船用柴油機(jī)關(guān)鍵零件加工仿真技術(shù)研究.pdf

1、近年來，隨著國際船舶市場競爭的日益激烈，世界各大造船企業(yè)紛紛采用一切可能的先進(jìn)制造技術(shù)和手段，縮短產(chǎn)品開發(fā)時間和生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低制造成本，提供技術(shù)支持與售后服務(wù)，從而來贏得市場與用戶。但是，作為船舶的心臟，船用柴油機(jī)的設(shè)計和制造卻一直滯后于整個造船流程，其中最主要的原因是一些關(guān)鍵零件的驗(yàn)證加工還是采用傳統(tǒng)的“試切”方式，嚴(yán)重阻礙了船用柴油機(jī)的生產(chǎn)周期。為此，人們一直在研究能逐步代替試切的計算機(jī)仿真方法，并在試切環(huán)境的模型化、

2、仿真計算和圖形顯示等方面取得了重要的進(jìn)展，目前正向提高模型的精確度、仿真計算實(shí)時化和改善圖形顯示的真實(shí)感等方向發(fā)展。 本課題的研究工作旨在實(shí)現(xiàn)船用柴油機(jī)關(guān)鍵零件數(shù)控加工的虛擬建摸與仿真，縮短船用柴油機(jī)產(chǎn)品的制造周期。其創(chuàng)新之處就在于研究和建立適用于船用柴油機(jī)關(guān)鍵零件的虛擬制造環(huán)境，這將為檢驗(yàn)數(shù)控加工和驗(yàn)證數(shù)控程序的正確性提供一種簡便可行的方法，避免實(shí)際加工過程中的各種異常現(xiàn)象，簡化實(shí)際加工過程中的監(jiān)測與診斷設(shè)備，提高加工安全性與

3、經(jīng)濟(jì)效益，同時可以在短時間內(nèi)反復(fù)比較多種加工方法的優(yōu)劣，優(yōu)化出一個適合企業(yè)目前生產(chǎn)要素的最佳加工方案。該課題的研究必將對船用柴油機(jī)的設(shè)計、制造質(zhì)量起到極大的保證作用，大大地提升企業(yè)在國內(nèi)外船舶市場的競爭能力。船用柴油機(jī)的一些關(guān)鍵零件由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度和質(zhì)量要求高，一直是數(shù)控加工的“瓶頸”，進(jìn)而影響整個產(chǎn)品的生產(chǎn)周期。本課題的合作單位——某船用柴油機(jī)制造企業(yè)在數(shù)控加工仿真方面起步較晚，很長一段時間數(shù)控程序驗(yàn)證都是通過試切件加工、程序試劃

4、等方法進(jìn)行的。然而隨著高速加工設(shè)備的引進(jìn)，對加工程序的準(zhǔn)確性提出了更高的要求，傳統(tǒng)的程序驗(yàn)證方法已無法驗(yàn)證程序的正確性。因此急需構(gòu)建實(shí)用性較強(qiáng)、操作簡便的船用柴油機(jī)虛擬制造環(huán)境及加工仿真模型。本課題的研究必將推動船用柴油機(jī)的制造水平，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的應(yīng)用前景。本論文以船用柴油機(jī)關(guān)鍵零件為對象，詳細(xì)研究了虛擬制造環(huán)境建模與配置，數(shù)控程序管理，NC 程序編譯與優(yōu)化等數(shù)控加工仿真系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合UG和VERICUT 開發(fā)了船用

5、柴油機(jī)關(guān)鍵零件的加工仿真系統(tǒng)（MDE-VMS），這些研究成果為加工仿真技術(shù)的理論研究和開發(fā)更為實(shí)際的加工仿真軟件打下了良好的基礎(chǔ)。 本學(xué)位論文的主要工作內(nèi)容和研究成果總結(jié)如下： （1）對國內(nèi)外數(shù)控加工仿真技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，針對目前存在的問題，提出以UG和VERICUT 兩者結(jié)合作為二次開發(fā)平臺，構(gòu)建了適用于船用柴油機(jī)制造企業(yè)的加工仿真系統(tǒng)。 （2）深入研究了虛擬制造可視化環(huán)境技術(shù)，總結(jié)了其特點(diǎn)和研究內(nèi)容，

6、分析了其中的關(guān)鍵技術(shù)，包括虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，建模技術(shù)，仿真技術(shù)和信息技術(shù)。同時針對船用柴油機(jī)產(chǎn)品的制造特點(diǎn)，提出了相應(yīng)的虛擬制造環(huán)境體系結(jié)構(gòu)。 （3）通過對船用柴油機(jī)產(chǎn)品及其制造裝備的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動分析，提出了基于組件樹可重構(gòu)的虛擬加工設(shè)備建模方法。應(yīng)用此方法，從各類模型庫中抽取所需的部件，在組件樹上可以方便而快捷地裝配成虛擬機(jī)床。同樣，虛擬加工設(shè)備再加上刀具和夾具模型，可以實(shí)現(xiàn)虛擬制造環(huán)境的配置。 （4）針對傳統(tǒng)的文件夾式數(shù)控

7、程序管理方式的弊端，提出了一種面向產(chǎn)品的數(shù)據(jù)庫集中管理方式，開發(fā)了與CAPP系統(tǒng)的外部接口，實(shí)現(xiàn)了兩者的有效集成。 （5）總結(jié)了企業(yè)常用的數(shù)控系統(tǒng)的編程規(guī)則，形成了數(shù)控代碼規(guī)則庫，進(jìn)而利用專用的編譯工具Pargen 實(shí)現(xiàn)了比較通用的數(shù)控程序編譯器，可以在仿真前檢查數(shù)控程序的詞法和語法錯誤，節(jié)省仿真驗(yàn)證的時間。 （6）在研究分析船用柴油機(jī)關(guān)鍵零件加工仿真系統(tǒng)各模塊相互聯(lián)系的基礎(chǔ)上，討論了該系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建了原型系統(tǒng)，并