基于OPENGL数控车削加工仿真系统的研究

摘要

虚拟制造的基本思想是在产品制造过程的上游——设计阶段就进行产品制造全过程的虚拟集成，将全阶段可能出现的问题解决在这一阶段，通过设计的最优化达到产品的一次性制造成功。虚拟加工是虚拟制造的底层关键技术，在虚拟制造中占有重要地位。它通过对机床——工件——刀具构成的工艺系统中的各种加工信息的有效预测，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，包括几何仿真和物理仿真两部分。 本文以Windows为开发平台，以Visual C++6.0为开发工具，采用OpenGL开发了数控车削仿真系统。该系统具有良好的人机交互性，可根据选定的数控程序，对工件进行仿真加工，可在计算机屏幕上显示相应的加工过程，能够进行碰撞、干涉检验和NC代码的词法和语法检查。该系统能够对由切削力和热变形引起的加工误差进行分析，并能够从误差曲线中直观地反映出误差变化规律。 本文针对物理仿真中的几项基本单元技术进行了研究。首先对切削力的解析建模进行了探讨，本文利用切削力的指数公式对工件受力进行模拟计算，并将工件简化，利用积分法计算工件的变形量。在车削细长轴时，走刀时间较长，切削热使工件轴向伸长变形，又因装夹限制了轴向移动，故而伸长会使工件弯曲，影响加工精度。因此，必须考虑工艺系统受热变形引起的加工误差。本文通过推导刀具和工件的热变形公式，建立了刀具和工件的变形数学模型，并由此可绘制出变形的误差曲线，这为提高加工精度和优化切削参数提供了理论依据。 虚拟加工技术研究，对于真正发挥虚拟制造在实际制造领域的作用、预测加工质量、缩短开发周期、降低产品成本、使制造技术走出依赖于经验的狭小天地和发展全方位的预报新阶段将发挥重要作用。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1数控加工仿真技术的背景

1.2数控加工仿真技术研究的意义

1.3数控加工仿真技术发展现状

1.4本文研究的主要内容

1.5小结

2数控加工仿真系统的总体方案

2.1系统开发环境

2.2系统的设计目标

2.3系统设计总体结构

2.4系统功能模块

2.5小结

3数控加工仿真系统模块的设计

3.1数控仿真的方法

3.2虚拟加工环境模块

3.3 NC代码翻译模块

3.4数控车削加工过程仿真模块

3.5车削碰撞、干涉检验

3.6小结

4加工误差分析

4.1概述

4.2受切削力引起的变形

4.3刀具受热引起的变形

4.4工件受热引起的变形

4.5小结

5系统功能及仿真实例

5.1系统功能

5.2仿真实例

5.3小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间研究成果

致 谢