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摘要：對國內制造業現有的情況進行了分析，闡述了虛擬制造的技術和特點以及虛擬制造對制造業數控加工的工作過程的影響。

關鍵詞：虛擬制造；數控加工；加工周期；前期設計

制造業一直以來都是我國國民經濟發展的支柱性產業，隨著中國經濟發展的逐步加快，制造業的弊端也逐漸體現出來，比如產品生產水平低、產品質量不穩定、生產產品的機械設備水平不及國際先進水平的10%；生產調度缺失，往往會出現產品分散、協調性差的問題；技術水平差，以往加工零件都是根據加工者的經驗來試切，以檢查加工的準確性和零件是否達到預期目的，這不僅延長了加工周期，還增加了成本；生產產品的設備老舊，生產工藝落后，人才儲備不足，導致企業的發展緩慢。為了解決這一系列問題，我們將虛擬制造技術運用到了產品的前期設計、加工中來。

1虛擬制造的技術及特點

虛擬制造技術指的是產品在成批量加工前，不需要制作實物樣品，而是運用計算機模擬軟件，比如CAD/CAM/CAE技術等建模軟件來完成產品的虛擬加工制造，并檢驗產品各個機構零部件間的裝配關系是否合理，NC加工路徑是否有撞刀或過切的現象。如果有錯誤的，則可以及時反饋并在軟件中修改、更正，重新修改零件加工路徑以及零件整體的裝配尺寸，從而符合要求。這一系列工作都可以在計算機中進行，因此，可以運用互聯網完成。通過虛擬制造技術可節省時間，縮短產品的設計周期，從而控制成本，大大提高了產業在同行業中的競爭力。

2虛擬制造相對數控加工的過程

虛擬制造的第一步就是了解工作的目標是什么，要整體了解客戶的需求，所需產品的要求，細心聽取客戶意見并整理歸納，總結出產品的外形結構、功能特征、性能要求。從而進行后期的產品虛擬設計、工藝安排、產品零部件設計、機構后期裝配、虛擬運行等。經過客戶的反復驗收，直至獲得客戶的認可后，方可進行實物制作。虛擬制造首先要設計的是最基本的零部件，對于零部件的設計，通常我們都會優先選用標準件，這樣會大大縮短設計時間，也使設計的產品有極高的通用性。一般情況下，優先進行齒輪齒條、鏈輪、螺栓螺母、切削螺紋的設計，后進行一些獨立零件機構的設計，從而完成某種特定的運動方式，達到預期的工作目標。這些都可以采用國家標準，運用標準的理論公式、參數不斷修改，并運用有限元分析、邊界元檢查、實驗檢查等方法，完成虛擬制造中的計算機標準設計和多次優化更改。由于設計的零部件都是用的國標和圖集的最高基礎標準，所以，為今后的維修、更換提供了保障。對于每個零件，都是經過標準設計的，已經滿足強度、韌性、疲勞強度、靜態平衡和動態平衡等要求，形成的各種零件的外形、用途、行為意圖等屬性的結果滿足性能要求后，再經過外形的美觀設計，確定表面顏色、紋理渲染，產出最終成品模型。虛擬設計由虛擬制造設備來完成，此處的虛擬設備就是一個模擬的數控加工仿真設備，以上的零部件都是由這個虛擬的數控加工設備來完成制作的，且大多數獨立設計的零部件機構都需要加工制作。對于加工零件的設備，可在虛擬的設備中體現設備的功能特征和形態特征，比如數控機床的工作主軸轉速、進給速度等。對設計的零部件先采用CAD、Solidworks、Pro-E、UG等軟件進行外觀設計，再將各個機構分解成每個零部件，比如鏈輪機構分解為主動鏈輪、從動鏈輪、鏈條、主軸、從動軸等，然后將各個零件分別放入虛擬的數控設備，確定好基準坐標，依照坐標的變換關系完成動作的運行。運動模塊具備了虛擬的數控設備的各種運動功能，虛擬數控機床由外部輸入的數據控制，設備對數據進行分析處理，并輸出相對應的控制運動參數，控制相應的幾何模塊的位置變換和運動，實現模擬的物理設備加工運行。依托各個模塊設備的運動數據支配相對應的運動系統，每個模塊都以規定好的數控參數運動。具體而言，應先確定原始坐標基準、加工坐標基準、機床原點、加工原點，并依據數控銑刀插補的原則，確定銑刀轉速、走刀速度、加工距離，根據不同的數控加工系統原代碼編制圓弧刀路、直線刀路、拋物線刀路插補規則。虛擬的數控加工可以很好地檢查和避免加工工藝中的工裝夾具、加工刀具和被加工工件在加工過程中出現的碰撞。在試駕加工前，先進行虛擬加工，確定不會存在撞刀損壞機床和零件過切的情況后，方可進行實際加工。對于加工使用的虛擬的數控設備，應嚴格控制主軸的快慢轉速、正反轉向、單軸運動、多軸聯動、換刀等。產品加工過程如圖1所示。圖1產品加工過程基于以上虛擬制造的數控加工的方式，形成了一整套虛擬三位加工系統，此系統由虛擬的數控加工系統驅動，把機械零部件從毛坯的形式裝換成成品。此過程全程在計算機系統中運行。設計者全程監控零件加工過程中的撞刀和過切現象以及后期的成品裝配，從而評定零件機構生產的可行性。此外，還可以為數控加工的學員提供直觀的學習過程，避免在實際操作時的誤操作損壞設備。3結束語隨著中國經濟的不斷發展，企業對虛擬制造技術的需求越發重視。虛擬制造引入數控加工大大提高了企業的發展速度。

通過虛擬的設計和制造，縮短了實際加工中的加工時間，大大縮短了設計周期，節約了成本，提高了經濟性，數控加工技術的虛擬制造引入有效促進了我國在現代科學技術方面的快速發展。虛擬制造的出現讓我國在工業方面的發展緊追全球化經濟的腳步。基于虛擬制造的創新發展，必定會對我國的制造業發展產生更加深遠的推動。

作者:林柔紅 單位:廣東省城市建設高級技工學校

參考文獻

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［2］史永芳，田啟華.虛擬制造中數控加工仿真的研究與開發［J］.三峽大學學報（自然科學版），2006（01）.