五轴加工中心后置处理及仿真技术研究-背景及意义
1.1选题背景及研究意义
1.1.1数控加工仿真技术
在新世纪里，随着当今世界经济一体化、化和贸易自由化的不断发展，世界各 国都在重新审视制造业的生产方式，对制造业的发展提出了更高的要求和新的制约条件。 同时，同行业之间、跨行业之间也在不断的相互渗透，制造业面临着新的发展机遇和挑 战。因此，制造业的经营策略、经营理念也要做出调整，虚拟制造己经成为现代企业适 应市场需求、增强企业核心竞争力的关键性因素。特别是近年来，制造业实现了从卖方 市场到买方市场的巨大转变，产品消费的节奏加快，新产品从开始投放市场到*退出 市场的时间周期由十几年缩短到2-3年，甚至更短[1]。于此同时求新求异的消费心理使 个性化趋势日益增强，批量生产的商品逐步被多样化、个性化的商品所取代，市场动态 多变迫使制造业改变自己的经营策略。即企业必须要以短的上市时间、低的成本、 的质量、的售后服务来满足顾客的多种需求。近十年来，各种*的软、硬件 技术的快速发展以及对系统仿真技术、网络技术、数据库/知识库技术、综合产品设计技 术、智能技术等实用技术的深入研宄，使当今制造业正朝着精密化、柔性化、自动化、 信息化、集成化和智能化的方向发展[2]。仿真技术正是在这些发展趋势下应运而生的， 它的诞生是现代生产力和生产技术发展的必然结果。
1.1.2数控技术及虚拟数控技术
数控加工仿真是在虚拟加工环境中对真实数控加工过程建立的数学模型，它是虚拟 制造的重要组成部分。数控技术是指用数字信号对一台或几台机械设备的运行及其加工 过程进行控制的一门自动化技术，简称nc (numerical control)。数控技术己经问世多 年，它是由多门基础学科组合发展起来的一门综合性的新兴学科。是现代*制造技术 的基础和核心。数控技术的应用不仅给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为 现代工业化的象征，同时对国计民生的一些重要行业，如：汽车、医疗、it、轻工等行 业的发展也起着越来越重要的作用。
虚拟数控技术是指数控机床在虚拟环境中的映射[3]，它集制造技术、计算机辅助制 造(cam)、计算机辅助设计(cad)、机床数控理论和计算机三维建模与仿真技术于一体， 人能够直接感知到计算机构建的虚拟环境以及三维仿真模型，在新方案设计或原有方案 更改时，在真实的数控机床制造活动之前，能够在虚拟环境中进行零件的虚拟数控加工。
虚拟数控技术按考察的不同方式可以分为两种：纯几何仿真(purely geometric simulation)和物理仿真(physical simulation )。
纯几何仿真不考虑切削力、切削参数及其它物理因素的影响，只仿真刀具和工件的 运动，以验证nc程序的正确性。几何仿真根据检验目的的不同又可以分为两种：
(1) 刀具中心的运动轨迹仿真
这种仿真可在后置处理之前进行，主要用于检查工艺过程中刀具形成路径的优化、 加工顺序的合理安排、刀具与被加工工件轮廓的干涉，比如铣削时，刀具半径应小于被 切轮廓的大曲率半径等。若在后置处理后进行，则除了上述作用外，还可以检查数控 程序的正确性，模拟加工的过程，使操作者更为方便地了解和监视加工状况。
(2) 刀具、夹具、工件、机床间的运动干涉(碰撞)仿真
工艺系统由刀具、夹具、工件和机床组成。在加工时，应检查它们之间的干涉(碰撞)。 由于加工是动态过程，刀具、夹具、工件与机床之间的相对位置是不断变化的。工件几 何体从毛坯开始经过各个工序的加工，在尺寸和形状上都会发生巨大变化，因此要进行 动态仿真。这种仿真多采用三维实体模型仿真，并且要在各工艺系统各组成部分均己确 定的情况下进行，难度较大。
物理仿真是将切削整个过程中的各个物理量的变化反映到虚拟制造系统中，要提前 预测刀具振动、磨损，表面粗糙度，切削力以及加工精度等各个因素[4]。物理仿真由于 其建模难度大、切削机理相对复杂、物理量难以把握等原因，研宄还不深入。
1.1.3研究意义
基于ug/post builder开发的v255后置处理器应用于v255五轴数控加工中心生成nc代码的后处理过程。采用后置处理器所生成的nc代码，无需二次处 理，直接在配有hwatec-5mc-1五轴联动开放式数控系统的v255五轴机床上应 用，加工各种复杂曲面零件，从而提高ug/cam自动编程的效率，实现数控加工过程 的自动化。并且在虚拟仿真环境中验证后置处理器生成的nc代码，对五轴加工中心的 仿真环境开发有积极作用。
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1.1.2数控技术及虚拟数控技术
数控加工仿真是在虚拟加工环境中对真实数控加工过程建立的数学模型，它是虚拟 制造的重要组成部分。数控技术是指用数字信号对一台或几台机械设备的运行及其加工 过程进行控制的一门自动化技术，简称nc (numerical control)。数控技术己经问世多 年，它是由多门基础学科组合发展起来的一门综合性的新兴学科。是现代*制造技术 的基础和核心。数控技术的应用不仅给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为 现代工业化的象征，同时对国计民生的一些重要行业，如：汽车、医疗、it、轻工等行 业的发展也起着越来越重要的作用。
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虚拟数控技术按考察的不同方式可以分为两种：纯几何仿真(purely geometric simulation)和物理仿真(physical simulation )。
纯几何仿真不考虑切削力、切削参数及其它物理因素的影响，只仿真刀具和工件的 运动，以验证nc程序的正确性。几何仿真根据检验目的的不同又可以分为两种：
(1) 刀具中心的运动轨迹仿真
这种仿真可在后置处理之前进行，主要用于检查工艺过程中刀具形成路径的优化、 加工顺序的合理安排、刀具与被加工工件轮廓的干涉，比如铣削时，刀具半径应小于被 切轮廓的大曲率半径等。若在后置处理后进行，则除了上述作用外，还可以检查数控 程序的正确性，模拟加工的过程，使操作者更为方便地了解和监视加工状况。
(2) 刀具、夹具、工件、机床间的运动干涉(碰撞)仿真
工艺系统由刀具、夹具、工件和机床组成。在加工时，应检查它们之间的干涉(碰撞)。 由于加工是动态过程，刀具、夹具、工件与机床之间的相对位置是不断变化的。工件几 何体从毛坯开始经过各个工序的加工，在尺寸和形状上都会发生巨大变化，因此要进行 动态仿真。这种仿真多采用三维实体模型仿真，并且要在各工艺系统各组成部分均己确 定的情况下进行，难度较大。
物理仿真是将切削整个过程中的各个物理量的变化反映到虚拟制造系统中，要提前 预测刀具振动、磨损，表面粗糙度，切削力以及加工精度等各个因素[4]。物理仿真由于 其建模难度大、切削机理相对复杂、物理量难以把握等原因，研宄还不深入。
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