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[摘 要]随着工业时代化的快速发展革新，机械制造业得到了巨大的变化，机械加工作为制造业的重要部分得到广泛应用，机械加工前期的虚拟试验技术备受重视。机械模拟加工技术的成功开发和研制，实现了机械产品从开发、制造到装配整体产品的优化，提高了机械加工效率。为了进一步推动机械模拟加工技术使用与普及，在进行机械加工时要采取严格的控制措施，本文针对机械加工虚拟试验技术进行了简要分析，充分解读虚拟试验技术在机械加工过程中的重要性。保证加工成品质量，确保产品达到最佳性能标准。
[关键词]虚拟加工技术；机械加工；机械工程；计算机
中图分类号：TP391.9文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）21-0113-01
在制造业加速发展的今天，企业为了适应不断变化的市场要求，机械加工制造产品必须具有高度的柔性及较高的技术含量。只有这样，才能做到对市场需求的变化做出快速反应、缩短新产品开发生产周期、提高新产品开发生产的技术水平和质量，进而有效降低新产品开发与生产的成本，提高制造企业的经济效益。现今，机械模拟加工技术广泛应用后，相关的信息技术、仿真技术、虚拟现实技术等为支持，极大地推动了机械加工技术的发展，保证了新产品设计趋于完善合理，在机械制造企业中的地位越来越重要。
1 虚拟机械加工技术在计算机技术发展背景下的进步
近几年来，随着科学技术水平的不断升级进步，计算机可视技术和动画技术的发展速度的加快，机械虚拟加工技术的应用得到了大幅度提高，已经大大超越了以前机械产品开发技术。
在制造设计领域范围内，虚拟机械加工技术仍然是一门新的设计方法和技术，它涉及多种学科大体包括科软件工程、动力学和数值分析等，自然虚拟试验系统的构建也就极其复杂与繁琐。虚拟机械加工技术首先利用软件工具建立机械系统的三维实体模型和多体力学模型，其次为物理样机的设计和制造提供参数依据负责，就要分析和评估机械新产品系统的性能，从而，有效优化产品的设计工艺和流程。因此，我们说，虚拟机械加工技术是一项新的工程技术。通过它，设计人员可以在计算机上建立和处理机械系统的三维可视化模型，模拟在现实环境下系统的运动和动力特性，并根据仿真结果细化和优化系统的设计与过程，得到最佳的机械产品加工方法。
计算机辅助技术（如：CAD等）不断成熟更为虚拟机械加工技术提供了有力的技术支持和环境，有力的提高了虚拟机械加工技术的水平。我们从以下几个方面可以了解到：
1）复杂繁琐的绘图工作，由计算机取代，操作员只需要会用软件即可，这样设计师将精力集中于机械新产品设计方面，有助于设计师更加关注于设计的正确和优化问题。
2）利用计算机软件建造出的三维造型技术应用在机械系统中，使虚拟模型的描述简单与形象化。
3）虚拟技术最强大的优势就是可以无限次的修改。使得机械产品设计的快速修改成为可能。通过虚拟机械加工技术，科学评价机械产品及零部件的可加工性、程序的正确性，省略了传统产品开发中的试切削的工序。因为虚拟机械加工技术仿真了新产品开发设计的全程，能够正确预测产品工具的破损、磨损等情况，正确了解加工过程中各项参数的变化对加工产品表面的影响，进一步加快了加工过程智能化的实现创造了有力条件。
4）可以预先设计多种方案，能够进行多方案对比，优中选优确定最佳方案，多方意见的参与设计，会使得新产品更加科学化与合理化。
2 虚拟试验技术在机械加工全部过程中的成功应用
机械加工就是对工件的外形、尺寸、性能进行改变的一个过程。机械加工工艺路线制定，要拟定加工机械零部件的工艺路线、确定每一道工序的工序尺寸，所用设备等具体情况这两个步骤共同组成了机械加工工艺规程的制定。制定工艺路线一般应遵循以下几个原则：基准面优先加工，对加工过程划分阶段，先加工平面后加工孔以保证平面和孔的位置精度。另外还需遵循的原则还有精粗加工分开进行，合理选择机械设备以及合理安排热处理工序的时间等。拟定机械加工的工艺路线、确定每一道工序的工序尺寸，所用设备等具体情况这两个步骤共同组成了机械加工工艺规程的制定。在这个过程中，虚拟试验技术的应用主要体现在两个方面：
首先是几何仿真方面，通过虚拟试验技术仿真机械产品几何图形优化参数的方法有效消除人工加工选择参数的各种弊端，由于虚拟试验技术通过数控加工仿真系统模拟实际加工过程来获取实际加工的最优参数，使得参数的优化结果更加与实际加工情况相符合。虚拟试验仿真技术以加工时间为优化目标，以最大切削力作为主要约束建立了数学模型，然后利用合适的寻优算法为外形及尺寸的加工工序选择固定的最佳参数。具体到机械加工实际过程中，利用模拟试验技术优化切削加工参数的问题应当按照以下内容来操作。切削加工尺寸、外形方面，基于虚拟试验技术建立的数学模型，能够有效检测和辨识机械工艺系统的运动误差和切削力变形误差。它的应用，完全实现了虚拟数控切削加工精度的在线预测，有效验证了机械尺寸与外形加工参数的正确性。
其次是物理仿真方面为了使机械产品的性能达到要求，通常需要对产品原材料进行热加工处理。利用数值模拟或物理模拟方法，对材料成形过程进行动态仿真，预测不同条件下成形材料的组织、性能及质量，进而实现热成形件质量与性能的优化设计。由于机械加工过程中对物理方面因素进行有效预测与分析是一件非常重要的事情，机械加工的工艺系统包括机床、工件、工具和夹具，在使用这些工具的过程中，往往会由于夹紧力、切削力以及重力作用影响，使工艺系统发生变形。变形一旦发生，就会使原本处于静态几何关系发生改变，进而影响零件的精度。要想将此种误差影响减至最低，就需要尽可能的将工艺系统受力变形降到最低。所以世界各国均对此展开了大力研究与探索，出现了各种物理仿真模拟方法。当前，以有限元技术为核心的切削仿真模拟经过大量研究后彰显出了非常可观的发展前景与应用价值。它的应用，有效地将机械加工切削的虚拟过程展现在人们面前，实现了对实际切削工艺效果的预测和优化，有效降低了开发阶段的试验次数，减少了开发与设计的成本投入。
3 结语
本文以虚拟现实技术为开发平台，构建了具有实时性、动态性、交互性的机械加工虚拟实验系统，模拟了机床的加工操作过程。为了有效减少传统机械产品加工方式的弊端，使产品设计的合理性、可加工性和加工方法滿足产品开发生命周期与生产效率的发展要求，利用现代化的虚拟机械加工技术提高开发与设计技术水平、保证工艺参数选用的科学性已经成为机械加工的必然发展趋势。而虚拟试验技术在机械加工过程中的应用范围必将更加广泛，必将进一步推动数控机械加工技术的全面进步与发展。
参考文献
[1] 陈杰来.机械加工过程中神经网络最优自适能力的控制研究[J].制造业自动化，2012.
[2] 李其钒，潘燕，钱红.基于制造成本最低的机械加工系统可靠度分配方案研究[J].煤矿机械，2012.
[3] 康政.影响机械加工质量因素的控制[J].科技传播，2012.
[4] 邱纪龙.机械零件设计方法及策略[J].电子制作，2013.
[关键词]虚拟加工技术；机械加工；机械工程；计算机
中图分类号：TP391.9文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）21-0113-01
在制造业加速发展的今天，企业为了适应不断变化的市场要求，机械加工制造产品必须具有高度的柔性及较高的技术含量。只有这样，才能做到对市场需求的变化做出快速反应、缩短新产品开发生产周期、提高新产品开发生产的技术水平和质量，进而有效降低新产品开发与生产的成本，提高制造企业的经济效益。现今，机械模拟加工技术广泛应用后，相关的信息技术、仿真技术、虚拟现实技术等为支持，极大地推动了机械加工技术的发展，保证了新产品设计趋于完善合理，在机械制造企业中的地位越来越重要。
1 虚拟机械加工技术在计算机技术发展背景下的进步
近几年来，随着科学技术水平的不断升级进步，计算机可视技术和动画技术的发展速度的加快，机械虚拟加工技术的应用得到了大幅度提高，已经大大超越了以前机械产品开发技术。
在制造设计领域范围内，虚拟机械加工技术仍然是一门新的设计方法和技术，它涉及多种学科大体包括科软件工程、动力学和数值分析等，自然虚拟试验系统的构建也就极其复杂与繁琐。虚拟机械加工技术首先利用软件工具建立机械系统的三维实体模型和多体力学模型，其次为物理样机的设计和制造提供参数依据负责，就要分析和评估机械新产品系统的性能，从而，有效优化产品的设计工艺和流程。因此，我们说，虚拟机械加工技术是一项新的工程技术。通过它，设计人员可以在计算机上建立和处理机械系统的三维可视化模型，模拟在现实环境下系统的运动和动力特性，并根据仿真结果细化和优化系统的设计与过程，得到最佳的机械产品加工方法。
计算机辅助技术（如：CAD等）不断成熟更为虚拟机械加工技术提供了有力的技术支持和环境，有力的提高了虚拟机械加工技术的水平。我们从以下几个方面可以了解到：
1）复杂繁琐的绘图工作，由计算机取代，操作员只需要会用软件即可，这样设计师将精力集中于机械新产品设计方面，有助于设计师更加关注于设计的正确和优化问题。
2）利用计算机软件建造出的三维造型技术应用在机械系统中，使虚拟模型的描述简单与形象化。
3）虚拟技术最强大的优势就是可以无限次的修改。使得机械产品设计的快速修改成为可能。通过虚拟机械加工技术，科学评价机械产品及零部件的可加工性、程序的正确性，省略了传统产品开发中的试切削的工序。因为虚拟机械加工技术仿真了新产品开发设计的全程，能够正确预测产品工具的破损、磨损等情况，正确了解加工过程中各项参数的变化对加工产品表面的影响，进一步加快了加工过程智能化的实现创造了有力条件。
4）可以预先设计多种方案，能够进行多方案对比，优中选优确定最佳方案，多方意见的参与设计，会使得新产品更加科学化与合理化。
2 虚拟试验技术在机械加工全部过程中的成功应用
机械加工就是对工件的外形、尺寸、性能进行改变的一个过程。机械加工工艺路线制定，要拟定加工机械零部件的工艺路线、确定每一道工序的工序尺寸，所用设备等具体情况这两个步骤共同组成了机械加工工艺规程的制定。制定工艺路线一般应遵循以下几个原则：基准面优先加工，对加工过程划分阶段，先加工平面后加工孔以保证平面和孔的位置精度。另外还需遵循的原则还有精粗加工分开进行，合理选择机械设备以及合理安排热处理工序的时间等。拟定机械加工的工艺路线、确定每一道工序的工序尺寸，所用设备等具体情况这两个步骤共同组成了机械加工工艺规程的制定。在这个过程中，虚拟试验技术的应用主要体现在两个方面：
首先是几何仿真方面，通过虚拟试验技术仿真机械产品几何图形优化参数的方法有效消除人工加工选择参数的各种弊端，由于虚拟试验技术通过数控加工仿真系统模拟实际加工过程来获取实际加工的最优参数，使得参数的优化结果更加与实际加工情况相符合。虚拟试验仿真技术以加工时间为优化目标，以最大切削力作为主要约束建立了数学模型，然后利用合适的寻优算法为外形及尺寸的加工工序选择固定的最佳参数。具体到机械加工实际过程中，利用模拟试验技术优化切削加工参数的问题应当按照以下内容来操作。切削加工尺寸、外形方面，基于虚拟试验技术建立的数学模型，能够有效检测和辨识机械工艺系统的运动误差和切削力变形误差。它的应用，完全实现了虚拟数控切削加工精度的在线预测，有效验证了机械尺寸与外形加工参数的正确性。
其次是物理仿真方面为了使机械产品的性能达到要求，通常需要对产品原材料进行热加工处理。利用数值模拟或物理模拟方法，对材料成形过程进行动态仿真，预测不同条件下成形材料的组织、性能及质量，进而实现热成形件质量与性能的优化设计。由于机械加工过程中对物理方面因素进行有效预测与分析是一件非常重要的事情，机械加工的工艺系统包括机床、工件、工具和夹具，在使用这些工具的过程中，往往会由于夹紧力、切削力以及重力作用影响，使工艺系统发生变形。变形一旦发生，就会使原本处于静态几何关系发生改变，进而影响零件的精度。要想将此种误差影响减至最低，就需要尽可能的将工艺系统受力变形降到最低。所以世界各国均对此展开了大力研究与探索，出现了各种物理仿真模拟方法。当前，以有限元技术为核心的切削仿真模拟经过大量研究后彰显出了非常可观的发展前景与应用价值。它的应用，有效地将机械加工切削的虚拟过程展现在人们面前，实现了对实际切削工艺效果的预测和优化，有效降低了开发阶段的试验次数，减少了开发与设计的成本投入。
3 结语
本文以虚拟现实技术为开发平台，构建了具有实时性、动态性、交互性的机械加工虚拟实验系统，模拟了机床的加工操作过程。为了有效减少传统机械产品加工方式的弊端，使产品设计的合理性、可加工性和加工方法滿足产品开发生命周期与生产效率的发展要求，利用现代化的虚拟机械加工技术提高开发与设计技术水平、保证工艺参数选用的科学性已经成为机械加工的必然发展趋势。而虚拟试验技术在机械加工过程中的应用范围必将更加广泛，必将进一步推动数控机械加工技术的全面进步与发展。
参考文献
[1] 陈杰来.机械加工过程中神经网络最优自适能力的控制研究[J].制造业自动化，2012.
[2] 李其钒，潘燕，钱红.基于制造成本最低的机械加工系统可靠度分配方案研究[J].煤矿机械，2012.
[3] 康政.影响机械加工质量因素的控制[J].科技传播，2012.
[4] 邱纪龙.机械零件设计方法及策略[J].电子制作，2013.