數(shù)控仿真技術論文

1、機制 0843 班雷香偉200806111217計算機仿真技術及其在數(shù)控加工中的應用摘要：近幾年，計算機虛擬仿真技術在數(shù)控加工中的應用越來越廣泛。本文結合計算機仿真技術與數(shù)控技術的特點。淺談數(shù)控仿真技術發(fā)展狀況，包括數(shù)控加工過程仿真的研究狀況、機械加工過程仿真的現(xiàn)狀與存在問題和數(shù)控仿真技術的的應用及展望。關鍵詞： 仿真；計算機仿真；數(shù)控技術；數(shù)控仿真技術；虛擬數(shù)控機床1 計算機仿真1.1 何為仿真仿真就是將所研究的對象用其它手段加以模仿的一種活動。如曹沖稱象、軍事演習、飛行器風洞試驗、核爆炸試驗等，屬于實物仿真的例子。計算機仿真是一種非實物仿真方法，它是利用計算機對一個宏觀復雜系統(tǒng)的結構和行為

2、進行動態(tài)模仿，從而獲得該系統(tǒng)及其變化過程的特性指標，以評價或預測系統(tǒng)的行為效果，為決策提供信息的一種方法。簡而言之，對某系統(tǒng)的計算機仿真就是建立該系統(tǒng)的仿真模型并就該模型在計算上進行試驗。計算機仿真通過建立數(shù)學模型、編制計算機程序?qū)崿F(xiàn)對真實系統(tǒng)的模擬, 從而了解系統(tǒng)隨時間變化的行為或特性。計算機仿真反映出新的科學技術的時代特征, 它的應用為各個領域帶來新氣象和成果。1.2計算機仿真應用計算機仿真應用的領域有：航空管理 ,公交車的調(diào)度 ,飛機設計 ,動畫設計 ,三峽的安全、生態(tài) ,道路的修建 ,醫(yī)療保險 ,國債的發(fā)行 ,家居裝修 ,煉鋼的溫度估計 ,發(fā)電廠的操作訓練 ,飛行員訓練，鼠疫的檢測和預

3、報。1.3為什么要進行計算機仿真1. 于重復進行試驗，便于控制參數(shù)，時間短，代價小。機制 0843 班雷香偉2008061112172. 可以在真實系統(tǒng)建立起來之前， 預測其行為效果， 從而可以從不同結構或不同參數(shù)的模型的結果比較之中，選擇最佳模型。3. 對于缺少解析表示的系統(tǒng)， 或雖有解析表示但無法精確求解的系統(tǒng)， 可以通過仿真獲得系統(tǒng)運行的數(shù)值結果。4. 對于隨機性系統(tǒng)，可以通過大量的重復試驗，獲得其平均意義上的特性指標。1.4 適用計算機仿真解決的問題1. 難以用數(shù)學公式表示的系統(tǒng)，或者沒有建立和求解數(shù)學模型的有效方法。2. 雖然可以用解析的方法解決問題， 但數(shù)學的分析與計算過于復雜，

4、這時計算機仿真可能提供簡單可行的求解方法。3. 希望能在較短的時間內(nèi)觀察到系統(tǒng)發(fā)展的全過程， 以估計某些參數(shù)對系統(tǒng)行為的影響。4. 難以在實際環(huán)境中進行實驗和觀察時， 計算機仿真是唯一可行的方法， 例如太空飛行的研究。5. 需要對系統(tǒng)或過程進行長期運行比較，從大量方案中尋找最優(yōu)方案。2 淺談數(shù)控仿真技術發(fā)展狀況數(shù)控技術是先進制造技術的核心, 世界各國制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術, 以提高制造能力、適應市場能力和競爭能力。虛擬制造技術就是根據(jù)企業(yè)的競爭需求，在強調(diào)柔性和快速的前提下，于 20 世紀 80 年代提出的，并隨著計算機，特別是信息技術產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在90 年代得到人們的極大重視，獲得迅速的發(fā)展

5、。在不長的時間里，已成為企業(yè)界、學術界的研究熱點之一，是當今國際上科技領域的前沿課題，目前在美、英、日、西歐諸國已經(jīng)形成了相當規(guī)模的新興產(chǎn)業(yè)部門，商品化軟件已趨于成熟，應用比較廣泛。隨著我國加入世貿(mào)組織 , 綜合國力進一步增強 , 我國經(jīng)濟全面與國際接軌 , 并正在成為全球制造業(yè)中心 ,進入了一個空前蓬勃發(fā)展的新時期 , 隨著機械零件制造復雜程度的提高， 對數(shù)控代碼正確性驗證的需求越來越迫切， 數(shù)控仿真系統(tǒng)利用計算機圖形顯示技術模擬實際加工過程， 是驗證數(shù)控加工程序正確性的有力工具之一 , 這必然對掌握現(xiàn)代化制造技術的人才、特別對一線數(shù)控技術工人形成了巨大的需求。2.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述計算

6、機輔助仿真技術是美國在曼哈頓計劃中首先發(fā)展起來的，在科學家們?yōu)榱塑娛律蠙C制 0843 班雷香偉200806111217的需要開發(fā)先進技術時仿真技術的發(fā)展成為進行預測氣候變化和武器生產(chǎn)試驗的關鍵技術。當這項技術逐漸發(fā)展成熟時，仿真技術被推廣到其他軍事和民用工業(yè)生產(chǎn)和應用中。早期的計算機仿真技術完全依賴于個人的努力， 仿真的有效性在很大程度上取決于仿真者在仿真過程的各個環(huán)節(jié)所具有的經(jīng)驗， 這就要求仿真者擁有很多方面的知識， 而這種要求阻礙了仿真技術的普遍應用。因此， 80 年代起，仿真領域普遍開始重視建模技術，并將圖形技術、人工智能技術、知識工程技術引入到仿真建模過程中。 縮小用戶描述問題的方式與

7、仿真模型的最終表現(xiàn)形式之間的差距，產(chǎn)生直觀、簡練而有效的輸入方式，滿足仿真輸入形式的多樣性和復雜性的要求。隨著仿真技術和計算機技術的發(fā)展， 一方面仿真系統(tǒng)的規(guī)模增大、 結構復雜化并向分布式仿真發(fā)展，另一方面在復雜系統(tǒng)的設計與分析過程中、在管理決策過程中，仿真系統(tǒng)起著越來越重要的作用，導致對仿真置信度要求的提高。因此，仿真系統(tǒng)功能的智能化、集成化；仿真軟件設計和自動化，是仿真軟件開發(fā)的主要趨勢。2.2 數(shù)控加工過程仿真的研究狀況目前，仿真和建模技術已成為制造系統(tǒng)設計、分析和運行的重要工具，同時作為生產(chǎn)計劃、作業(yè)調(diào)度和輔助決策工具也得到越來越廣泛的應用。目前在許多商品化CAD/CAM軟件系統(tǒng)如：

8、IDEAS,UG,PRO/E,等系統(tǒng)中，開發(fā)了以二維圖形和三維圖形為基礎的圖形數(shù)控編程工具和刀具軌跡生成工具，具備零件加工過程的計算機仿真功能。例如，UG1.4 以上版本提供了強大的刀具軌跡模擬功能，檢驗走刀路徑，發(fā)現(xiàn)加工中的不合理，如少切或過切等。這類軟件開發(fā)成本高，不易推廣使用。國內(nèi)在這一領域的研究工作開展的較晚，目前有華中理工大學開發(fā)的應用于CAD中心曲面造型系統(tǒng)中的數(shù)控銑削加工切削仿真系統(tǒng)，哈爾濱工業(yè)大學開發(fā)的三軸數(shù)控銑削仿真系統(tǒng)， 天津大學的回轉(zhuǎn)類零件的CAD/CAM集成系統(tǒng)等。 對數(shù)控車削加工仿真的研究還不多見，且多為二維圖形顯示，具有較大的局限性。2.3 機械加工過程仿真的現(xiàn)狀與

9、存在問題目前進行的機械加工過程仿真， 主要有兩種情況：一種是從研究金屬切削的角度出發(fā)，仿真某具體切削過程內(nèi)部各因素的變化過程，研究其切削機理，供生產(chǎn)實際與研究應用；另一種則是將加工過程仿真作為系統(tǒng)的一部分，重點在于構造完整的虛擬制造系統(tǒng)。這兩機制 0843 班雷香偉200806111217種方式的仿真方法是相同的， 即首先對機加工藝系統(tǒng)建立連續(xù)變化模型， 然后用數(shù)學離散方法將連續(xù)模型離散為離散點，通過分析這些離散點的物理因素變化情況來仿真加工過程。由于機加過程仿真還處于起步階段，目前尚存在以下問題:(1) 仿真的加工形式少，研究范圍窄在眾多的切削加工種類與形式中，目前的仿真主要集中于銑、磨兩種

10、。即使在這兩種加工方法上，仿真也局限在很窄的范圍內(nèi)。如銑削中多是仿真棒銑刀和端銑刀，而這種仿真系統(tǒng)對其他種類的銑刀( 如加工成形表面用銑刀 ) 卻無能為力。其原因是機械加工種類繁多，存在著車、銑、刨、磨、鏜等多種加工形式；另一方面加工理論復雜，不同的加工方法、刀具形狀的加工模型有較大差別。同時，目前的仿真系統(tǒng)大多進行幾何仿真，即對刀位軌跡、工件與刀具的干涉校驗等，有稱之為NC校驗 (NC Verification)。但在機加過程中，幾何校驗只是前提條件，更為重要的是切削力、刀具振動及刀具磨損等在切削過程中起決定因素的各物理量。(2) 物理仿真過程都是考慮理想切削狀態(tài)，與實際切削過程有較大差距在

11、目前的仿真系統(tǒng)中預先設定了大量假設因素， 如設定工藝系統(tǒng)剛性滿足要求， 無振動；加工材料結構統(tǒng)一，無硬點等缺陷；刀具無磨損；切削要素不發(fā)生變化等。這種假定的理想狀態(tài)不能將切削過程中的隨機干擾如工件硬點造成的材質(zhì)變化、振動造成的切深變化等因素考慮進去，使仿真系統(tǒng)不能真實地反映實際切削過程。(3) 仿真手段限制仿真系統(tǒng)的發(fā)展計算機技術的發(fā)展與仿真技術緊密相連，過去由于計算機軟硬件的限制，仿真時間很長。編碼工作量大，程序可讀性、維護性差，這些都為仿真工作帶來困難。目前應用C語言及面向?qū)ο蟮姆椒ㄩ_發(fā)仿真系統(tǒng)已成為發(fā)展潮流。以上問題已引起研究人員的重視，今后的機加工仿真系統(tǒng)將朝著快速運行、面向多種加工形

12、式、更加符合實際狀況的方向發(fā)展。2.4 數(shù)控仿真技術的的應用及展望虛擬數(shù)控機床的應用將給制造業(yè)帶來革命性的飛躍。由于虛擬數(shù)控機床是數(shù)字模型，所以容易實現(xiàn)對數(shù)字模型進行顯示、分析、傳遞和迭代更新， 為設計提供并行作業(yè)的可能，用經(jīng)濟快捷的方式提高產(chǎn)品設計品質(zhì)，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。采用虛擬數(shù)控機床技術，可以為產(chǎn)品設計過程中的可制造性分析提供關鍵數(shù)據(jù)，能夠迅速完成在機床上不方便操作的各機制 0843 班雷香偉200806111217項任務，如完成數(shù)控程序的調(diào)試、測量產(chǎn)品加工誤差、評定加工效率和檢驗干涉碰撞情況等。還可以利用虛擬機床優(yōu)化切削參數(shù)，優(yōu)化刀具路徑，提高機床設備的生產(chǎn)效率。利用機床加工的全過程與

13、用戶的交互功能，可以為企業(yè)、學校的數(shù)控人才培訓提供快速、安全且不消耗資源的有效手段， 并幫助機床制造商向遠程客戶逼真地演示其產(chǎn)品。 為制造業(yè)提供最佳的發(fā)展以及為加工過程的優(yōu)化提供決策依據(jù)。 虛擬數(shù)控機床的網(wǎng)絡功能為真正實現(xiàn)遠程合作提供保證。虛擬數(shù)控技術是由許多先進學科、 先進知識形成的綜合技術系統(tǒng)， 是一個極具潛力的前沿研究領域。 由于多媒體技術和網(wǎng)絡技術以及仿真技術的迅速發(fā)展， 虛擬數(shù)控技術將獲得更快的發(fā)展。虛擬機床是虛擬加工技術的核心，網(wǎng)絡化、智能化、集成化是虛擬制造技術的發(fā)展方向。虛擬機床軟件的發(fā)展目標應該是根據(jù)國內(nèi)的現(xiàn)實情況和國外軟件的發(fā)展趨勢，針對具體的機床開發(fā)面向工程的實用化小型軟

14、件。 把某一類型的虛擬機床作為該類型數(shù)控機床的附件，提高數(shù)控機床的市場競爭力、增加機床產(chǎn)品的附加值。虛擬數(shù)控機床的應用，將為制造技術帶來勃勃生機， 并將虛擬數(shù)控機床的研究開發(fā)推向一個更加嶄新的階段。3 結束語計算機仿真技術不僅在傳統(tǒng)的工程技術領域（航空、航天、化工等方面）繼續(xù)發(fā)展，而且擴大到社會經(jīng)濟、生物等許多非工程領域，此外，并行處理、人工智能、知識庫和專家系統(tǒng)等技術的發(fā)展正影響著仿真計算機的發(fā)展。4 參考文獻1 明建全 . 科學使用數(shù)控仿真 , 提高數(shù)控教學水平 . 西北職教 3 期2John Vesterayer,Simulation Used in CIMS Development.A

15、 Publication of the Society for ComputerSimulation,1989,951063 孟曉風、王行仁，建模與仿真的智能化、集成化發(fā)展綜述，系統(tǒng)仿真學報，1996，（ 4）： 154 蔣春風、陳立平、張力波，數(shù)控加工仿真顯示技術的研究，華中理工大學學報，1999,27 （ 6）： 5456物業(yè)安保培訓方案為規(guī)范保安工作，使保安工作系統(tǒng)化/ 規(guī)范化 ,最終使保安具備滿足工作需要的知識和技能，特制定本教學教材大綱。一、課程設置及內(nèi)容全部課程分為專業(yè)理論知識和技能訓練兩大科目。機制 0843 班雷香偉200806111217其中專業(yè)理論知識內(nèi)容包括：保安理論知識

16、、消防業(yè)務知識、職業(yè)道德、法律常識、保安禮儀、救護知識。作技能訓練內(nèi)容包括：崗位操作指引、勤務技能、消防技能、軍事技能。二培訓的及要求培訓目的1 ）保安人員培訓應以保安理論知識、消防知識、法律常識教學為主，在教學過程中，應要求學員全面熟知保安理論知識及消防專業(yè)知識，在工作中的操作與運用，并基本掌握現(xiàn)場保護及處理知識2 ）職業(yè)道德課程的教學應根據(jù)不同的崗位元而予以不同的內(nèi)容，使保安在各自不同的工作崗位上都能養(yǎng)成具有本職業(yè)特點的良好職業(yè)道德和行為規(guī)范）法律常識教學是理論課的主要內(nèi)容之一，要求所有保安都應熟知國家有關法律、法規(guī)，成為懂法、知法、守法的公民，運用法律這一有力武器與違法犯罪分子作斗爭。工作入口門衛(wèi)守護，定點守衛(wèi)及區(qū)域巡邏為主要內(nèi)容，在日常管理和發(fā)生突發(fā)事件時能夠運用所學的技能保護公司財產(chǎn)以及自身安全。2 、培訓要求1 ）保安理論培訓通過培訓使保安熟知