【編者按】在數(shù)控刀路的編程之后，為了提前效驗此程序是否能夠準確無誤地運行在機床上，預(yù)先了解和避免刀具同機床及工夾量具的碰撞，一些刀路的仿真技術(shù)和相應(yīng)的軟件，也越來越多地被普遍使用中。這種仿真技術(shù)我們稱之為“幾何仿真”。
近20年以來我國企業(yè)CAX技術(shù)不斷發(fā)展，其中計算機輔助加工（或稱計算機輔助編程）軟件越來越多地進入了各個加工制造企業(yè)，用于代替手工編程，直接驅(qū)動機床數(shù)控系統(tǒng)；對從最簡單的兩軸半到5軸，甚至是更多軸的控制加工，已經(jīng)逐漸不再成為一個技術(shù)難題。同時，在數(shù)控刀路的編程之后，為了提前效驗此程序是否能夠準確無誤地運行在機床上，預(yù)先了解和避免刀具同機床及工夾量具的碰撞，一些刀路的仿真技術(shù)和相應(yīng)的軟件，也越來越多地被普遍使用中。這種仿真技術(shù)我們稱之為“幾何仿真”。
但是現(xiàn)在更多高端的諸如航空航天加工制造企業(yè)的編程工程師們，已經(jīng)不在局限于僅僅得到在電腦的屏幕上看到刀路運行的軌跡，來防止任何有可能出現(xiàn)的干涉和碰撞跡象這一“表面”結(jié)果了。他們開始關(guān)注在一個零件尚未加工之前，從其加工過程中有可能發(fā)生的受力、溫升和變形，從刀具有可能產(chǎn)生振動甚至破損的現(xiàn)象，從機床的振動可能對加工的影響等方面，事先得出一些定性或者定量的分析結(jié)果，來指導(dǎo)和調(diào)整加工的數(shù)控程序，以達到更好的加工表面質(zhì)量、更快的加工效率以及更小的零件變形。總而言之，希望用更強大的仿真技術(shù)手段，得到更優(yōu)質(zhì)的被加工零件，這種仿真技術(shù)被稱之為“物理仿真”。
我們知道，機械零件的加工，被加工材料從彈性變形到塑性變形的物理過程中，會釋放出熱量并產(chǎn)生作用力，這種物理上的變化是無法用肉眼觀察到，因此也無法判斷對被加工零件質(zhì)量產(chǎn)生什么影響。為了得到這些變化的數(shù)據(jù)，以往的一種方法是在機床上各個部位加裝各種傳感器，用來測量出這些數(shù)值（如溫度、受力和振動頻率等），進而“人工”調(diào)整數(shù)控加工工藝和程序，這是一種很好的方法，但是傳感器的安裝是非常精密的工作，稍有偏差將帶來測量數(shù)據(jù)上的不準確性和一定的離散性。
那么如何利用非接觸式的方式以得到（或測量到），并且通過計算機分析的方法來得到數(shù)據(jù)以指導(dǎo)加工過程美國ThirdWaveSystem公司開發(fā)了一款A(yù)dvantEdgeProductionModule的軟件，可以很好解決這個問題。
AdvantEdgeProductionModule（以下簡稱PM）將CAD/CAM、加工動態(tài)仿真技術(shù)以及工件/刀具的物理材料特性集成在一起，在這個被稱之為“將改變游戲規(guī)則”的軟件中對數(shù)控加工程序的切削機理做分析，以達到最大化提升加工性能、縮短加工周期、提高加工質(zhì)量的目的。
客戶在使用這個解決方案時，首先對機床進行設(shè)置，包括數(shù)控系統(tǒng)及代碼形式、是否是5軸加工、坐標(biāo)系統(tǒng)、主軸轉(zhuǎn)速和進給速率、主軸的功率和扭矩等，然后輸入加工刀具，包括刀具類型、幾何尺寸、刀損模型等參數(shù);最后定義或?qū)氡患庸ち慵?，包括零件的尺寸或直接讀入STEP/STL模型、工件的材料等。一旦定義結(jié)束，用戶就可以啟動軟件的分析引擎，在短短幾秒鐘時間內(nèi)，屏幕上就會顯示出針對特定工件加工的分析數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)是以文本或坐標(biāo)圖的形式提交的。在坐標(biāo)圖中，橫軸（X）是此段程序經(jīng)歷的時間，而縱軸（Y）是選擇的不同結(jié)果的體現(xiàn)，例如受力、溫升、功率、主軸或進給速率等。
橫軸為時間，縱軸為切向力，程序運行的時間為486.9s，刀具所承受的最大切向力為416.78N。同時還可以看到，刀具在整個加工過程中的受力是不均勻的，受力小時證明切削力不足，受力大時（尖峰值）有可能會造成刀頭的破損。為了減少刀具破損的可能性，要降低刀具的受力;同時為了提升加工效率，又要加大刀具的受力，我們把刀具的受力范圍限定在某一個范圍，最大值為375N，然后再用PM軟件運行一次上面的分析，便得出優(yōu)化后的結(jié)果。
國內(nèi)某著名航天企業(yè)在使用PM后，通過比較優(yōu)化前后的程序（實際加工），加工時間縮短了20%~25%，加工粗糙度及變形量從優(yōu)化前的0.19mm到優(yōu)化后的0.10mm，達到了原有的優(yōu)化要求。而另一家位于深圳的家電企業(yè)，在使用PM軟件優(yōu)化數(shù)控程序后，其加工時間減少了41.74%，并通過優(yōu)化減少了大量的空走刀。用戶得出的初步結(jié)論是：PM軟件“對大型開槽/腔體及外輪廓多層次銑削有較大改善，對加工軌跡/深度參數(shù)進行調(diào)整，以能達到節(jié)省時間、改善品質(zhì)的效果”。