虚拟加工物理仿真系统研究与开发

摘要

虚拟制造技术是制造业为在竞争激烈的全球市场求得生存与发展，更快更好地满足市场需求，并随着计算机技术特别是信息处理技术的发展，而应运而生的。虚拟加工过程仿真是虚拟制造的底层关键技术，它通过对机床一工件一刀具构成的工艺系统中的各种加工信息的有效预测与优化，为实际加工过程的智能化实现创造了有利条件，同时它也是研究加工过程的重要手段之一。它主要包括几何仿真和物理仿真两部分。物理仿真由于其切削机理复杂、建模难度大等客观原因，研究还不深入。但对切削过程物理方面因素的分析与预测在虚拟制造研究中具有十分重要的意义。 本文在前人研究成果的基础上，重点对虚拟加工物理仿真的模型建立的方法进行了一些尝试性的研究，主要包括以下几个方面的内容： (1)针对目前虚拟制造、虚拟加工过程仿真在国内外的发展情况以及虚拟加工物理仿真存在的一些问题，尝试建立一种新的虚拟加工物理仿真系统的构想。 (2)总结了传统切削力、切削温度及表面粗糙度的两种分析模型一理论计算公式与回归模型，提出基于BP网络的加工过程物理仿真的神经网络模型，同时在建模过程中结合实际探讨了网络结构及参数设置。最后利用切削样本数据对网络进行了训练，并同分析模型在拟合精度与预测精度方面进行了比较。 (3)针对分析模型与神经网络各自的优点与缺点，提出一种将分析模型与神经网络模型集成在一起的混合模型，建立了混合模型的整体流程，并对该模型进行了验证。 (4)编制基于混合模型的虚拟加工物理仿真系统软件，介绍了该软件的主要功能及界面，然后详细讨论了该系统软件中的关键技术与实现方法，最后验证了该系统是正确可靠的。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2国内外研究情况概述

1.2.1虚拟加工过程几何仿真

1.2.2虚拟加工过程物理仿真

1.2.3目前研究中存在的问题与不足

1.3本文的主要研究内容

第二章加工物理仿真的分析模型

2.1切削力模型

2.1.1切削力理论公式

2.1.2剪切角的理论预测

2.1.3切削力回归模型

2.2切削温度模型

2.2.1切削温度理论计算公式

2.2.2切削温度回归模型

2.3表面粗糙度模型

2.3.1表面粗糙度理论计算公式

2.3.2表面粗糙度回归模型

2.4两种模型的比较

2.5本章小结

第三章基于人工神经网络的物理仿真混合模型

3.1人工神经网络

3.1.1人工神经网络的特点和应用

3.1.2 BP网络模型

3.1.3 BP网络结构

3.1.4误差反向传播算法[40]

3.2基于人工神经网络的物理仿真预测模型

3.2.1各层单元数的选择

3.2.2传输函数的选择

3.2.3训练函数的确定

3.2.4 BP网络训练的结果

3.2.5 BP神经网络模型与回归模型的比较

3.3基于混合模型的物理仿真模型

3.3.1混合模型的提出

3.3.2混合模型的建立

3.3.3表面粗糙度的混合模型与BP神经网络模型结果比较

3.4本章小结

第四章基于混合模型的仿真系统实现与应用

4.1仿真系统概述

4.2系统软件的功能模块及实现流程

4.3仿真系统软件开发平台与工具

4.4仿真系统软件的组成

4.5关键技术及其实现

4.5.1 ACCESS数据库的建立

4.5.2 VC++与ACCESS之间的数据交换

4.5.3 Visual C++与MATLAB混合编程的实现

4.6仿真系统结果验证

4.7本章小结

第五章总结与展望

致谢

参考文献