虚拟数控车削物理仿真系统的研究与开发 黄雪梅 赵明扬* 王启义** 东北大学机械学院中科院沈阳自动化研究所*大连铁道学院**摘要 虚拟加工过程仿真是虚拟制造的底层关键技术。本文面向数控车削，开发了一套动态车削物理仿真系统，提出了仿真系统的总体框架，建立了动态物理仿真模型及相关子模型，分析了动态车削过程的影响因素，阐述了系统开发过程中有关模型构成及工件数据描述等技术性问题。关键词 虚拟制造，虚拟加工过程仿真，物理仿真中图分类号： TH1661 前言 虚拟加工过程仿真是虚拟制造的底层关键技术，包括几何仿真和物理仿真两大部分。目前几何仿真方面的研究理论比较全面和深入，出现 UG、Pro/ENGINEER、MasterCAM 等成熟的商业软件。而物理仿真由于其切削机理复杂、建模难度大等客观原因，研究还不够深入。但对切削过程物理方面因素的分析与预测在虚拟制造研究中具有重要意义，国内外已经对其加以重视并开展了研究工作。美国国家自然科学基金会 [1]资助伊利诺依大学、西北大学、普渡大学联合进行机械加工过程模型的研究，研究内容包括车、铣、钻等加工型式，涉及到有关切削力、振动、切屑形成、工件表面质量等诸多方面。国内也有研究者[2][3]致力于面向加工质量分析与预测的加工过程物理仿真单元及系统的研究与开发。本文面向数控车削加工过程，建立了车削加工过程物理仿真系统，就系统的体系结构、系统开发等技术问题加以研究。2 车削物理仿真模型的体系结构2.1 仿真系统的构成 车削加工过程是由机床—工件—刀具构成、涉及到多种影响因素的综合系统，在加工过程中还会受到各种随机干扰，在建模时综合考虑了各种因素，围绕被切削材料的微观硬度变化，将其作为物理仿真系统的主干扰因素，建立了工件微观硬度—瞬时切削力—相对振动—工件表面粗糙度的虚拟数控车削加工物理仿真主干模型，总体结构如图 1： 图 1 车削加工物理仿真系统的总体结构______________________________________________________________________________________ 切削负荷工件硬度变化物理仿真模型动态切削力随机振动工件表面粗糙度 刀具模型国家自然科学基金项目（59775077）和国家 863/CIMS 主题项目（863-511-943-011）资助2.2 切削力模型 在正常的车削加工过程中，车刀一直未脱离工件，此时切削力与瞬间的切削面积成正比 ，因此能够引起瞬时切削面积变化的因素都将会造成切削力的改变，这些因素包括被切削材料的物理性能即工件的微...
