基于虚拟样机的CNC机床仿真测试技术及应用研究

摘要

随着数控加工技术的发展，数控系统被广泛应用于现代工业产品生产的各个领域。在应用于实际生产之前，数控系统样机需进行全面且反复的性能测试，直到满足精度要求才可投入生产。但数控装备的成本高且在测试运转过程中存在一些不稳定因素，同时样机测试在设计阶段之后进行，不能有效避免设计方案的缺陷。针对上述问题，论文提出采用基于虚拟样机的仿真测试方法。该仿真测试是对实物建立虚拟样机模型，根据测试要求和规程对虚拟样机模型进行性能测试，不仅可以在数控装备制造和使用前发现潜在的问题和缺陷，而且可以对任意(尤其是危险)工况下装备的性能进行测试，确保产品可靠性和安全性，最重要的是可以省去样机试制的成本。
　　论文在深入了解仿真测试及其在各行业的应用状况的前提下，确定了仿真测试技术在数控装备领域的应用方向。提出基于虚拟样机的仿真测试系统的总体思路、框架结构和构建流程，初步建立了CNC机床仿真测试系统。论文的主要成果主要体现在以下三个方面：
　　(1)对于CNC机床仿真测试系统，除了注重交互性和沉浸性，对仿真建模的准确性要求更高。论文应用相似理论确定仿真方法和步骤；论文通过合理简化，利用数值模拟计算，建立了满足测试要求的仿真模型。
　　(2)充分应用先进的虚拟样机技术、计算机仿真技术和虚拟现实技术，搭建了仿真测试系统。应用ANSYS Workbench软件与虚拟样机模型得到了仿真模型；应用虚拟现实建模语言VRML软件实现测试过程复现；应用LabVIEW软件实现了数据采集、显示和分析；应用MFC实现以上各个软件的集成并搭建平台。
　　(3)应用论文开发的仿真测试系统，按照CNC机床性能测试规范要求对目标机床进行了静动态仿真测试，并与实际物理试验结果比较，验证了仿真测试系统的精确性和可靠性。
　　基于虚拟样机的仿真测试是一个相对较新的概念，应用范围相当广阔，对于提高测试能力，优化测试流程，缩短测试周期，降低测试成本具有极其重要的作用。

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第一章绪论

§1-1选题意义及背景

§1-2 仿真测试技术研究进展

§1-3 机床仿真测试技术研究进展

§1-4 论文主要研究内容

§1-5 论文结构

第二章 仿真测试方法总体设想

§2-1 仿真测试技术特征

§2-2 基于虚拟样机的仿真测试方法

§2-3 仿真测试系统的总体设想

§2-4 本章小结

第三章 基于虚拟样机的仿真测试方法基础理论和关键技术

§3-1 相似理论

§3-2 虚拟样机技术

§3-3 计算机仿真技术

§3-4 虚拟现实技术

§3-5 测试技术

§3-6 可视化技术

§3-7 本章小结

第四章 机床静态及动态性能试验研究

§4-1 机床物理样机的试验条件及项目

§4-2 机床静态性能试验要求

§4-3 机床动态性能试验

§4-4 仿真试验理论基础

§4-5 本章小结

第五章 基于虚拟样机的CNC机床仿真测试系统

§5-1 仿真测试系统介绍

§5-2 机床性能仿真试验

§5-3 机床性能测试

§5-4测试过程虚拟演示

§5-5 试验验证

§5-6 本章小结

第六章结论与展望

§6-1 主要研究成果

§6-2 论文的不足和展望

参考文献

致谢

攻读学位期间所取得的相关科研成果