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《长春工业大学》 2010年
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面向虚拟制造的车削加工仿真关键技术研究

黄福志  
【摘要】:虚拟制造是20世纪90年代提出的新概念,它是制造科学自身矛盾运动发展的必然产物,也是在激烈的市场竞争环境下产生的应对措施之一。同时,虚拟制造技术也是信息技术与制造科学结合的产物。数控加工仿真分几何仿真和物理仿真,目前大都集中在虚拟机床模型的建立,运动仿真以及干涉检验等几何仿真,对切削力、机床振动及热变形等物理仿真及误差分析等方面处于探索阶段。在数控加工仿真中,几何仿真只是前提条件,更为重要的是切削力、机床振动及热变形等在机械加工切削过程中的物理仿真,这已成为机械学科前沿领域的研究热点和重点。 随着经济发展和市场日趋饱和,制造业实现了从卖方市场到买房市场的转变,消费者对工件加工的精度要求也越来越高。在实际的数控加工过程中,各种加工工艺因素都会对工件的加工质量产生相应的影响。其中影响加工精度的因素主要有:切削力引起的工艺系统加工误差,破坏了工艺系统坐标系的相对位置,影响工件的加工精度;切削热引起的工艺系统各部件的热变形,影响工件的加工精度,尤其在精密加工中,由于热变形引起的加工误差占加工总误差的40%-70%;切削热以及由它产生的切削温度,直接影响了刀具的磨损和使用寿命,同时也影响工件的加工精度和表面质量。因此研究切削力和切削热对加工精度影响具有很重要的意义。 本文建立了包括机床几何(运动)误差、夹具误差、工艺系统受力变形、工艺系统受热变形、刀具磨损等多种因素对加工精度影响的预测综合模型,预测模型所涉及的切削力、切削热、工艺系统刚度及有关参数均采用计算、预测和实测相结合的办法提供。所有误差均按其成因建立各自的坐标系,分别计算各自的误差值,然后通过坐标变换将所有误差集中纳入工艺基准坐标系,求出综合误差,克服了以往只考虑单项或少数几项因素模型过于简化的缺点,提高了加工精度预测的准确性。 本文以生产中广泛使用的CAK 5085dj型数控车床为研究对象,重点研究了切削力变形误差和切削热变形误差对加工精度的影响. (1)利用matlab神经网络技术对切削力进行了精确的预测,并且对预测结果进行了误差分析。同时利用ANSYS仿真软件对比分析了工件受预测力与实测力的变形误差,验证了BP神经网络预测的准确性。 (2)利用有限元软件ABAQUS/Explicit建立温度场预测模型,利用已有的温度测量数据验证温度预测的准确性,进行误差对比分析。 本文将此预测数据带入加工精度预测的综合模型,从而提高了原有预测精度。实现了及时准确指导操作人员调整切削参数、修改加工程序的目的。从而缩短产品研发周期,提高产品质量,提高效率,降低成本的目的。
【学位授予单位】:长春工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TG519.1;TP391.9

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