法。再針對不同種類零部件在設計時的尺寸、倒角、表面粗糙度方面作出一系列工藝規范的確定。按照需要加工的各種零件的要求，對其中作業材料分別進行了工藝加工中的文字編寫、校驗及整理修改。當我們在完成了首件測試程序單的設計與技術性改進之后，為了能夠確保它們的可靠性，就必須在實際開始進行首件測試加工之前就必須做好首件測試加工和現場中存在問題的處理。對試制產品中成品重量的影響進行了分析，進一步地修改和優化了加工過程，直至試切樣品得到客戶滿意后，方可進行實際加工。

3.3 將虛擬制造應用到數控加工中去

現代機器的研發設計和生產使其能夠把某些應用程序直接集成到一些高性能的設備上，從而使得電腦和計算機能夠有更大的可靠性和工作效率，同時能夠提高電腦的設計和處理速度。在數控加工中，無論是對于材料的質量資訊還是對于零件的體積和數量，都必須經常進行復雜的電腦和計算機。因此，計算機技術對于數控制造加工起著十分重要的作用，在我國大型企業生產中也被廣泛應用。為了保證加工程序的可靠性，傳統的數控加工技術往往必須對其進行切換到實際生產前的檢測。切削次數的確定是由程序中需要修改的次數來確定，即每一次程序中的切削次數修改都必須是在現場上實際地進行第一次的測試，直到所有經過測試的產品都被客戶所接受。該生產工藝耗費大量的人員和原材料，增加了設備的生產成本，提高了企業的生產效率。虛擬制造技術的運用在數控加工中已經有了很多的應用。計算機數控虛擬制造技術是在三維的場景下完成仿真轉換的一個復雜過程，設計人員就可以直接使用粗加工仿真軟件進行設計、刀具的選擇、程序設計。在所有生產流程的設計和加工參數中，無需再經過多次的模擬就能完成它們的加工流程，也就是說它們可以遠程向客戶進行證明，大大地節省了時間和成本。通過計算機軟件來進行仿真，在對加工程序進行修正后，將其引入到數控設備中，可以在不經過試驗和切割階段的情況下實現實際生產。

4? 結束語

與一般的數控加工設備相比，將虛擬化制造和數控加工等技術緊密結合，能夠大幅度地改善生產質量，節省生產費用。此種技術無論是在應用還是教學上，它均具備很強的優點。為了使我們能夠更好地利用數控機床的虛擬仿真技術，必須首先要清楚地明確它們所應用于數控機床制造過程中的基本工作原理，按照所需要的工作原則來開展各種操作，確保這些技術能夠充分發揮自身的優勢，促進我國現代化數控加工技術的發展與進步。

參考文獻：

[1]姜靜思.探究計算機虛擬仿真技術分析及其應用[J].計算機產品與流通，2019（10）：15，25.

[2]陳麗娟.現代機械加工中數控技術的應用[J].內燃機與配件，2021（12）：89-90.

[3]王澤溪.我國數控加工技術現狀及有效提升策略[J].工程機械文摘，2021（03）：30-31.

[4]李永祥，胡秀陽，汪洪，黃凱龍，南立文.計算機虛擬仿真技術在數控加工中的應用研究[J].浙江師范大學學報（自然科學

版），2013，36（04）：427-431.