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虚拟数控铣床加工过程仿真系统及相关技术的研究

李清  
【摘要】:虚拟加工过程仿真是虚拟制造底层的关键技术,是构建虚拟加工平台的重要手段。本文紧密结合虚拟数控加工的需要,以数控加工过程仿真作为研究课题,着重研究了数控加工过程仿真系统的功能和结构、铣刀的建模与仿真、铣刀数据库、铣削力建模仿真、切削参数的优化等几个方面的问题。主要研究成果和创新之处如下: (1)在数控加工过程仿真系统的研究方面,提出能够预测加工过程表现、产品质量及加工效率的NC加工过程仿真系统的设计思路和主要功能,给出作者开发的加工仿真系统的结构图及实现主要功能的方法。 (2)在铣刀的建模与仿真方面的研究,首先运用微分几何理论,构建了任意轮廓铣刀的几何特征描述方法。然后,建立了立铣刀的统一轮廓模型。针对物理仿真不准确且与几何仿真部分脱节的缺陷,提出了能满足物理仿真要求的刀具的建模理论和方法,并阐述了螺旋立铣刀的建模过程,得到了螺旋立铣刀头部螺旋面的通用方程。该铣刀模型可以为物理仿真准确提取铣刀瞬时切削刃的长度、切削点的坐标和局部刃形等。 (3)在软件及数据库研究方面,作者建立面向对象数据库应用程序。该程序实现面向三维立铣刀模型的,对标准铣刀选取和非标准铣刀的自定义的功能。 (4)在铣削力建模仿真的研究方面,作者提出采用切削用量指数关系表达周向力,并以周向力为中介推出各铣削分力的计算公式,从而得到整体铣削力的结果。这种计算铣削力的方法应用到加工过程仿真中是实用和有效的。同时作者用多项式拟合理论周向力与各铣削分力之间的关系,其精度较高。 (5)在切削参数的优化方面,作者基于对许多成果的研究建立了数控铣削用量多目标决策智能优化的数学模型,并运用遗传优化方法对铣削加工实例进行优化。 上述成果完善了天津大学机电中心开发的数控铣床加工仿真软件,同时为虚拟制造环境下的数控加工过程仿真奠定了坚实的基础。


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