数控加工仿真系统研究现状与发展趋势

干 涉 检 验 一直 是 几何 仿 真 技 术 亟需 解 决 的 难 点 问
题 ，学 者 们 对 加 工 过 程 中 的碰 工 作 ，并 提 出 了一 些 比较 成 熟 的 算 法 。总 体 上 可 以将 这 些 算 法 分 成 两 大 类 ：基 于 图 形 的 实 时 碰 撞 检 测 算 法 和 基 于 图 像 的 实 时 碰
实现 加 工过 程 的在线 控制 和智 能化 生产具 有 重要 意 义 ，同时它也 是研 究金 属切 削原理 的重 要手段 。
高 的 要 求 ，产 品 的 生 产 周 期 越 来 越 短 ，新 产 品开 发 时 间 的 长 短 与 性 能 的 好 坏 直 接 影 响 着 企 业 的 市
场 竞 争 力 ， 与 此 同 时 计 算机 技 术 与 计 算机 图 形 学
Ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ Ｊ ． Ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ９ －０ １ ３ ４ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ３ （ 上） ． １ ３
０ 引言
科 学 技 术 的 不 断 发 展 与 生 活 水 平 的 不 断 提 高 ，使 得 人 们 对 产 品性 能 、规 格 、 品种 提 出 了更 的工艺 系统 中的加工 信 息进 行有效 预 测与 优化 ，对
断深 入 ， 几 何 仿真 已 经 取 得 了 丰 硕 的 成 果 。先 后
出现 了一 批 具 有数 控 加 工 仿 真 功 能 的优 秀 软 件 ， 如 具 有 代 表 性 的Ｐ ｒ ｏ ， Ｅ ＮＧＩ ＮＥＥ Ｒ、ＵＧ、Ｍａ ｓ ｔ ｅ ｒ
Ｃ ＡＭ 、Ｃ ＡＴ Ｉ Ａ和Ｄｅ ｌ ｍｉ ａ 等 。 目前 人 们 在场 景 建 模 方 面 的研 究 已 经 相对 成 熟 ，而加 工 过 程 中的碰 撞
的 快 速 发 展 ， 使 得 计 算 机 仿 真 技 术 得 到 了 广 泛
应用 。在此背景下 虚拟制造技 术 （ ＶＭＴ Ｖｉ ｒ ｔ ｕ ａ ｌ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ）孕 育 而生 ，它 可 以实
现 对 生 产 过 程 中 的产 品设 计 、制 造 到 装 配 的全 程
王 占礼 ，董 超，胡艳娟 ，李 静，朱 丹
ＷＡＮ Ｇ Ｚ ｈ ａ ｎ ． １ ｉ ，ＤＯＮ Ｇ Ｃ ｈ ａ ｏ ，Ｈ Ｕ Ｙ ａ ｎ ｑ ｕ ａ ｎ ，Ｌ Ｉ Ｊ ｉ ｎ ｇ ，Ｚ Ｈ Ｕ Ｄ ａ ｎ
（ 长春 工业大学 机 电工 程学院 ，长春 １ ３ ０ ０ １ ２ ）
真 ，即通 过 计 算机 建 模 和 可视 化 技 术 ，实现 ＮＣ 代
码 的 自动 检 验 和 加 工 过 程 的碰 撞 、干 涉 检 验 。其
素 进 行 有 效 的 预 测 ，使 设 计 人 员 可 以在 产 品 生 产 之 前 及 时 地 提 出 修 改 措 施 ，实 现 产 品 从 设 计 到 装 配 过 程 中 的 优化 ， 有 效 的 降 低 产 品 的 次 品 率 、 缩 短 产 品 的 生产 周期 、减 小 产 品 的 开 发风 险从 而提 高 生产 效率 与 产 品的市 场竞 争力 ｎ 。
ｌ 遭 訇 化
数控加 工仿 真系统研究现状 与发展趋势
Ｔｈｅ ｐ ｒ ｅｓｅｎｔ ｒ ｅｓ ｅａｒ ｃｈ ｓ ｉ ｔ ｕ ａｔ ｉ ｏｎ ａｎｄ ｄｅ ｖｅｌ ｏｐｍ ｅｎｔ ｔ ｒ ｅｎｄ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｎ Ｃ ｍ ａｃｈｉ ｎｉ ｎｇ
ｓｉ ｍ ｕｌ ａｔ ｉ ｏｎ ｓ ｙｓ ｔ ｅｍ
虚 拟 制 造 技 术 在 机 械 加 工 中 的 重 要 应 用 是 对 加 工 过 程 进 行 仿真 。 美 国 国 家 自然 科 学 研 究 会 以 “ ２ ０ ２ ０ 年 制 造 挑 战 与 预 测 ”为 题 ， 成立 了 “ 制 造
前 提 条 件 是 假 设 加 工 过 程 是 一 个 纯 几 何 问题 ，不 存 在 任 何 物 理 因 素 。随 着 几 何 仿 真 技 术 研 究 的 不
１ 数控 加工仿真系统 的研究
数 控 加 工 仿 真 系 统 包 括 两 部 分 内容 ： 几何 仿
真 与物 理仿 真 。
１ ． １ 数 控加 工几 何仿 真技 术
早 期 的 加 工 仿 真 技 术 研 究 主 要 针 对 几 何 仿
模 拟 ，并 对 制 造 与 装 配 过 程 中可 能 出现 的不 利 因
统存在 的问题及发展方向 。
关键 词 ：数控 加工仿真系统 ；几何仿真技术 ；物理仿真技 术 ；数控加工数据库
中圈分类号 ：Ｔ Ｈ １ ６ ４
文献标识码 ：Ａ
文章编 号 ：１ ０ ０ ９ － ０ １ ３ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ （ 上） － ０ ０ ４ １ － ０ ５
摘
要 ：数控加 工仿 真系统利 用计算机技术 构建一个虚 拟环境直 观地模拟实 际加工过程 ，为检验Ｎ Ｃ 代 码 、碰撞 干涉 及预测加 工精度提 供了强有 力的工 具 ，对 实现加 工过 程的在 线控制及 生产过程 的自动 化具有重 要意义 。本文介 绍了数控 加工仿 真系统 的关键技术 ，如几何 仿真技 术、物理 仿真技 术和机械 加工数据 库 ，并叙 述和评 价了它们 的研究 成果 ，最 后提出 了数控加 工仿真系
技 术 挑 战 的 展 望 ” 委 员 会 ， 展 望 了 制 造 业 的 发
展 ，提 出 了两 个 需 要加 速 发展 的 突破 性 技 术 ：亚 微 米 制 造 技 术 和 企 业 的建 模 与仿 真 技 术 。其 中 ， 加 工 过 程 建 模 和 仿 真 作 为 虚 拟 制 造 技 术 的基 础 性 研 究 已经 成 为 虚 拟 制 造 技 术 发 展 的关 键 和 亟 需 解