机械虚拟制造技术论文

机械虚拟制造技术论文内容摘要：

虚拟现实技术、仿真技术等在计算机上建立起的虚拟制造环境是接近人们自然活动的一种 “自然 ”环境，人们的视觉、触觉和听觉都与实际环境接近。 人们在这样环境中进行产品的开发，可以充分发挥技术人员的想象力和创造能力，相互协作发挥集体智慧，大大提 高产品开发的质量和缩短开发周期。 5. 虚拟制造技术的种类 广义的制造过程不仅包括了产品的设计加工、装配。 还包含了对企业生产活动的组织与控制。 从这个观点出发，可以把虚拟制造分为三类：以设计为中心的虚拟制造 、以生产为中心的虚拟制造和以控制为中心的虚拟制造。 （ 1） 以设计为中心的虚拟制造 以 设计为中心的虚拟制造强调以统一制造信息模型为基础，对数字化铲平模型进行仿真与分析、优化，进行产品的结构性能、运动学、热力学方面的分析和装配性分析，以获得对产品的设计评估与性能预测结果。 特点： 在设计阶段为设计人员提供制造信息；使用基于 制造的仿真以优化产品和工艺的设计；通过 “在计算机上制造 ”产生多个 “软 ”样机。 主要目标：评价可制造性 主要技术支持：特征造型；面向数学模型设计；加工过程仿真技术。 应用领域：造型设计 热力学分析 运动学分析 动力学分析 容差分析 加工过程仿真 （ 论文） 6 （ 2） 以生产为中心的虚拟制造 以生产为中心的虚拟制造是在企业资源的约束条件下，对企业的生产过程进行仿真，对不同的加工过程以及组合进行优化。 它对产品的“可生产性”进行分析评价，对制造资源和环境进行优化组合，通过提供精确的生产成本信息对生产计划和调度进行合理化决策。 主要目 标：将仿真能力用于制造过程模型，以便低费用、快速地评价不同的工艺方案；用于资源需求规划、生产计划的产生及评价的环境。 主要目标： 评价可生产性 主要技术支持：特征造型；面向数学模型设计；加工过程仿真技术。 应用领域： 工厂或产品的物理布局 生产计划的编排 （ 3） 以控制为中心的虚拟制造 以控制为中心的虚拟制造是将仿真技术引入控制模型，提供模拟实际生产过程的虚拟环境，使企业在考虑车间控制行为的基础上对制造过程进行优化控制。 以上三种虚拟制造分别侧重于制造过程的不同方面。 但它们都以计算机建模、仿真技术为一个重要的实现手 段，通过对制造过程进行统一建模，对仿真支持设计过程、模拟制造过程，进行成本估算和生产调度。 特点：将仿真加到控制模型和实际处理中；可 “无缝 ”地仿真使得实际生产周期期间不间断地优化。 主要技术支持： 对离散制造 基于仿真的实时动态调度；对连续制造 —— 基于仿真的最优控制 6. 虚拟制造 技术 简介 . 虚拟制造关键技术 1. 特征建模的建立 :建立包含工艺信息的特征模型 ,为以后的工艺分析、加工等过程创造条件。 2. 企业间产品数据交换 :在由动态联盟共同完成新产品开发的条件下 ,必须以产品数据交换标准(STEP、 IGES等 )来保证企业间信息的集成。 3. 快速原型制造软硬件系统 :快速原型制造系统使工程人员在制造前就能看到产品 ,从而改进设计。 也可直接用于快速制造少量的零件或模具。 改进材料、工艺及软件来提高产品的精度。 4. 加工能力模型 /生产能力模型建立 :根据企业的加工设备信息建立加工能力模型 ,进一步还可以根据企业的其他资源信息建立生产能力模型。 生产能力模型是产品零件可制造性分析、加工单元布局以及制造成本估算、生产能力平衡、优化生产布局、优化调度方案的依据。 5. 产品零件的可制造性分析及计算机辅助工艺规划 :根据零件的特征信息以及制造资源 模型进行可制造性分析 ,确定加工路线、步骤和参数。 6. 制造过程的动态描述 :根据工艺规划所确定的加工路线以及制造资源用动画形式描述制造过程 ,用以检查过程及物流、对环境影响的合理性。 （ 论文） 7 7. NC代码自动生成 :根据包含特征信息的零件模型及工艺规划信息来实现零件的 NC 代码自动生成并提供加工时间等参数 ,为加工仿真 ,成本分析等后续过程提供依据。 8. 制造成本估算 :根据制造过程所占用的资源、加工时间等信息进行制造成本估算。 9. 验证与测试系统 :借助于虚拟现实及人 机工程对产品的可靠性、可操作性、可维护性等进行评估 [2]。 . 虚拟制造技术的建模技术 虚拟加工是现实加工过程在计算机上的映射 ,与真实制造过程相比 ,具有虚拟性、数字化集成性、依赖性。 虚拟加工系统的建立必须基于现实的制造设备及其相关活动 ,并且可以随着制造设备的改变对虚拟加工系统进行变更。 虚拟加工环境建模是真实加工环境在数字化世界中的映射。 产品的实际加工环境包括加工设备、工装夹具及其加工刀具等 ,因此在虚拟加工环境中需要建立相应的加工设备模型、夹具模型、刀具模型及工件模型 ,使得虚拟加工环境能够依据用户输入的 NC 代码、工艺模塑和刀具模型给出有关工件变化、刀具状况、加工效率等信息。 虚拟加工设备主要是指虚拟机床 ,用于仿真实际加工设备加工虚拟产品 ,机床模型包括机床的几何实体信息、运动特征信息、伺服特性信息、刚度特性信息以及热变形特性信息的影响等 [3]。 虚拟刀具包括镜刀、车刀、钻头等常用的加工刀具 ,用于仿真实际的切削过程 ,刀具模型包括刀具几何实体信息、切削特征信息和运动特征信息等 :虚拟夹具用于仿真实际的工装夹具 ,夹具模型包括夹具几何实体信息、装夹特征信息等。 虚拟加工设备、夹具、刀具和工件建模原理一致 [4]。 1. 虚拟加工设备建模 虚拟机床是虚拟加工过程的具体实施者。 根据机床信息的不同 ,机床模 型分为几何模型和仿真模型 ,其中几何模型将虚拟机床看成是一个层次式的装配体 ,包含多个部件和零件 ,且部件之间存在着相互装配关系和约束条件 ,组成零部件的三维数字模型根据其实际形状和大小分别建模。 机床仿真模型是在 NC代码的驱动下 ,采用一种类似于 NC 加工插补算法实现各运动部件的平动与转动 ,以此驱动虚拟机床的运动。 将仿真模型作为机床的物理属性依附在机床的几何模型上。