探机械加工虚拟实验技术
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摘要：基于持续改革与发展的工业形势下，机械制造业获得了非常大的改变，作为制造业关键部分的机械加工获得了普遍地应用，人们也非常注重机械加工虚拟实验技术的应用。成功地开发与研制机械加工虚拟实验技术，能够优化机械产品的开发、制造、装配等，从而实现机械加工效率的提升。为此，本文分析了机械加工虚拟实验技术及其应用问题。
关键词：机械加工;虚拟;实验技术;应用
在加速发展的制造业的当今形势下，企业为了跟持续改变的市场需要相符合，加工制造的机械产品务必具备较高的技术水平与柔性。只有如此，才可以迅速地反应市场改变的需求、实现开发和生产新产品周期的缩短、提升开发新产品的质量，从而实现开发和生产费用的减少，最终实现理想的效益。当今，随着普遍应用机械加工虚拟实验技术以及应用辅助的虚拟现实技术、仿真技术、信息技术，促进了机械加工技术的进步，能够确保设计的新产品合理化，在机械制造业中体现日益关键的作用。
一、机械加工虚拟实验技术概述
機械加工虚拟实验技术通过相关的软件构建多体力学和三维实体的机械系统模型，进而对机械新产品的性能进行评价和分析，最终提供设计以及制作物理样机的根据，这是对设计和制造工艺过程的优化。机械加工虚拟实验技术有着传统方式难以企及的巨大作用与优势。一是CAD软件设计中的三维几何造型技术通过计算机完成复杂的绘图过程，这让设计者在设计机械新产品上具备更多的时间与精力，从而有利于设计者重视优化与正确设计产品的现象。二是通过三维造型技术构建的虚拟化模型能够更加形象和简单地描述机械系统。三是修改技术（虚拟技术中具备的一种技术）能够迅速地修改设计的机械产品。机械虚拟加工实验技术的应用可以对机械零件的可加工性进行合理地评估，以及检验NC程序的准确性，这使传统的开发产品过程中试切省去。这是由于机械加工虚拟实验技术对设计、开发产品的全程进行了仿真，可以对刀具的磨损、破损等现象进行预测，以及对改变的材料参数、加工参数等影响到的加工表面问题进行把握，这有助于智能化地进行加工。四是可以比较各种方案，进而选用最为理想的方案，从而尤为合理、科学地设计新的产品。
二、机械加工中虚拟实验技术的应用
机械加工的过程是改变工件性能、大小、外形的过程，应用虚拟实验技术重点涵盖两点：即几何仿真与物理仿真。
（一）几何仿真
（1）参数方法的优化及其应用
为了对人工选用参数的一系列不足之处予以消除，结合机械加工虚拟实验技术仿真机械产品的几何图形，在参数优化的基础上会变得十分省力、省时、省工，这是由于机械加工虚拟实验技术结合数控加工仿真系统对真实的制造过程进行仿真，从而使最为理想的参数获得，最终确保优化的参数符合实际加工的参数。虚拟实验仿真技术通过最大切削力的制约、加工时间的完善作为目标建构数学模型，再结合适宜的寻优算法给部件的大小、外形等加工环节选用适宜的最为理想的参数。在实际加工机械产品的时候，结合机械加工虚拟实验技术需要根据下面几点操作切削加工参数的优化问题。一是通过机械加工虚拟实验技术建构多目标的数控加工、切削优化模型。二是通过加工仿真技术方式得到切削的宽度以及深度，且通过它对区间予以划分。三是组合全部区间的刀具为一个加工组合段，且建构优化的数学模型。四是通过遗传算法优化所有加工组的参数。五是通过NC（自动修改程序）对优化参数的结论进行检验。
（2）应用于切削加工的外形和大小上
立足于虚拟实验技术建构的数学模式可以对机械工艺系统的切削力变形、运动误差等进行识别和检验。并且，能够真正地在线预测虚拟数控切削加工的精确性，这确保了加工的机械外形、大小等参数的准确性。鉴于此，结合虚拟实验技术建构的仿真系统最大程度地防止了加工中存在的大小、外形上的误差，且实现了传统加工环节中设备检测的简化，从而使加工机械的安全系数、经济效益提升。
（二）物理仿真
为了确保机械产品的性能达标，一般应热处理产品的原料。通过物理模拟或者是数值模拟的手段仿真材料成形的整个过程，以及预测各种环境下形成材料的质量、特性、组织等，从而优化设计热成形的性能和质量。因为加工机械中有效地分析和预测物理因素十分关键，机械加工的工艺过程涵盖夹具、工件、机床、工具等，在对其进行应用的时候，常常会因为受到重力、切削力、夹紧力的制约，工艺系统的变形情况会出现。如果出现变形，那么会改变固有的静态几何关系，从而对零部件的精确性形成不利影响作用。想要尽最大程度地控制如此的误差现象，应尽量地减小工艺系统的变形情况。目前形势下，应用紧紧围绕有限元技术的切削仿真模拟具备十分大的应用价值与发展前景，其可以在人们跟前呈现切削加工机械的整个虚拟化过程，从而能够预测与优化切削的工艺效果，这使开发时期的实验次数减少，以及大大地降低了投入设计与开发的费用量。
结语：
总而言之，为了实现机械加工产品方式不足之处的完善，确保设计产品的可加工性、科学性、合理性，以及提高生产效率与实现开发产品生命周期的需要，可以应用机械加工虚拟实验技术来设计与开发机械产品，确保选用工艺参数的合理化、开发与设计产品技术能力的提升，这在将来是机械加工的一种发展方向和趋势。
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作者简介：
张刚（1971-），辽宁营口人，男，硕士研究生 ，高级工程师，研究方向：机械制造及设备专业。
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