数控加工仿真是一种数控程序运用于实际机械加工前的先验手段,它能够有效反映加工工况、保证数控加工的正确性和可靠性,因而被广泛关注和应用。然而,目前国内外对数控仿真的研究将重心放置于几何仿真部分,对其中的物理仿真关注度稍显不足。本文结合数控仿真的发展现状,以数控仿真中的几何仿真为基础,对铣削力及仿真结果的尺寸预测进行了研究,其主要研究内容有:首先,对比三种工件建模方法,选择Z-Map模型作为研究对象,在此基础上完成了几何加工仿真。分析了Z-Map建模方法特点,并完成了虚拟工件的建模;探究了NC程序解释方法,实现了从NC程序到离散刀位数据的转换;建立了仿真环境,完成了数控铣削过程的仿真。然后,针对Z-Map模型研究了基于加工仿真的铣削力预测方法。针对立铣加工,基于离散微元法和经验公式法建立了铣削力预测模型;针对Z-Map模型研究了加工仿真过程中切削用量的提取方法,实现了瞬时铣削力和平均铣削力预测。再次,改进了二维图像处理算法,提出适用于Z-Map模型的尺寸预测方法。通过截面处理实现仿真结果从三维空间模型到二维模型的转换,进而使用Freeman链码通过基于回溯判断的边界跟踪、提取算法完成仿真结果的边界信息提取;通过判断所提取封闭边界链上各点的曲率变化程度实现了角点的识别,并对角点相邻的边界轮廓采用基本曲线图元进行拟合;随后经膨胀运算得到截面的边界尺寸信息,实现了基于Z-Map仿真结果的尺寸预测。最后,开发了集加工仿真、铣削力预测及尺寸预测功能于一体的数控铣削仿真系统。验证结果表明,基于加工仿真的铣削力、尺寸预测算法可行有效,系统运行稳定且满足仿真要求。