数控虚拟技术的发展前景
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作者: 户凤荣
摘要：虚拟制造是实际制造过程在计算机上的一种虚拟。它是一个发展的概念。
Abstract： virtual manufacturing is the actual manufacturing process on a computer in a virtual. It is a developing concept.
关键词：虚拟技术 数控加工技术
Key words：virtual technology of NC Machining Technology
随着现代科学技术的发展，特别是微电子技术、计算机技术的迅猛发展，机械制造工业已经发生了并且还在继续发生着极为深刻的变化。随着数控技术的推广及数控机床的出现，使机械制造业有了突飞猛进的发展，不仅提高了机械加工生产率，而且也保证了产品质量、降低了生产成本。
由于数控机床是通过数控程序完成加工循环的，无需人工操作，调整方便，适应灵活多变的产品，使得中小批生产自动化成为可能。数控机床和自动换刀的各种加工中心已经成为当今机床的发展趋势。数控加工技术是一个国家繁荣昌盛的技术基础之一。
虚拟制造技术是20世纪80年代提出的新概念，它是制造科学自身发展的必然，也是在激烈得市场竞争环境下产生的应对措施之一，同时虚拟制造技术也是信息技术与制造科学相结合的产物。随着制造业技术、计算机技术、网络技术等的不断发展，虚拟制造技术已经在工业应用、学术研究及软件支持方面取得了显著的成果。
1.1数控加工技术
1.1.1数控加工技术的现状与发展
数控技术具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化和智能化起着举足轻重的作用。
数控技术是制造自动化的基础，是现代制造装备的灵魂核心，是国家工业和国防工业现代化的重要手段，关系到国家战略地位，体现国家综合国力水平，其水平的高低和数控装备拥有量的多少是衡量一个国家工业现代化的重要标志，数控加工技术是国民经济各部门发展的重要技术支撑数控加工技术是直接创造社会财富的重要手段，是一个国家经济发展的重要技术支撑，是发展各支柱产业及国民经济各部门的关键技术。数控加工技术水平的高低，可直接影响国民经济的发展。我国工业总产值和出口总额的25％左右时几点产品，只有掌握数控加工技术，才能制造出先进的机电产品，才能不断更新装备，推广至国民经济各个部门。
1.1.2数控加工技术的特点及运用
数控设备在各行各业中得以日益广泛应用和迅速发展的主要原因，是数控设备具有如下特点：
1、 加工过程的柔性好，广泛的实用性
适宜多品种、单件小批生产，便于产品的开发研制，缩短了生产准备周期，节省了大量工艺装备和费用。
2、 加工精度高，质量稳定
数控加工设备制造精度高、刚性好、脉冲当量小、工序集中、减小了多次装夹对加工精度的影响等。
3、 生产率高
产品的生产时间主要包括工艺时间和辅助时间，数控设备可有效地减少这两部分时间，明显地提高了生产效率。
数控机床能自动进行连续加工，直至加工结束，可在恶劣的环境下自动进行工作，从而降低了工人的劳动强度，并极大的改善了劳动条件。
4、 便于实现计算机集成制造，有利于生产管理
数控机床的加工可预先精确估计加工时间，所使用的刀具，夹具可进行规范化、现代化管理。易于实现加工信息的标准化，是现代集成制造的基础。
1.2虚拟加工概述
1.2.1虚拟加工技术简介
在新世纪里，随着当今世界经济全球化、一体化和贸易自由化趋势的不断发展，以及对资源和环境的高度重视，世界各国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、跨行业之间的相互渗透，相互竞争也日益激烈，21世纪的制造业面临着新的历史性发展机遇和严峻的挑战。因此，制造业的经营策略、经营理念也不得不加以调整，TQCS成为现代企业适应市场需求、增强自身竞争力的关键因素。
1.2.2虚拟加工技术的特点与分类
1、虚拟加工技术的特点
（1）无须制造实物样机就可以预测产品性能，节约制造成本，缩短产品开发周期。
（2）产品开发中可以及早发现问题，实现及时的反馈和更正。
（3）以软件模拟形式进行产品开发。
（4）企业管理模式基于Intranet或Internet,整个制造活动具有高度的并行性。
2、虚拟制造的种类
广义的制造过程不仅包括了产品的设计加工、装配，还包含了对企业生产活动的组织与控制。从这个观点出发，可以把虚拟制造划分为三类：以设计为中心的虚拟制造、以生产为中心的虚拟制造和以控制为中心的虚拟制造。
（1）以设计为中心的虚拟制造
以设计为中心的虚拟制造强调以统一制造信息模型为基础，对数字化产品模型进行仿真与分析、优化，进行产品的结构性能、运动学、动力学、热力学方面的分析和可装配性分析，以获得对产品的设计评估与性能预测结果。
（2）以生产为中心的虚拟制造
以生产为中心的虚拟制造是在企业资源的约束条件下，对企业的生产过程进行仿真，对不同的加工过程及其组合进行优化。它对产品的“可生产性”进行分析与评价，对制造资源和环境进行优化组合，通过提供精确的生产成本信息对生产计划与调度进行合理化决策。
（3）以控制为中心的虚拟制造
以控制为中心的虚拟制造是将仿真技术引入控制模型，提供模拟实际生产过程的虚拟环境，使企业在考虑车间控制行为的基础上对制造过程进行优化控制。
虚拟制造实际上是一种计算机科学技术，以信息技术、仿真技术、虚拟现实技术为支柱，在产品设计或制造系统的物理实现之前，就能使人体会到或感觉到未来产品的性能或者制造系统的状态，从而可以做出前瞻性的决策与优化实施方案。从本质上讲虚拟制造技术是对真实制造过程的动态模拟、仿真，是在计算机上制造数字化产品，经过模拟仿真对产品外形设计、布局设计、加工及装配过程达到优化产品的设计及工艺过程、优化制造环境配置和生产供给计划、优化制造过程并改进制造系统的目的，用来改善各个层次的决策和控制。虚拟制造从根本上改变了设计、试制、修改设计、规模生产的传统制造模式。在产品真正制出之前，在虚拟制造环境中生成软产品原型代替传统的硬样品进行试验，对其性能和可制造性进行预测和评价，从而缩短产品的设计与制造周期，降低产品的开发成本，提高系统快速响应市场变化的能力。
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