车铣复合加工仿真系统关键技术研究及原型系统开发

论文摘要

车铣复合加工中心是新一代的高端数加工控设备,它在复杂零件制造上具有效率高、精度高的优势。虽然车铣复合加工技术发展了20年,车铣复合加工数控设备利用率却不高,很多的车铣复合加工中心仅仅作为数控车床在使用,数控编程技术、加工工艺规划、后置处理技术、仿真技术研究和应用不足是主要原因。而开发一个车铣复合加工仿真系统可以解决检验数控程序是否正确的问题。本文研究车铣复合加工仿真系统中的关键技术,并开发车铣复合加工仿真原型系统,实现对车铣复合加工仿真软件的开发。主要研究内容与成果如下:首先,根据车铣复合加工数控代码的特点,设计了一个车铣复合加工数控代码编译器。以Visual C++为编译器的软件开发工具,通过加载GRETA正则表达式类为匹配和分析工具来加快编译速度与效率。数控代码编译器可以实现对数控程序的读取、检验和译码的功能,为仿真加工系统提供了准确的刀具位置信息。其次,基于五轴车铣加工中刀具的运动特点,推导出刀位点与刀轴矢量的位置公式,通过刀位点与离散工件求交,实现了车削的材料去除点的判断。而铣削材料去除算法是通过建立刀具模型,根据刀具扫掠包络的原理,采用刀具扫掠面的显示表达求出刀具扫掠面方程,从而利用刀具扫掠体与离散工件的求交,实现材料去除点的判断。根据钻削加工轨迹,求出了钻削加工的材料去除范围,实现钻削的材料去除算法。同时,研究对了运动仿真原理、插补离散的方法,实现了运动仿真。再次,通过对车铣复合加工中同步加工技术和同步加工原理的研究,提出了同步车外圆、同步车端面、同步车外圆和钻（镗）孔、同步铣削和同步径向钻孔等5种加工策略。同时,研究了同步加工策略对加工工艺参数和加工精度的影响,提出了整体和局部的同步加工工艺规划的方法。最后,根据以上对关键技术的研究成果,利用Visual C++开发软件和OpenGL图形处理工具,开发了车铣复合加工仿真原型系统。该原型系统实现对数控代码的操作（读取、校验、译码、修改）,毛坯和刀具模型的参数化选择及变换操作（移动、旋转、缩放）,加工仿真,同步加工等操作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 车铣复合加工现状
• 1.2 数控加工仿真技术研究现状
• 1.2.1 数控加工仿真技术
• 1.2.2 国内外研究现状
• 1.3 论文研究内容及意义
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究意义
• 1.4 小结
• 2 仿真系统的总体设计
• 2.1 关键技术分析
• 2.2 总体分析与模块设计
• 2.3 工作流程与界面设计
• 2.4 小结
• 3 NC 代码编译器的设计
• 3.1 数控代码编译原理
• 3.2 车铣复合数控代码程序特点
• 3.3 数控代码编译实现
• 3.3.1 词法分析
• 3.3.2 语法分析
• 3.3.3 语义分析
• 3.3.4 数控代码译码
• 3.3.5 编译器实现
• 3.4 小结
• 4 五轴车铣复合加工仿真算法的研究
• 4.1 五轴数控加工仿真概述
• 4.2 工件离散
• 4.2.1 工件离散模型的建立
• 4.2.2 简化的工件模型
• 4.2.3 工件离散模型的实现
• 4.3 车削材料去除算法
• 4.3.1 刀位点和刀轴矢量的确定
• 4.3.2 材料去除范围判断
• 4.4 铣削材料去除算法
• 4.4.1 刀具扫掠体的确定
• 4.4.2 材料去除判断方法
• 4.4.3 各种铣削方式的材料去除范围
• 4.5 钻削材料去除算法
• 4.6 动态仿真实现
• 4.6.1 运动仿真实现
• 4.6.2 插补离散算法
• 4.6.3 仿真算法的实现
• 4.7 小结
• 5 同步加工技术的研究
• 5.1 同步加工概述
• 5.2 同步加工策略
• 5.2.1 同步车外圆
• 5.2.2 同步车端面
• 5.2.3 同步车外圆和钻（镗）孔
• 5.2.4 同步铣削和同步径向钻孔
• 5.3 同步协调优化
• 5.3.1 同步策略对加工参数的影响
• 5.3.2 同步加工工艺规划
• 5.3.3 同步加工工艺规划应用
• 5.4 小结
• 6 原型系统的开发与实现
• 6.1 软件开发平台
• 6.2 软件功能与模块
• 6.3 典型零件同步仿真实例
• 6.3.1 仿真对象分析
• 6.3.2 预处理
• 6.3.3 仿真过程与分析
• 6.4 小结
• 7 全文总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 今后工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录