数字化虚拟制造在数控可转位刀具加工中的应用

1 引言

　　数字化虚拟制造技术是制造技术与仿真技术相结合的产物，它集制造技术、机床数控理论、计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)和建模与仿真技术于一体。在设计新力一案或更改力一案时，能够在真实制造运行之前进行数控机床的虚拟设计，在虚拟环境中进行零件的数控加工，并对数控程序加以检验，检查数控加工过程中可能出现的碰撞、十涉危险，分析零件的可加工性和工序的合理性。虚拟加工技术的采用可缩短产品开发周期，降低生产成本，提高产品质量和生产效率。

2 虚拟制造在数控刀具加工中的应用

　　在金属加工领域，越来越多的数控机床被广大客户所采用，为了适应高精度和高速度的加工力一式，数控刀具变得越来越复杂，刀具制造商普遍采用多轴数控加工中心来制造数控可转位刀具。在刀具制造过程中，对于各种不同类型的产品其容屑槽形式、刀片位置和切削角度等各不相同，而且在加工过程中也易发生十涉。由于数控加工过程隐含在数控程序中，而数控程序中的错误不容易发现，通常采用计算机图形模拟刀具轨迹显示法和机床试切法对数控程序进行校验，但两者均有缺陷。计算机图形模拟刀具轨迹显示法缺少真实感，难以发现刀具与工件的十涉和过切;试切法成本高，周期长，因此采用虚拟加工技术可有效解决很多问题。

3 系统结构

　　如图1所示，数控可转位刀具虚拟加工系统般包含以下几个模块。

图1数控可转位刀具虚拟加工系统 

　　数控加工程序编制系统主要由刀片座、小刀座排屑槽和冷却孔模型按照不同刀具的设计要求进才科学的排列组合，结合加工过程中使用的不同机T夹具编制数控加工程序。口前采用瓦尔特公司自斯的VEROS数控刀具加工程序编制系统，可在三维l向对被加工刀具进行编辑并生成加工程序。

　　虚拟加工环境包括机床、被加工刀体(工件)、加工用刀具和夹具模型，通过AutoCAD和EM-REALNC的组合对机床、工件、夹具进行建模，结合TDM刀具管理系统所包含的刀具参数进行建模，完蔡组成了虚拟加工环境。

　　刀具虚拟加工过程包括数控加工程序译码、三维动画仿真、碰撞十涉检验、加工时间统计和加工精度仿真。

4 虚拟加工过程的建模

　　4.1 机床建模

　　虚拟机床是虚拟加工过程的载体和核心，由几何模型和运动模型构成。图2所示为五小标卧式加工中心的模型。该机床以德国DMC公司的MAH0600 C机床为蓝本，图中虚拟机床中有两个小标系:泪L床的绝对小标系和虚拟环境的图形显示小标系。该机床为五轴联动加工中心，下部床身作X及Y向平移运动，加工用切削刀具安装在机床主轴上作Z向平移运动，安装于床身上部的旋转部分分别作A向及B向旋转运动。由于被加工工件的装夹零点位置固定，故将机床小标系的原点定在工件的装夹零点位置(柄部端而中心点)，将图形小标系的原点定在工作台安装而的中心。

　　虚拟机床的虚拟运动由各运动部件的平动、转动及相句_间的联动构成。采用插补算法可将多个运动部件的联动转化为单运动部件的平动或转动。因此，虚拟机床的运动可通过对部件进行平移和旋转变化来实现。虚拟运动速度由平移和旋转的步距值控制。

　　运动过程的建模采用而向对象的虚拟现实建模语言VRML来完成。具体来说即利用VRML语言将每一个运动部件定义为一个运动对象，这样每一个运动对象在VRML语言中可看成是一个节点，一个节点包括一组它能接受和发送的事件，如改变位置(平移或旋转)和改变颜色的事件等。加工过程的每一场景可以定义为一组节点，完蔡的加工过程则为一系列场景的集合。

　　4.2 被加工工件和加工用刀具的建模

　　被加工刀体(工件)的模型采用AutoCAD绘制后在REAL NC系统中转化成三维实体模型。加工用刀具模型则采用WALTER公司的TDM刀具管理软件与REAL NC链接，通过在TDM系统中输入各种不同类型刀具的长度、直径、柄部形状、刀尖圆角、材质等刀具常用切削参数，预计刀具加工寿命等一系列数据，绘制出CAD图形，再链接TDM和REAL NC系统，在REAL NC系统调用刀具时自动转化成三维刀具实体模型。