探機械加工虛擬實驗技術

摘要：基于持續改革與發展的工業形勢下，機械制造業獲得了非常大的改變，作為制造業關鍵部分的機械加工獲得了普遍地應用，人們也非常注重機械加工虛擬實驗技術的應用。成功地開發與研制機械加工虛擬實驗技術，能夠優化機械產品的開發、制造、裝配等，從而實現機械加工效率的提升。為此，本文分析了機械加工虛擬實驗技術及其應用問題。

關鍵詞：機械加工;虛擬;實驗技術;應用

在加速發展的制造業的當今形勢下，企業為了跟持續改變的市場需要相符合，加工制造的機械產品務必具備較高的技術水平與柔性。只有如此，才可以迅速地反應市場改變的需求、實現開發和生產新產品周期的縮短、提升開發新產品的質量，從而實現開發和生產費用的減少，最終實現理想的效益。當今，隨著普遍應用機械加工虛擬實驗技術以及應用輔助的虛擬現實技術、仿真技術、信息技術，促進了機械加工技術的進步，能夠確保設計的新產品合理化，在機械制造業中體現日益關鍵的作用。

一、機械加工虛擬實驗技術概述

機械加工虛擬實驗技術通過相關的軟件構建多體力學和三維實體的機械系統模型，進而對機械新產品的性能進行評價和分析，最終提供設計以及制作物理樣機的根據，這是對設計和制造工藝過程的優化。機械加工虛擬實驗技術有著傳統方式難以企及的巨大作用與優勢。一是CAD軟件設計中的三維幾何造型技術通過計算機完成復雜的繪圖過程，這讓設計者在設計機械新產品上具備更多的時間與精力，從而有利于設計者重視優化與正確設計產品的現象。二是通過三維造型技術構建的虛擬化模型能夠更加形象和簡單地描述機械系統。三是修改技術（虛擬技術中具備的一種技術）能夠迅速地修改設計的機械產品。機械虛擬加工實驗技術的應用可以對機械零件的可加工性進行合理地評估，以及檢驗NC程序的準確性，這使傳統的開發產品過程中試切省去。這是由于機械加工虛擬實驗技術對設計、開發產品的全程進行了仿真，可以對刀具的磨損、破損等現象進行預測，以及對改變的材料參數、加工參數等影響到的加工表面問題進行把握，這有助于智能化地進行加工。四是可以比較各種方案，進而選用最為理想的方案，從而尤為合理、科學地設計新的產品。

二、機械加工中虛擬實驗技術的應用

機械加工的過程是改變工件性能、大小、外形的過程，應用虛擬實驗技術重點涵蓋兩點：即幾何仿真與物理仿真。

（一）幾何仿真

（1）參數方法的優化及其應用

為了對人工選用參數的一系列不足之處予以消除，結合機械加工虛擬實驗技術仿真機械產品的幾何圖形，在參數優化的基礎上會變得十分省力、省時、省工，這是由于機械加工虛擬實驗技術結合數控加工仿真系統對真實的制造過程進行仿真，從而使最為理想的參數獲得，最終確保優化的參數符合實際加工的參數。虛擬實驗仿真技術通過最大切削力的制約、加工時間的完善作為目標建構數學模型，再結合適宜的尋優算法給部件的大小、外形等加工環節選用適宜的最為理想的參數。在實際加工機械產品的時候，結合機械加工虛擬實驗技術需要根據下面幾點操作切削加工參數的優化問題。一是通過機械加工虛擬實驗技術建構多目標的數控加工、切削優化模型。二是通過加工仿真技術方式得到切削的寬度以及深度，且通過它對區間予以劃分。三是組合全部區間的刀具為一個加工組合段，且建構優化的數學模型。四是通過遺傳算法優化所有加工組的參數。五是通過NC（自動修改程序）對優化參數的結論進行檢驗。

（2）應用于切削加工的外形和大小上

立足于虛擬實驗技術建構的數學模式可以對機械工藝系統的切削力變形、運動誤差等進行識別和檢驗。并且，能夠真正地在線預測虛擬數控切削加工的精確性，這確保了加工的機械外形、大小等參數的準確性。鑒于此，結合虛擬實驗技術建構的仿真系統最大程度地防止了加工中存在的大小、外形上的誤差，且實現了傳統加工環節中設備檢測的簡化，從而使加工機械的安全系數、經濟效益提升。

（二）物理仿真

為了確保機械產品的性能達標，一般應熱處理產品的原料。通過物理模擬或者是數值模擬的手段仿真材料成形的整個過程，以及預測各種環境下形成材料的質量、特性、組織等，從而優化設計熱成形的性能和質量。因為加工機械中有效地分析和預測物理因素十分關鍵，機械加工的工藝過程涵蓋夾具、工件、機床、工具等，在對其進行應用的時候，常常會因為受到重力、切削力、夾緊力的制約，工藝系統的變形情況會出現。如果出現變形，那么會改變固有的靜態幾何關系，從而對零部件的精確性形成不利影響作用。想要盡最大程度地控制如此的誤差現象，應盡量地減小工藝系統的變形情況。目前形勢下，應用緊緊圍繞有限元技術的切削仿真模擬具備十分大的應用價值與發展前景，其可以在人們跟前呈現切削加工機械的整個虛擬化過程，從而能夠預測與優化切削的工藝效果，這使開發時期的實驗次數減少，以及大大地降低了投入設計與開發的費用量。

結語：

總而言之，為了實現機械加工產品方式不足之處的完善，確保設計產品的可加工性、科學性、合理性，以及提高生產效率與實現開發產品生命周期的需要，可以應用機械加工虛擬實驗技術來設計與開發機械產品，確保選用工藝參數的合理化、開發與設計產品技術能力的提升，這在將來是機械加工的一種發展方向和趨勢。

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作者簡介：

張剛（1971-），遼寧營口人，男，碩士研究生 ，高級工程師，研究方向：機械制造及設備專業。