虛擬加工

虛擬加工（Virtual machining）系統是整合虛擬現實及工具機的製造系統，在製造和生產上配合不同的電腦以及軟體，目的是為了可以在虛擬現實系統的真實環境下仿真其特性、誤差，並進行建模。虛擬加工可以在生產線沒有實際測試的情形下，讓產品可以正常生產。

基本介紹

• 中文名：虛擬加工
• 外文名：Virtual machining
• 性質：製造系統
• 領域：計算機

套用

為了介紹虛擬加工系統在加工操作中的套用，這些陳述在要點中給出。

• 虛擬環境中的模擬加工過程可用於修改工具機。
  
• 該部件在計算機模擬環境中建模並生成，具有預測誤差，以便在生產部件中實現最佳精度。
  
• 虛擬檢測系統，如表面光潔度，表面測量和波度，也可以套用於虛擬環境中的模擬零件，以提高零件生產的準確性。
  
• 該系統可用於加工操作的工藝規劃，涉及零件設計的所需公差。
  
• 虛擬加工系統還可以通過考慮關於零件製造的時間和成本的最合適的加工操作步驟來用於加工操作的工藝規劃。
  
• 最佳化技術可以以增加被施加到模擬加工過程效率零件生產的。
  
• 有限元法（FEM）可套用於虛擬環境中的模擬加工過程，以分析工具機，工件和刀具的應力和應變。
  
• 通過使用虛擬加工系統可以分析數學誤差建模在加工表面預測中的準確性。
  
• 可以在虛擬環境中分析柔性材料的加工操作，以提高零件製造的精度。
  
• 通過在虛擬環境中使用模擬加工操作，可以分析工具機的振動以及加工操作中沿切削刀具路徑顫動的可能性。
  
• 通過將生產過程管理規則套用於虛擬環境中的模擬製造過程，可以減少準確生產的時間和成本。
  
• 還可以呈現基於虛擬加工的進給速率調度系統，以便提高零件製造的精度和效率。
  
• 可以在虛擬環境中模擬複雜表面的加工操作中的材料去除率，以便進行分析和最佳化。
  
• 效率零件製造的可以通過分析和最佳化生產的方法來改善。
  
• 可以在虛擬環境中模擬實際加工零件的誤差，以便進行分析和補償。
  
• 虛擬環境中的模擬加工中心可以通過網路和網際網路連線在一起，以便進行分析和修改。
  
• 工具機的元件和結構，如主軸，旋轉軸，移動軸，滾珠絲槓，數控單元，電動機（步進電機和伺服電機），床等。可以在虛擬環境中進行仿真，以便進行分析和修改。因此，工具機元件的最佳化版本可以提高零件製造中的技術水平。
  
• 由於虛擬環境中的模擬切削力，可以分析和修改切削刀具的幾何形狀。因此，由於通過改進的切削工具的幾何形狀減小切削力，可以最小化加工時間以及表面粗糙度並且可以最大化刀具壽命。此外，關於最小化切削力的切削刀具幾何形狀的修改版本可以通過為諸如高速鋼，碳素工具鋼，硬質合金，陶瓷，金屬陶瓷等切削工具提供更廣泛的可接受材料來降低切削刀具的成本。等。
  
• 可以在虛擬環境中模擬切削工具和工件的嚙合區域中產生的熱量，以便進行分析和減少。因此，由於減少了切削工具和工件的嚙合區域中產生的熱量，可以最大化刀具壽命。
  
• 可以在碰撞檢測過程中在虛擬環境中分析和修改加工策略。
  
• 在虛擬環境中具有實際加工零件誤差和刀具偏轉誤差的加工操作的3D視圖可以幫助設計人員和加工策略師分析和修改零件生產過程。
  
• 為了增加新手操作員在加工操作中的經驗，可以在虛擬環境中模擬實際加工操作，以便用作虛擬加工訓練系統。
  
• 為了增加附加值部分生產過程中，能量消耗的工具機可以通過呈現模擬和在虛擬環境中進行分析能源的有效利用工具機。
  
• 可以在虛擬環境中分析和最佳化自由曲面的加工策略，以提高零件製造的精度。
  

未來的研究工作

對虛擬加工系統未來研究的一些建議如下：

• 可以在虛擬環境中模擬新合金的加工操作以進行研究。因此，可以分析新合金的變形，表面性質和殘餘應力。
  
• 可以在虛擬環境中模擬和分析刀具的新材料。因此，可以研究新切削工具沿加工路徑的刀具偏轉誤差，而無需實際的加工操作。
  
• 可以在虛擬環境中模擬和分析大型工件的變形和偏轉。
  
• 可以在虛擬環境中模擬諸如金以及超合金的昂貴材料的加工操作，以預測實際加工條件，而無需車間測試。
  

虛擬現實

虛擬現實（英語：virtual reality，縮寫VR），簡稱虛擬技術，也稱虛擬環境，是利用電腦模擬產生一個三維空間的虛擬世界，提供用戶關於視覺等感官的模擬，讓用戶感覺仿佛身歷其境，可以即時、沒有限制地觀察三維空間內的事物。用戶進行位置移動時，電腦可以立即進行複雜的運算，將精確的三維世界視頻傳回產生臨場感。該技術集成了電腦圖形、電腦仿真、人工智慧、感應、顯示及網路並行處理等技術的最新發展成果，是一種由電腦技術輔助生成的高技術模擬系統。

從技術的角度來說，虛擬現實系統具有下面三個基本特徵：即三個“I”immersion-interaction-imagination（沉浸—互動—構想），它強調了在虛擬系統中的人的主導作用。從過去人只能從計算機系統的外部去觀測處理的結果，到人能夠沉浸到計算機系統所創建的環境中，從過去人只能通過鍵盤、滑鼠與計算環境中的單維數字信息發生作用，到人能夠用多種感測器與多維信息的環境發生互動作用；從過去的人只能以定量計算為主的結果中啟發從而加深對事物的認識，到人有可能從定性和定量綜合集成的環境中得到感知和理性的認識從而深化概念和萌發新意。總之，在未來的虛擬系統中，人們的目的是使這個由計算機及其它感測器所組成的信息處理系統去儘量“滿足”人的需要，而不是強迫人去“湊合”那些不是很親切的計算機系統。

現在的大部分虛擬現實技術都是視覺體驗，一般是通過計算機螢幕、特殊顯示設備或立體顯示設備獲得的，不過一些仿真中還包含了其他的感覺處理，比如從音響和耳機中獲得聲音效果。在一些高級的觸覺系統中還包含了觸覺信息，也叫作力反饋，在醫學和遊戲領域有這樣的套用。人們與虛擬環境相互要么通過使用標準裝置例如一套鍵盤與滑鼠，要么通過仿真裝置例如一隻有線手套，要么通過情景手臂和/或全方位踏車。虛擬環境是可以是和現實世界類似的，例如，飛行仿真和作戰訓練，也可以和現實世界有明顯差異，如虛擬現實遊戲等。就目前的實際情況來說，它還很難形成一個高逼真的虛擬現實環境，這主要是技術上的限制造成的，這些限制來自計算機處理能力，圖像解析度和通信頻寬。然而，隨著時間的推移，處理器、圖象和數據通訊技術變得更加強大，並具有成本效益，這些限制將最終被克服。