五轴联动机床虚拟加工系统构建及仿真验证

五轴联动机床具有3个直线轴和2个回转轴,能在一次装夹中完成复杂曲面及异形几何特征类零件加工。实际加工过程中,刀具与工件相对运动复杂,常遇到刀具干涉。基于此,以五轴联动机床为研究对象,进行机床结构的运动链分析和零部件建模、装配,进而阐述了虚拟加工系统构建方法。最后以风扇叶轮加工为例,在已构建的系统上进行仿真验证。结果表明,该系统可以模拟双转台型五轴联动机床实际切削运动过程,可以发现加工过程中可能存在的干涉、碰撞等,对实际生产起到一定的指导作用。该研究不仅可以为类似五轴数控机床虚拟加工系统构建提供借鉴,而且对提高加工仿真技术及五轴机床应用水平也具有重要的价值。

微型增减材复合加工机床设计及虚拟加工研究

针对复杂微小型零件增减材加工中存在的问题,设计了微型增减材复合加工机床,基于UG软件对机床结构进行设计和建模,确定机床主要参数及关键零部件。采用Arduino开发板构建低成本的控制系统。最后通过VERICUT平台构建该机床的虚拟加工系统,并以一壳体零件为样件进行仿真加工。仿真结果表明:该微型机床能够到达增减材加工中的所有刀具点位,机床结构设计合理,具备增减材混合加工能力,满足设计要求,能够为该类机床的设计及优化提供参考依据。

复杂曲面产品的逆向建模和数控虚拟加工仿真

【目的】在现代制造过程中,复杂曲面产品日渐增多,使得加工工序变得复杂,加工周期延长,传统的设计制造方法难以适应先进制造技术日新月异的发展。【方法】笔者以人像自由曲面为例,通过使用三维扫描仪获取人像点云数据,将点云数据文件导入Geomagic Studio进行逆向建模,并在UG中进行实体生成及数控编程,最后在VERICUT软件中进行虚拟仿真加工验证。【结果】将逆向建模、数控编程及数控虚拟仿真加工结合,应用于复杂曲面产品的整个加工过程,实现了对产品的二次设计制造。【结论】逆向工程技术能大幅度缩短新产品的设计周期,减少废品率,降低成本,提高加工效率,快速反应市场变化,对现代制造业具有重要现实意义,同时还可以修复破损的雕像、雕刻等文化产品,实现对传统文化遗产的开发和保护。

数据库技术在虚拟加工系统中的应用

在虚拟加工系统中建立虚拟加工数据库,通过研究数据库技术的实现方法,完成了针对箱体类零件的虚拟加工数据库,将大量的制造信息存储到数据库中,而且把这些信息分类并能快速搜索,对其进行有效的管理,为虚拟加工系统提供数据支撑。用户可以根据企业需求定制数据库,在虚拟加工系统中非常方便地引用数据库中的加工信息,提高NC程序编制效率。

虚拟加工技术的研究

本文在分析虚拟产品开发需求的基础上，提出了采用即插即用结构的虚拟加工环境，并对虚拟加工框架技术，ＮＣ翻译技术，材料切除仿真技术和手工编程支持工具等关键技术进行了深入的研究。

弧齿锥齿轮大轮齿顶倒角加工模型与虚拟加工

通过分析弧齿锥齿轮大轮齿顶倒角加工原理,推导了弧齿锥齿轮大轮齿顶倒角刀具轨迹模型,基于VERICUT虚拟加工软件平台,建立了弧齿锥齿轮齿顶倒角NC机床模型及弧齿锥齿轮齿顶倒角虚拟加工模型。对一具体的弧齿锥齿轮进行了刀具轨迹计算,并在VERICUT环境下进行了虚拟加工,测量结果表明弧齿锥齿轮大轮齿顶倒角虚拟加工模型满足设计要求。

整体结构式弧齿锥齿轮铣齿机虚拟加工

弧齿锥齿轮铣齿机结构和加工原理复杂,是复杂制造装备的典型代表,因此,提高中国弧齿锥齿轮铣齿机的制造水平具有重要意义。通过分析弧齿锥齿轮加工原理和凤凰Ⅱ型弧齿锥齿轮铣齿机结构及运动关系,推导了整体结构式弧齿锥齿轮铣齿机各轴运动参数的计算方法,利用VERICUT三维仿真加工软件平台,建立了整体结构式弧齿锥齿轮铣齿机虚拟加工模型,并对一对给定几何参数的弧齿锥齿轮进行了虚拟加工。仿真结果表明,机床各运动模块与切齿刀盘在虚拟加工过程中没有出现干涉等设计缺陷,虚拟加工结果满足弧齿锥齿轮铣齿机功能性验证要求。弧齿锥齿轮铣齿机仿真加工可以为弧齿锥齿轮铣齿机设计提供参考依据。

基于全息产品建模的虚拟加工

从虚拟产品的科学定义出发 ,发展一套全息产品建模的方法。全息产品建模不仅重视产品定义数据及其在各应用阶段的视图 ,还要考虑相应的应用环境定义数据 ,以及产品与环境的相互作用规律。全息产品模型的概念覆盖了产品全生命周期的需求 ,反映了产品模型动态的演化特性 ,为了使使用者能逼真地感知产品特性 ,甚至为驾驭产品特性提供了理论基础。本文还从虚拟加工的角度研究加工环境建模 ,以及环境与虚拟产品之间相互作用机理 ,实现了基于虚拟产品的可加工性分析 ,并以虚拟曲轴加工的实例 ,初步验证了上述理论与方法。

原木CT图像3D重建及其虚拟加工技术研究

将科学计算可视化技术应用于原木CT图像的3D重建中,实现了一个具有用户交互切削、虚拟加工功能的系统Wood3D。使用该系统可以在计算机屏幕上虚拟切割出复杂形状的木产品,并通过阈值选取,实现对原木中缺陷图像的分割。通过进一步对缺陷3D立体化显示,使用户对缺陷的大小和分布有最直观的了解,进而选择最佳的切割方案。

虚拟加工中的加工误差分析与预测

分析了影响虚拟环境下复杂曲面产品数字化端铣加工误差产生的主要因素,综合考虑刀具和工件的柔度,同时考虑加工表面的变形敏感度,讨论面向虚拟制造的加工尺寸误差预测模型总体框架,提出了一个端铣加工过程表面加工尺寸误差预测模型。所给出的表面误差预测模型较全面地考虑了端铣加工过程,适于多种加工条件,能够反映端铣加工过程由切削力导致的系统变形对加工误差所造成的影响。最后给出了一个仿真实例。

基于CATIAV5的圆柱齿轮虚拟加工研究

以共轭齿面包络原理为理论基础,布尔运算为方法,商用三维实体软件为工具,研究了磨前滚刀加工圆柱齿轮的计算机虚拟加工问题,利用CATIAV5的二次开发功能构建出磨前滚刀加工圆柱齿轮的虚拟仿真加工系统。对仿真系统虚拟加工的齿轮齿廓进行了曲面重构,得到了精确齿轮实体模型,通过分析模型的公法线误差,验证了该方法的正确性。为基于包络制造原理的曲面零件的数字化制造提供了一种有效方法。

虚拟加工环境建模及实现技术

为了有效支持虚拟加工系统的构建,提出可重构、可扩展的层次结构虚拟加工环境模型。它由部件层、设备层和环境层组成。部件模型包括几何模型和物理属性仿真模型,而设备模型和环境模型分别由配置模型和控制模型组成。给出了基于软件工程思想和面向对象设计方法的各层模型的实现方法和技术。介绍了用这些模型和技术建立的虚拟加工环境实例。

虚拟加工中NC代码转化技术研究

在虚拟加工过程中 ,虚拟机床是由刀位文件驱动而工作的 ,为了使虚拟加工环境具有接收和检验NC代码的功能 ,需要将NC代码翻译成刀位文件。该文在对NC代码翻译成刀位文件的可行性进行研究后 ,开发出了NC翻译器。翻译器共分以下几个模块 :文件的读入与存储、错误分析与语义分析、翻译执行、数据轨迹仿真等。最后并给出了槽型凸轮的NC代码的翻译实例验证 。

基于虚拟加工的数控程序优化方法

提出了基于虚拟加工的刀具路径优化、切削参数优化和误差补偿的数控程序优化方法,开发了用于数控程序优化的应用系统.应用实例表明:加工效率和加工精度得到了提高,加工过程也得到改善.

三维虚拟加工环境及其关键技术的研究

在分析虚拟制造特点的基础上 ,提出了三维可视化虚拟加工环境的系统结构 ,介绍了支持三维建模仿真的组件设计、基于装配模型的三维实体建模方法、NC代码解析器的设计方案以及基于毛坯表面三角片离散化的加工过程仿真算法 ,并开发了虚拟加工环境原型系统 .该系统能够实时地反映零件虚拟原型的加工成形过程仿真 。

螺旋锥齿轮虚拟加工过程算法

为了解决目前螺旋锥齿轮切削仿真中存在的仿真速度慢、精度低、过程不稳定和缺乏独立性等问题,以螺旋锥齿轮齿面成形过程为研究对象,运用"层片切割算法"进行三维实体几何模型动态仿真以及三维切削实时仿真.该算法主要包括建立切削坐标系、刀具数学模型、刀具坐标系的转换模型、层片分割模型、求交计算模型以及相邻切削位置特征点的取舍模型.以此为基础开发的螺旋锥齿轮虚拟加工软件采用Windows作为开发平台,以Visual C++6.0(VC)作为基础编程语言,利用OpenGL图形库进行图形显示并将齿轮模型数据以规定格式输出.经验证,该算法求交速度快、结果精确,相关开发软件可靠准确.

机械虚拟加工技术

在研究虚拟现实技术、数控加工技术的基础上 ,开发了主要包括车间、机床、夹具等场景的仿真虚拟加工环境 ,该场景包括三坐标铣削加工中心等 5台机床 .实现了仿真加工能力 ,提供了用户漫游功能 .同时 ,该环境实现了对零件可加工性的评价。

UG NX7.5和VERICUT7.0集成环境下整体叶轮虚拟加工技术的研究

在NX7.5环境下完成了整体叶轮的三维参数化建模和刀轨的工艺规划,详细分析了加工此类零件的加工策略。完成了NX7.5与VERICUT7.0的关联连接,并在VERICUT7.0环境下对NX7.5生成加工程序中出现的误差进行了修改与优化。通过VERICUT7.0与NX7.5的集成,实现了整体叶轮的虚拟加工,为叶轮加工的数控编程提供了依据。

面向加工质量预测的虚拟加工检测单元的研制

:虚拟制造是在制造科学理论、计算机技术和现代信息技术基础上发展起来的数字化制造技术 ,建立虚拟物理单元是虚拟制造的基础和关键。提出面向质量预测的虚拟加工检测单元的概念 ,定义了虚拟加工检测单元的体系结构 ,分析了影响加工质量的主要因素 ,建立了虚拟加工检测单元的误差融合模型 ,提出了虚拟加工检测单元的工件描述模型 。

虚拟加工过程的建模与仿真

提出并建立了虚拟加工过程来对实际加工状况进行仿真，从而在零件正式生产之前就能预见和评估其加工过程中可能出现的问题，并加以解决。文中还介绍了虚拟加工过程的结构、建模技术和仿真过程。