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摘要：提出数控车削特征参数化造型方法，实现含整个数控车削加工环境的全景仿真。基于切屑形成的几何形状及位置建立屑型判别式。基于屑型单体造型特征，利用特征体参数化方法实现加工过程切屑仿真。提出“三瞬心”成形法及“误差集聚法”，可模拟车削加工实际成形过程，预测加工误差趋势，为加工质量仿真提供图形可视化支持。
关键词：数控车床；虚拟制造环境；全景仿真；切屑仿真；加工质量仿真
目前CADö CAM 集成化系统受软件模型封闭性及刚性化限制，难于解决数控机床的高效、高功能与用户使用的低效、低功能的矛盾，更不适应虚拟制造系统高度拟实要求。主要表现为①几何仿真的“仿”而难“真”——数控加工图形仿真实体去除由布尔减运算实现，由于运算量大，仿真环境只能对单个工件进行操作，无法实现含整个工艺系统的数控加工全景仿真，因此不能正确断定刀轨干涉与碰撞，更不能对用户产生虚拟现实(VR )所需的沉浸感[ 1 ]；②加工过程仿真的不“仿”不“真”——数控加工仿真忽略(或淡化) 了“过程”，没有考虑工艺系统中物体相互作用时各种几何现象与物理现象(如切屑生成等) ，即对加工过程不进行实质性仿真[ 2 ]；③加工质量仿真的“真”而难“仿”——几何造型系统基本元素均由理想形状几何形体构成，不包含任何物理性质，不可能由工件切削机理出发获得工件实际形状，因此仿真结果失真。误差对加工精度影响的研究工作尚处于定性、离散状况，研究成果难以在实际生产中推广应用[ 3 ]。为解决上述问题，我们选择量大面广的数控车床作为研究对象，围绕虚拟制造基础——数控加工过程仿真开展研究工作，使虚拟制造这一学科前沿研究与我国数控机床技术问题结合起来，为数控加工过程仿真开辟一条新途径。
1 数控车削几何仿真
1. 1 数控车削特征体参数化造型方法
目前数控加工仿真图形一般由CSG (构造实体图形) 体素、B- rep (边界表示) 及特征造型等方法表示。由于CSG 体素的形体边界几何元素(点、线、面) 隐含在体素中，故显示与绘制体素需很长时间，而B- rep 表示法数据结构复杂，需大量数据存储空间，因此本文以特征造型表现3 维实体。为此基于车削性质对回转体构型特征进行几何形状细分，将其抽象为由4 个基本几何体素——圆柱面、圆锥面、球面(含组成复杂回转曲面的球冠)及螺纹面组成(无孔零件可视为孔类零件内孔为零时的特例)。为实现任意形状数控车削加工几何仿真，提出特征体参数化造型方法，该方法核心内容如下：将加工工件抽象成系列单件实体特征，参数化驱动实体特征尺寸以形成相关图形特征，仿真时对工件相关特征按加工序列依次组合，即可完成整个工件加工过程仿真。图1a 为图1b 的单体特征(球冠) ，改变尺寸L 并经序列组合，即可生成图1b 所示的回转曲面。 | 
