虛擬數(shù)控銑削物理仿真關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、虛擬制造技術(shù)是傳統(tǒng)制造技術(shù)與信息技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物,近年來已迅速發(fā)展成為制造業(yè)的熱點和前沿學(xué)科,虛擬制造的研究與開發(fā)利用已受到世界各國的高度重視。虛擬數(shù)控加工技術(shù)是虛擬制造的核心內(nèi)容,對充分發(fā)揮數(shù)控機床的潛能,提高數(shù)控加工效率和質(zhì)量具有重要意義。
　　 本文采用理論分析與實驗研究相結(jié)合的思路,針對數(shù)控銑削加工的特點,研究了銑削力建模、銑削溫度建模、刀具磨損建模、加工質(zhì)量預(yù)測、加工誤差分析及補償、加工參數(shù)優(yōu)化等數(shù)控銑削物理仿真關(guān)鍵技術(shù)

2、,論文的研究內(nèi)容主要包括以下幾個部分:
　　 虛擬數(shù)控銑削物理仿真系統(tǒng)總體規(guī)劃研究。提出虛擬數(shù)控銑削物理仿真系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),設(shè)計了系統(tǒng)仿真與分析流程;構(gòu)建了仿真數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)及功能模型;建立虛擬數(shù)控銑削仿真環(huán)境,實現(xiàn)了幾何仿真與物理仿真的數(shù)據(jù)共享及高效集成,為進(jìn)行虛擬數(shù)控銑削物理仿真研究奠定了基礎(chǔ)。
　　 數(shù)控銑削過程物理仿真建模研究。綜合考慮實際銑削加工過程中的各種影響因素,在實驗的基礎(chǔ)上建立與實際切削擬合程度高的銑削力

3、、銑削溫度及刀具磨損物理仿真數(shù)學(xué)模型。針對任意進(jìn)給方向的球頭銑刀切削微元進(jìn)行銑削力分析及建模,在建模過程中綜合考慮了主軸偏心、刀具受力變形和振動等因素對銑削力模型的影響;在實驗的基礎(chǔ)上建立球頭銑刀銑削溫度模型,提出應(yīng)用移動熱源法建立球頭銑刀銑削過程中工件的溫度場的數(shù)學(xué)模型,對銑削過程中的移動面熱源的溫度場進(jìn)行動態(tài)仿真及有限元分析;充分考慮各種因素對刀具磨損的影響,選用不同的加工參數(shù)和刀具參數(shù)組合進(jìn)行數(shù)控銑削實驗,實現(xiàn)球頭銑刀磨損建模與預(yù)

4、測。通過實驗驗證了所建模型的正確性。
　　 數(shù)控銑削加工質(zhì)量預(yù)測及加工誤差分析。提出了基于有限元法的加工質(zhì)量預(yù)測方法,在分析實際加工中影響加工質(zhì)量的主要因素及有限元模擬關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上,對加工質(zhì)量中的表面粗糙度及形狀精度進(jìn)行算法評定理論及預(yù)測算法的研究,實現(xiàn)了數(shù)控銑削加工質(zhì)量的分析及預(yù)測;對銑削過程中產(chǎn)生加工誤差的主要因素進(jìn)行分析,建立了球頭銑刀受力變形、受熱變形、刀具磨損及工件受熱變形的加工誤差模型,并建立了綜合誤差模型;針對

5、綜合誤差補償進(jìn)行研究,在獲得各影響因素綜合誤差補償值的基礎(chǔ)上,修改刀具軌跡坐標(biāo),實現(xiàn)對數(shù)控程序的調(diào)整。結(jié)合具體加工工件對主要模型及方法的正確性和可靠性進(jìn)行了驗證。
　　 數(shù)控銑削加工參數(shù)的優(yōu)化研究。提出基于物理仿真的數(shù)控銑削加工參數(shù)優(yōu)化建模方法,建立了較全面完善的目標(biāo)函數(shù)、決策變量及約束條件優(yōu)化模型;針對切削參數(shù)優(yōu)化模型決策變量非負(fù)值、約束多、目標(biāo)函數(shù)復(fù)雜等問題,對遺傳算法進(jìn)行改進(jìn),提出了改進(jìn)的多目標(biāo)優(yōu)化并列選擇遺傳算法;建立基

6、于改進(jìn)的并列選擇遺傳算法的銑削參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化模型,基于虛擬數(shù)控銑削物理仿真系統(tǒng)預(yù)測出的仿真結(jié)果數(shù)據(jù),獲得最優(yōu)的切削參數(shù),通過加工實驗驗證優(yōu)化效果,實現(xiàn)了提高加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和節(jié)約加工成本的目標(biāo)。
　　 最后實現(xiàn)了虛擬數(shù)控銑削物理仿真原型系統(tǒng)。設(shè)計了系統(tǒng)的運行流程,實現(xiàn)了系統(tǒng)加工過程的幾何仿真和物理仿真的集成,在XH715加工中心工藝系統(tǒng)下實現(xiàn)了產(chǎn)品幾何建模,虛擬加工過程仿真、干涉、過切及欠切檢驗,銑削力仿真、銑削溫度預(yù)測、表面粗