薄壁件数控加工物理仿真研究现状与发展趋势

沈琦萍

（南通职业大学，江苏南通 226000）

关键字：薄璧件；数控加工；物理仿真

针对薄壁件的数控加工技术一直以来是数控加工技术的难点和重点，薄壁零件在加工中特别容易受到物理因素的干扰导致加工失败，用物理仿真技术来模拟加工过程，可以防患于未然。因此在薄璧件数控加工领域里，运用了最新的物理仿真技术来更好的调控产品的生产过程。通过物理仿真技术可以有效的模拟产品生产过程中可能产生的一系列问题，帮助工程师们进行合理的产品优化，有效的提升产品的合格率，从而不断提升产品的质量。

1 薄璧件数控加工中存在的问题

工业品的加工是造就一个高质量工业品的重要环节之一。尤其是薄壁件零件的加工制造，由于薄壁件的特殊结构，一般具有物质的强度较高、质量较轻盈、支撑承压能力很强的优点。在很多建筑领域或者铁路交通领域，一个高质量的薄壁件往往发挥着至关重要的作用。因此薄壁件的数控加工好坏便成了能否造就一个高质量薄壁件的关键环节之一。但是针对于薄壁件的数控加工过程，存在着很多问题。因为薄壁件轻盈的特性，在加工的过程中常常出现数控机床抓取零件容易偏离操作位置的问题，这种零件位置的误差或者零件轻微的震动都可能导致加工结果的失败。此外零件的薄壁有可能因为数控机床的抓取发生轻微形变。

因此为了提前预知在加工中薄壁零件可能发生的各种问题，物理仿真技术被应用进来。物理仿真技术通过提前模拟薄壁零件的加工过程来提前预知加工的问题，这种技术能够让人们在最大程度上节省零件制作的成本，提高产品的合格率，实现经济效益的最大化。在薄壁件加工中应用的物理仿真技术可以说就是虚拟的数控技术，通过这种技术可以精准模拟数字化控制下零件实际加工的过程，这样可以分析出多重因素对于加工过程的影响，比如切削的摩擦系数、切削的力度、切削的热度等对加工过程产生影响的因素。通过提前虚拟来预判这些因素在实际的加工过程中对产品影响的大小和最终的效果，通过最后的程序化处理，来合理的判断当前的数控加工过程存在的不足之处。

2 物理仿真技术主要的关键点以及在薄璧数控加工过程中的应用

下面将详细的解释物理仿真技术在数控加工过程中的一些关键的技术点以及薄壁件在数控加工中的实践应用。

2.1 加工过程的刀具变化传感技术

在现实的薄壁件加工过程中，由于薄壁件的自身物理特性比较敏感，因此在整个过程中，作用于薄壁件的刀具尖锐程度和磨损程度就显得尤为重要。早期对于生产过程中刀具的变化主要通过频谱分析为主，但是伴随着社会经济的发展，传感技术变的越来越成熟，刀具状态的变化可以通过光谱、声音等物理因素精确的反馈。特别是伴随着现代人工智能技术的发展，神经网络技术和频谱分析技术的结合也进入了工程师研究的范围之内。目前比较先进的技术是通过神经网络技术来构建信号与刀具状态之间的联系，这样可以最大化的利用信号来精确反馈在生产加工过程中刀具各个性能参数的变化。并且伴随着神经网络技术具有知识学习的特殊属性，在生产过程中，局部产生的问题会反过来被这种特殊的检测设备所感应到并且存储，然后通过多重信号处理的形式进行不断的监测调整。未来的发展趋势将会顺沿着现在神经网络技术、传感技术相结合的方式转变到神经网络技术、传感技术、信号处理技术、计算机技术组合式的处理技术体系。这样可以全方位、多功能、智能化的监控并且精准模拟刀具的使用效果，以及薄壁件的加工效果。

2.2 加工设备产生的热变化对加工效果的影响

早期人们没有意识到机床的受热微变形也会对零件的加工过程产生影响。发展到了一定程度时才开始正式利用热形变理论探讨形变和温度之间的联系。在薄壁件的加工过程中，由于零件的内部比较薄，任何微小的形变都会导致零件精度的不断变化。同时因为温度是影响工具形变的主要因素，检测零件生产中的热量变化，以及形变程度的不断变化，对于稳定零件质量具有十分重要的作用。在生产过程中记录切削面的热量变化以及热分布情况，可以推断发生形变的位置以及大小。可以通过有限差分法来模拟刀具的切削温度、应力以及形变来进行研究，对于比较简单的刀具切削过程具备良好的模拟效果。随着计算机技术的飞速发展，有限差分法模拟技术的操作精度也在不断提高，其被更加广泛的应用到了金属的切削领域[1]。

3 物理仿真技术在薄璧数控加工过程中存在的问题以及未来的发展趋势

3.1 物理仿真技术的精准度问题以及解决方式

由于薄壁件的特殊性质，在生产加工的过程中因为非线性的性能变化，以及在生产加工各种因素相互影响的条件下，现有的物理仿真技术的精准度达不到要求。物理仿真技术为了提高适应性，会降低数学建模的复杂性，往往是关联单一的变化因素，当面对实际的复杂的生产环境，不能够精准的综合所有的变量信息，造成模拟的误差。因此如何在建模的时候综合多重因素的影响，如何排除干扰的因素，如何提高模拟的真实性是需要解决的问题。为此可以利用目前比较流行的综合真实物理因素的数控加工反馈系统，这款系统可以将平时常见的干扰因素并入到模拟的场景当中，模拟出来的效果是综合了很多物理因素以及大量的干扰情况得出来的，因此增加了模拟的真实性能。

3.2 物理仿真技术的通用型差以及解决方式

物理仿真模拟的通用型比较差是个急需解决的问题，因为各个零件生产加工的环节都有着不同的变化，现有的物理仿真模型为了降低建立的难度，往往只针对某一个特殊的工艺流程进行模拟，因此模拟的局限性导致模型的通用性能比较差，导致模型的推广遇到了很大的阻碍，因此如何在保证物理仿真技术精准性的同时提高通用性能，是研究的方向之一。目前工程师可以通过仿真方法的多样性来实现技术通用性的提升。比如将神经网络技术、计算机技术、信号处理技术、频谱技术相结合，通过发挥不同技术的侧重点和优点来实现仿真技术的可适应性，这将大大的解放物理仿真技术的应用场景，加速技术的实践推广[2]。

4 结束语

本文阐述了在薄壁件的数控加工过程中的问题，给出了具体的技术方案，其中物理仿真技术的应用极大的还原了零部件在数控加工过程中的实际加工情况，人们可以通过仿真技术预知生产加工过程中可能会存在的问题，并且找出优化点。同时也说明了目前物理仿真技术存在的种种问题，主要是精准度比较差以及通用型不好，并给出了具体的解决方案。未来物理仿真技术将会朝着多种技术并用的方式发展。