【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的集成CAD/CAM系統(tǒng)中，信息的共享也只是單向的和單一的。CAM系統(tǒng)不能充分理解和利用CAD系統(tǒng)有關(guān)產(chǎn)品的全部信息，尤其是與加工有關(guān)的特征信息，同樣CAD系統(tǒng)也無(wú)法獲取CAM系統(tǒng)產(chǎn)生的加工數(shù)據(jù)信息。這就給并行工程的實(shí)施帶來(lái)了困難。數(shù)控仿真技術(shù)從工程的角度來(lái)看，仿真就是通過(guò)對(duì)系統(tǒng)模型的實(shí)驗(yàn)去研究一個(gè)已有的或設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)。分析復(fù)雜的動(dòng)態(tài)對(duì)象，仿真是一種有效的方法，可以減少風(fēng)險(xiǎn)，縮短設(shè)計(jì)和制造的周期，并節(jié)約投資。計(jì)算機(jī)仿真就是借助計(jì)算機(jī)，利用系統(tǒng)模型對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的過(guò)程。它隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而迅速地發(fā)展，在仿真中占有越來(lái)越重要的地位。計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程可通過(guò)圖1所示的要素間的三個(gè)基本活動(dòng)來(lái)描述：建?；顒?dòng)是通過(guò)對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的觀測(cè)或檢測(cè)，在忽略次要因素及不可檢測(cè)變量的基礎(chǔ)上，用物理或數(shù)學(xué)的方法進(jìn)行描述，從而獲得實(shí)際系統(tǒng)的簡(jiǎn)化近似模型。這里的模型同實(shí)際系統(tǒng)的功能與參數(shù)之間應(yīng)具有相似性和對(duì)應(yīng)性。仿真模型是對(duì)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（簡(jiǎn)化模型）進(jìn)行一定的算法處理，使其成為合適的形式（如將數(shù)值積分變?yōu)榈\(yùn)算模型）之后，成為能被計(jì)算機(jī)接受的“可計(jì)算模型”。仿真模型對(duì)實(shí)際系統(tǒng)來(lái)講是一個(gè)二次簡(jiǎn)化的模型。仿真實(shí)驗(yàn)是指將系統(tǒng)的仿真模型在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的過(guò)程。仿真是通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究實(shí)際系統(tǒng)的一種技術(shù)，通過(guò)仿真技術(shù)可以弄清系統(tǒng)內(nèi)在結(jié)構(gòu)變量和環(huán)境條件的影響。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大和仿真計(jì)算機(jī)的智能化。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)不僅在傳統(tǒng)的工程技術(shù)領(lǐng)域（航空、航天、化工等方面）繼續(xù)發(fā)展，而且擴(kuò)大到社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生物等許多非工程領(lǐng)域，此外，并行處理、人工智能、知識(shí)庫(kù)和專家系統(tǒng)等技術(shù)的發(fā)展正影響著仿真計(jì)算機(jī)的發(fā)展。數(shù)控加工仿真利用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬實(shí)際的加工過(guò)程，是驗(yàn)證數(shù)控加工程序的可靠性和預(yù)測(cè)切削過(guò)程的有力工具，以減少工件的試切，提高生產(chǎn)效率。數(shù)控機(jī)床加工零件是靠數(shù)控指令程序控制完成的。為確保數(shù)控程序的正確性，防止加工過(guò)程中干涉和碰撞的發(fā)生，在實(shí)際生產(chǎn)中，常采用試切的方法進(jìn)行檢驗(yàn)。但這種方法費(fèi)工費(fèi)料，代價(jià)昂貴，使生產(chǎn)成本上升，增加了產(chǎn)品加工時(shí)間和生產(chǎn)周期。后來(lái)又采用軌跡顯示法，即以劃針或筆代替刀具，以著色板或紙代替工件來(lái)仿真刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的二維圖形（也可以顯示二維半的加工軌跡），有相當(dāng)大的局限性。對(duì)于工件的三維和多維加工，也有用易切削的材料代替工件（如，石蠟、木料、改性樹(shù)脂和塑料等）來(lái)檢驗(yàn)加工的切削軌跡。但是，試切要占用數(shù)控機(jī)床和加工現(xiàn)場(chǎng)。為此，人們一直在研究能逐步代替試切的計(jì)算機(jī)仿真方法，并在試切環(huán)境的模型化、仿真計(jì)算和圖形顯示等方面取得了重要的進(jìn)展，目前正向提高模型的精確度、仿真計(jì)算實(shí)時(shí)化和改善圖形顯示的真實(shí)感等方向發(fā)展。從試切環(huán)境的模型特點(diǎn)來(lái)看，目前NC切削過(guò)程仿真分幾何仿真和力學(xué)仿真兩個(gè)方面。幾何仿真不考慮切削參數(shù)、切削力及其它物理因素的影響，只仿真刀具工件幾何體的運(yùn)動(dòng)，以驗(yàn)證NC程序的正確性。它可以減少或消除因程序錯(cuò)誤而導(dǎo)致的機(jī)床損傷、夾具破壞或刀具折斷、零件報(bào)廢等問(wèn)題；同時(shí)可以減少?gòu)漠a(chǎn)品設(shè)計(jì)到制造的時(shí)間，降低生產(chǎn)成本。切削過(guò)程的力學(xué)仿真屬于物理仿真范疇，它通過(guò)仿真切削過(guò)程的動(dòng)態(tài)力學(xué)特性來(lái)預(yù)測(cè)刀具破損、刀具振動(dòng)、控制切削參數(shù)，從而達(dá)到優(yōu)化切削過(guò)程的目的。幾何仿真技術(shù)的發(fā)展是隨著幾何建模技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的，包括定性圖形顯示和定量干涉驗(yàn)證兩方面。目前常用的方法有直接實(shí)體造型法，基于圖像空間的方法和離散矢量求交法。這種方法是指工件體與刀具運(yùn)動(dòng)所形成的包絡(luò)體進(jìn)行實(shí)體布爾差運(yùn)算，工件體的三維模型隨著切削過(guò)程被不斷更新。Sungurtekin和Velcker開(kāi)發(fā)了一個(gè)銑床的模擬系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用CSG法來(lái)記錄毛坯的三維模型，利用一些基本圖元如長(zhǎng)方體、圓柱體、圓錐體等，和集合運(yùn)算，特別是并運(yùn)算，將毛坯和一系列刀具掃描過(guò)的區(qū)域記錄下來(lái)，然后應(yīng)用集合差運(yùn)算從毛坯中順序除去掃描過(guò)的區(qū)域。所謂被掃過(guò)的區(qū)域是指切削刀具沿某一軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)所走過(guò)的區(qū)域。在掃描了每段NC代碼后顯示變化了的毛坯形狀。Kawashima等的接合樹(shù)法將毛坯和切削區(qū)域用接合樹(shù)（graftree）表示，即除了空和滿兩種結(jié)點(diǎn)，邊界結(jié)點(diǎn)也作為八*樹(shù)（octtree）的葉結(jié)點(diǎn)，接合樹(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖2。邊界結(jié)點(diǎn)包含半空間，結(jié)點(diǎn)物體利用在這些半空間上的CSG操作來(lái)表示。接合樹(shù)細(xì)分的層次由邊界結(jié)點(diǎn)允許的半空間個(gè)數(shù)決定。逐步的切削仿真利用毛坯和切削區(qū)域的差運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)。毛坯的顯示采用了深度緩沖區(qū)算法，將毛坯劃分為多邊形實(shí)現(xiàn)毛坯的可視化。用基于實(shí)體造型的方法實(shí)現(xiàn)連續(xù)更新的毛坯的實(shí)時(shí)可視化，耗時(shí)太長(zhǎng)，于是一些基于觀察的方法被提出來(lái)。這種方法用圖像空間的消隱算法來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)體布爾運(yùn)算。Van Hook采用圖象空間離散法實(shí)現(xiàn)了加工過(guò)程的動(dòng)態(tài)圖形仿真。他使用類似圖形消隱的z_buffer思想，沿視線方向?qū)⒚骱偷毒唠x散，在每個(gè)屏幕象素上毛坯和刀具表示為沿z軸的一個(gè)長(zhǎng)方體，稱為Dexel結(jié)構(gòu)。刀具切削毛坯的過(guò)程簡(jiǎn)化為沿視線方向上的一維布爾運(yùn)算，見(jiàn)圖3，切削過(guò)程就變成兩者Dexel結(jié)構(gòu)的比較：CASE 1：只有毛坯，顯示毛坯，break；CASE 2：毛坯完全在刀具之后，顯示刀具，break；CASE 3：刀具切削毛坯前部，更新毛坯的dexel結(jié)構(gòu)，顯示刀具，break；CASE 4：刀具切削毛坯內(nèi)部，刪除毛坯的dexel結(jié)構(gòu)，顯示刀具，break；CASE 5：刀具切削毛坯內(nèi)部，創(chuàng)建新的毛坯dexel結(jié)構(gòu)，顯示毛坯，break；CASE 6：刀具切削毛坯后部，更新毛坯的dexel結(jié)構(gòu)，顯示毛坯，break；CASE 7：刀具完全在毛坯之后，顯示毛坯，break；CASE 8：只有刀具，顯示刀具，break。這種方法將實(shí)體布爾運(yùn)算和圖