虚拟制造技术内容简介

1、虚拟制造技术内容简介课程编号:B0200006C 课程名称:虚拟制造技术英文译名:Fundamentals of Virtual Manufacturing适用学科:机械制造及其自动化、机械电子工程、机械设计及理论先修课程:CAD/CAM技术基础、机械制造技术基础、计算机组成技术、C 语言程序设计开课院(系 :机电工程学院机械制造及自动化系任课教师:姚英学、李建广内容简介:在介绍虚拟制造技术的发展历程与现状、虚拟制造的定义与分类、虚拟制造技术的 应用等内容的基础上,主要讲解虚拟制造系统的工作原理、分类与组成、虚拟现实的原 理及其在制造工程中的应用、虚拟产品建模与描述、虚拟制造中的典型数学算法、

2、数字 化样机技术、数字化加工技术、数字化装配技术、数字化生产车间、虚拟产品开发与管 理、虚拟制造系统开发,最后简要介绍虚拟企业的概念、关键技术和应用。主要教材:1. 姚英学,李建广编. 虚拟制造技术及其应用 .哈尔滨工业大学出版社(待出版参考文献:4. 汪成为,高文,王行仁。 灵境 (虚拟现实 技术的理论、实现及应用 , 北京 :清 华大学出版社, 1996.5. Andrew Kusiak. Intelligent Manufacturing Systems. Englewood Cliffs, N.J. : Prentice Hall, 1990虚拟制造技术教学大纲课程编号:B020000

3、6C课程名称:虚拟制造技术开课院系:机电工程学院机械制造及自动化系 任课教师:姚英学、李建广先修课程:CAD/CAM技术基础、机械制造技术基础、计算机组成技术、C 语言程序设计适用学科范围:机械制造及其自动化、机械电子工程、机械设计及理论开课学期:春季 开课形式:授课+讨论课程目的和基本要求:近年来,信息技术在制造中的应用越来越广泛,本课程是在学生完成计算机基础技 术、 CAD/CAM技术基础、机械设计制造等相关课程学习的基础上,培养学生综合应用 现代信息技术手段解决制造工程领域技术问题能力的重要环节, 为学生开展制造业信息 化的研究与应用奠定基础。通过本课程的学习,使学生掌握虚拟制造的基本概

4、念和发展 状况、虚拟制造的基础理论和关键技术、系统设计与开发的相关知识。要求学生:1 了解虚拟制造的发展历史、现状和发展趋势;2 掌握虚拟制造中基本的数学算法和建模方法; ;3 掌握虚拟制造系统设计与开发的相关知识;4 掌握虚拟制造的关键技术;5 学会使用 12种软件;6 学会分析 34个虚拟制造系统案例。课程主要内容:本课程在介绍虚拟制造技术的发展历程与现状、虚拟制造的定义与分类、虚拟制造 技术的应用等内容的基础上,主要讲解虚拟制造系统的工作原理、分类与组成、虚拟现 实的原理及其在制造工程中的应用、 虚拟产品建模与描述、 虚拟制造中的典型数学算法、 数字化样机技术、数字化加工技术、数字化装配

5、技术、数字化生产车间、虚拟产品开发 与管理、虚拟制造系统开发,最后简要介绍虚拟企业的概念、关键技术和应用。具体内 容包括:主要讲解虚拟制造的发展背景、虚拟制造系统的研究与发展概况、虚拟制造的定义 与分类、虚拟制造技术的应用等内容。主要讲解虚拟制造系统的工作原理与特点、虚拟制造系统的功能设计与体系结构、 虚拟制造系统的建模方法、虚拟制造系统的常用硬件与软件等内容。主要讲解虚拟现实的基本工作原理与系统组成、视觉通道、听觉通道、位置跟踪技 术、触觉与力反馈技术、虚拟现实开发工具及其应用、虚拟场景的构建等内容。主要讲解虚拟产品建模的特点与要求、计算机图形学基础、实体几何建模方法、虚 拟产品建模等内容主

6、要讲解真实感图形的实时绘制、多细节层次模型生成和绘制、基于图像的建模与 绘制碰撞检测、计划调度算法、路径规划算法等内容。主要讲解数字化加工技术概述、数字化加工系统开发、数控程序检验与优化、加工 误差建模与补偿、虚拟加工与加工过程优化、应用实例分析等主要讲解虚拟装配技术概述、 装配信息模型、 装配资源建模、 装配工艺规划与仿真、 数字化装配应用实例主要讲解数字化生产车间的概念、数字化生产车间的仿真分析工具、数字化生产车 间的布局设计与优化、数字化生产车间的调度与控制、数字化生产车间的信息集成、数 字化生产车间的应用等主要讲解产品协同开发的概念、协同开发环境、软件共享技术、资源共享与管理、 虚拟产

7、品开发实例等。主要讲解虚拟企业的概念、虚拟企业的关键技术、虚拟企业的应用等。课程主要教材:1. 姚英学,李建广编. 虚拟制造技术及其应用 .哈尔滨工业大学出版社(待出版主要参考文献:4. 汪成为 , 高文 , 王行仁 . 灵境 (虚拟现实 技术的理论、实现及应用 . 北京 :清华大 学出版社 ,1996.5. Andrew Kusiak. Intelligent Manufacturing Systems. Englewood Cliffs, N.J. : Prentice Hall, 1990院(系审核意见:分评委员会审批意见:(教授委员会签字:签字:日期:日期:虚拟机械加工技术(virtu

8、al machining已诞生很久了,随着科学技术的进步,三维 计算机辅助设计被广泛应用于产品设计,在工程作业设计、加工工序设计及产品组装程度等方面, 需要开发计算机辅助技术,特别是在计算机辅助工程(cae 方面,采用有限元法(fem 来预先解 析研究与产品性能相关联的构造、 热传导性以及利用计算机辅助制造 (cam 确定刀具运动轨迹的编 程技术,均已渗透到工程的各个领域而被有效利用切削加工仿真技术的发展动向包括两个方面,其一是开发 nc 仿真软件,借以显示刀具 运动轨迹,并判断刀具、刀夹与工件及其夹具是否产生干涉。在进行立铣加工时,最基本的任务是切除刀具切削刃包络面通过部分的被加工材 料,

9、使保留下来的部分成为已加工面。 完成这类加工所用的软件应包括如下内容:刀具、 刀具夹头、工件、夹具等的协调,机床主轴的构成及其可工作的范围,能真实地仿真机 床和刀具的动作等。特别是近几年来,由于五坐标切削加工的不断增加,在实际加工前 应进行 nc 仿真的重要性日益突出。这类 nc 仿真软件中,有不少软件具有极为优异的性 能,如可从金属切除体积计算出加工效率 ; 根据金属切除体积来判断切削加工是否产生 过载 ; 如果负荷固定,由于进给速度过高而产生过载,仿真软件可调整进给速度,防止 过载产生,并可缩短切削加工时间等。切削加工仿真技术的另一发展动向是研究解析切削加工过程中的物理现象, 如被加 工材

10、料因塑性变形而产生热量,被切除材料不断擦过刀具前刀面形成刀屑后被排出,以 及由刀具切削刃切除不需要的材料而在工件上形成已加工面等, 并将这一系列切削过程 通过计算机模拟出来, 目前能达到这种理想目标的产品还为数不多。 third wave systems 公司的“advantedge”是采用有限元法对切削加工进行特殊优化解析的软件产品, 与用 于构造解析的有限元法程序包比较,其最大优点是用户界面优良,机械加工的技术人员 能方便地进行解析。美国 scientific forming technologies公司的“deform”是锻造 等塑性变形加工用有限元法解析程序包,最近已被转用于切削加工。

11、切削过程是切屑、被加工材料的弹性变形和塑性变形的变形过程,与冲压、锻造等 塑性变形比较,变形速度 (单位时间产生的变形量 非常大,由此产生的塑性变形能量和 前刀面上由摩擦产生的能量将引起发热,从而使温度大幅度升高,刀尖在连续而狭小的 范围使被加工材料破坏、分离成切屑和已加工面等,这是切削过程的显著特征。而这些 现象彼此间存在复杂的相互影响。如果用有限元解析方式, 需输入下列内容:被加工材料特性及摩擦状态等物理特性 ; 切削条件及刀具形状等边界条件。通过有限元解析刚性方程,可输出切削力、剪切角、 切削温度等带有切屑生成状态特征的量化参数,在此过程中,无需建立数学模型或提出 假设。根据有限元解析的

12、结果,还易于将切屑生成过程、应力、变形等物理量实现可视 化。要获得高精度解析结果, 最为重要的输入内容是反映被加工材料应力变形关系 的材料特性,而材料特性的获取是极为费力的工作。今后,随着计算机功率的增大,这 种切削过程的物理仿真技术将会逐渐普及。 能否迅速普及的关键在于能否及时向用户提 供所需的被加工材料的材料特性。按需开发切削加工仿真技术软件 目前，许多科技人员正在进行生产工程中最基础的切削加工技术的研究，其中多数 研究的目的是在弄清楚加工现象的同时，对加工过程进行预测。如果这些研究内容实现 了系统的计算机软件化，就意味着能形成一个切削仿真技术软件。如东京农工大学机械 学院的实验室就正在进

13、行几种预测性的有关切削加工仿真技术软件的研究。 工艺流程和 实用仿真采用了横向和纵向相匹配的研究体系，横向与产品设计到加工工序相对应;在 纵向上越往上，实用性越好，往下则不仅是实用性，还包括加工现象的解析和实现可视 化。 1.刀具信息数据库和解析仿真技术并用的切削条件选择系统 在实际的切削过程中，不应照搬工具厂提供的推荐切削条件，而应根据机床、工具 系统、工件装卡等具体情况，反复进行试切削来修正切削条件。同时还应将过去加工中 积累的行之有效的参考数据输入数据库，在有效利用这些数据的同时，借助解析方法使 切削条件达到最佳化;对于没有参考数据的新的切削加工，则应开发与此相关的切削条 件选择系统。该

14、系统中把振动、加工精度、刀具升温、刀具寿命、残余应力等设定为解 析内容，在解析的基础上，就能选择出最佳的刀具和调整切削条件。淘宝网 10 大减肥 产品去黑头哪种眼霜好瘦腿去皱眼霜保湿什么防晒好润唇卸妆哪个牌子好 本系统的数据大致分为三个部分：刀具信息数据、工具系统组成、切削条件。在切 削条件中可积累有效的切削加工技术参数。 本文拟用图例表示平头立铣刀加工的最佳铣削效率和最佳化侧面的形状误差。 根据 数据库选择所需刀具和刀夹， 预测由立铣刀和刀夹的弯曲度及卡头和主轴锥度结合部分 的旋转变化所导致的加工误差。 切削力的预测采用刀尖处的切削力乘以比切削抗力的模 式。这是一种最简便的的方法，但却得到了

15、切削力波形与实测值一致的良好结果。计算 出每一瞬间由切削力引起的刀具挠曲量， 将其和形成已加工面的切削刃位置的位移相连 就能得到已加工面的形状。与大规模有限元法的计算比较，计算时间是非常少的，输入 刀具信息和切削条件信息，就能容易地仿真加工误差。 尽管数据库里已具有确实适应的切削加工条件，人们仍希望进一步减少加工误差， 提高加工效率。 实例表明， 用这种仿真和实现最佳化方式来修正切削条件是完全可能的。 2.立铣刀加工时的刀具温度 近年来，高速铣削已很普遍，由经验得知，它适用于小切深、大进给的铣削条件， 而把握最佳条件却相当困难。铣削加工与车削加工不同，前者属于断续切削，在加工过 程中，刀具升温

16、和冷却高速地反复进行。由于热传导给刀具切屑接触部分是断续进 行的，必须根据这一特征来解析刀具温度的变化。热传导量对预测精度影响很大，但不 需要对切屑生成状态的变形和热解析相联系进行大规模计算，因此可快速获得解析结 果。切削速度、切深、进给的组合将影响最高温度，当加工效率一定时，提高进给速度， 刀具温度就会降低，温度降低往往会使进给速度的提高达到极限，而提高进给速度，加 工表面就会变得粗糙。因此，如果能很好地平衡粗糙度和温度的关系，就能够选择到两 者相互平衡的切削条件。 3.用有限元法进行切削过程的物理仿真 在用有限元法进行切削过程的物理仿真中，作为切削条件输入的内容包括：切削速 度、切削厚度、

17、刀具前角、刀具后角、工件材料特性等。对这些参数进行解析后，就能 获得切削力、切屑形状、刀具和切屑上的温度分布、应力分布、形变分布、残余应力分 布等物理特性输出结果。 这种仿真对特殊切削状态(如动态切削也是适用的。 切削成波形表面的波形切除过 程(wave removal和刀具边振动边切削的波形生成过程都显示出在切屑厚度变薄的过程 中，剪切角变小、变形集中而产生大的变形。在这样的动态切削过程中，剪切角发生变 化，与此相对应的是切屑生成的变形范围大小也发生变化，因此切削力与刀尖的切削厚 度不成正比。由与刀尖切削厚度的变动相对应的剪切角度变化图可知，即使刀尖切削厚 度相同，振幅增大时比振幅减小时的剪切角还大，利萨如(lissajou图形下方呈凸半月 形。根据这样的解析结果，才能使现象的可视化及理解成为可能，从而开发出更为实用 的高精度近似解析法。 另外，对于