数控加工模型的发展阶段及优化措施

随着数控技术的发展，数控加工模型也在不断发展，经历了从最初的只处理二维图形到同时考虑几何与物理约束，以及现在的智能加工阶段，如图1.2所示。每个阶段的基本特点如下。

图1.2　数控加工模型的几个发展阶段

（1）几何模型阶段：这一阶段主要是根据零件的几何特征，解决加工过程中的几何与路径控制问题，生成产品的数控加工轨迹，实现自动化高精度加工。这一阶段研究的主要内容包括加工轨迹的规划、加工轨迹与工件几何形状的准确逼近、刀具与工件干涉的处理等。这一阶段在数控加工模型的发展中占据了较长的时间，伴随着第三次工业革命带来的变革，解决了复杂零部件自动化制造与大批量生产的基本问题。

（2）力学模型阶段：这一阶段主要是解决加工较复杂零件过程中出现的静力学与动力学等问题，主要研究让刀变形控制、加工中机床与工件的振动抑制等问题，进一步提高工件的加工精度与效率。这一发展阶段大概从20世纪80年代初开始并一直延续到现在，是薄壁零件加工中的一个重要研究方向。这一阶段的发展使得人们认识到了数控加工中只考虑纯几何问题的局限性，并发展了相关的控制方法，对提高加工效率与精度起到了巨大的促进作用。

（3）物理模型阶段：这是加工技术研究中持续时间较长的一个阶段，这个阶段的研究旨在从切削机理出发并将研究成果融合到零件的加工过程中。从20世纪初开始即有针对金属材料切削机理的大量研究，在数控技术快速发展的阶段，这些基础理论在工程中的应用促进了工件加工品质的进一步提升。目前，这一阶段还在不断发展，并重点聚焦加工过程中工件表面微观组织、残余应力等的形成机理及力热耦合作用对表面完整性和零部件服役性能的影响。(www.xing528.com)

（4）过程模型阶段：在研究加工过程中某一固定时刻单点问题的基础上，加工过程中系统状态的变化及其对加工品质的影响是近二十年来复杂构件加工中的研究焦点之一。研究的内容主要包括：薄壁零件材料切除对动态特性的影响、大型数控机床不同位姿对加工过程的影响、机床长期使用过程中性能变化对加工品质的影响、刀具磨损等时变因素的影响等。这一阶段将加工过程看成复杂的动态过程，在满足高端装备复杂构件高品质制造要求方面起到了重要作用。

（5）智能模型阶段：随着高端装备零部件结构复杂性的提高与对制造品质的更高要求，实现加工过程的准确控制、加工表面品质的准确保障，以及实现每件产品的正确加工，成为目前加工技术发展的重要前沿。智能模型阶段旨在通过相关技术的应用，实现加工过程的自学习、自进化、自决策，从而提高加工工艺系统的鲁棒性、可靠性，全面提升产品加工品质的一致性。

当前，在全球科技竞争日趋加剧、科技壁垒重新显现的背景下，加快制造领域技术发展转型升级、掌控高附加值产品制造核心技术、发展数据驱动的智能加工技术，已成为世界各国在制造领域科技竞争中抢占制高点的突破口，也是我国实现弯道超车，成为科技强国的关键之一。