【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ............................... 80 虛擬加工中心詳細(xì)設(shè)計(jì) ...................................................................................... 80 機(jī)床模型詳細(xì)設(shè)計(jì) ................................................................................... 80 建立機(jī)床運(yùn)動(dòng)模型 ................................................................................... 81 建立機(jī)床三維模型 ................................................................................... 83 定義刀具庫(kù) ............................................................................................... 84 虛擬機(jī)床控制系統(tǒng)的定制 .................................................................................. 85 VERICUT 仿真控制系統(tǒng)定制工具介紹 .................................................. 85 刀具庫(kù)系統(tǒng)定義 ........................................................................................ 86 特殊指令的定義 ....................................................................................... 89 控制系統(tǒng)定制中注意事項(xiàng) ....................................................................... 90 復(fù)雜零件仿真加工實(shí)例 ...................................................................................... 91 柴油機(jī)缸蓋加工仿真 ............................................................................... 91 柴油機(jī)機(jī)架加工仿真 ............................................................................... 93 本章小結(jié) .............................................................................................................. 94 總結(jié)與展望 ............................................................................................. 95 致 謝 ....................................................................................................... 96 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 參 考 文 獻(xiàn) ........................................................................................... 97 VII 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第一章 緒論 課題的研究背景 然而，長(zhǎng)期以來(lái)，由于機(jī)架類零件形狀復(fù)雜，工藝煩瑣，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，加工操作時(shí) 對(duì)工人技術(shù)水平要求高 ， 且容易出錯(cuò) ， 其制造加工技術(shù)一直以來(lái)是制約著我國(guó)乃至世界 生產(chǎn)柴油機(jī)技術(shù)的一大難題 。 因此 ， 擁有一套比較完善的柴油機(jī)復(fù)雜零件數(shù)控加工編程 系統(tǒng)，即柴油機(jī)復(fù)雜零件 CAM 系統(tǒng)，已成為各柴油機(jī)制造企業(yè)的迫切需求。 船用柴油機(jī)作為船舶 的 “ 心臟 ” ， 是船舶不可或缺的動(dòng)力裝置 ， 其重要性不言自明， 船用柴油機(jī)也是影響船舶性能的關(guān)鍵 ， 其技術(shù)含量高 ， 系統(tǒng)性強(qiáng) ， 是 國(guó)家重點(diǎn)扶持項(xiàng)目， 發(fā)展柴油機(jī)生產(chǎn)完全符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策和造船業(yè)發(fā)展規(guī)劃 。 但是長(zhǎng)期以來(lái) ， 船用柴油機(jī) 的制造卻一直滯后于整個(gè)造船流程 ， 已成為我國(guó)乃至世 界造船業(yè)發(fā)展的瓶 頸 。 究其主要 原因之一就是船用柴油機(jī)復(fù)雜零件一般形狀復(fù)雜、體積龐大，加工工藝復(fù)雜、刀具運(yùn)動(dòng) 軌跡限制條件多、加工質(zhì)量要求高、對(duì)企業(yè)加工設(shè)備和工作人員的要求較高。 近年來(lái) ， 隨著國(guó)際船舶市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈 ， 世界各大造船企業(yè)紛紛采用一切可能 的先進(jìn)制造技術(shù)和手段 ， 縮短產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間和生產(chǎn)周期 ， 提高產(chǎn)品質(zhì)量 ， 降低制造成本， 提供技術(shù)支持與售后服務(wù)，從而來(lái)贏得市場(chǎng)與用戶。但是，作為船舶的心臟，船用柴油 機(jī)的設(shè)計(jì)和制造卻一直滯后于整個(gè)造船流程 ， 其中最主要的原因之一是機(jī)架類零件在加 工過(guò)程中，編制工藝時(shí)仍采 用手工編制或是通用的工藝編制軟件；在數(shù)控編程時(shí)，還是 采用手工編程或是直接使用通用軟件編程的方式，上述做法不僅效率低，重復(fù)勞動(dòng)多， 而且容易出錯(cuò) ， 浪費(fèi)了大量的人力 、 財(cái)力和物力 ， 導(dǎo)致船用柴油機(jī)復(fù)雜零件生產(chǎn)周期長(zhǎng)， 復(fù)雜零件的成品率低 ， 嚴(yán)重阻礙了船用柴油機(jī)制造技術(shù)的發(fā)展 ， 所以引進(jìn)的相應(yīng)先進(jìn)技 術(shù)并未在船 用 柴油機(jī)復(fù)雜零件的數(shù)字化制造過(guò)程中發(fā)揮重要作用 。 研究出一種高效 、 簡(jiǎn) 便的船 用 柴油機(jī)復(fù)雜零件數(shù)控加工編程的方法 ， 開發(fā)一套針對(duì)性強(qiáng) 、 實(shí)用的柴油 機(jī) 復(fù)雜 零件數(shù)控自動(dòng)編 程 與仿真系統(tǒng) ， 提高柴油機(jī)復(fù)雜 零件加工效率和加工零件質(zhì)量 ， 減少重 復(fù)勞動(dòng)，減少加工中由于人為編程而出現(xiàn)的錯(cuò)誤，節(jié)省人力和財(cái)力。為船用柴油機(jī)復(fù)雜 零件的制造技術(shù)帶來(lái)新的活力，已成為船舶行業(yè)的當(dāng)務(wù)之急、迫切所需。本系統(tǒng)的開發(fā) 必將提升船用柴油機(jī)的制造水平，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的應(yīng)用前景。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 國(guó)外研究的現(xiàn)狀 數(shù)控編程技術(shù) 國(guó)外對(duì)數(shù)控編程技術(shù)的研究比較早， 1952 年美國(guó)帕森斯（ Parsons）公司和麻省理 工學(xué)院合作研制成功世界上第一臺(tái)三坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床 ， 為計(jì)算機(jī)在產(chǎn)品制造中的應(yīng)用開創(chuàng) 了一條嶄新的道路，成為計(jì)算機(jī)輔助制造（ CAM）的開端。與此同時(shí)，數(shù)控編程系統(tǒng)的 研發(fā)也得到了飛速的發(fā)展 。 1956 年以自動(dòng)編程工具 APT（ Automatic Programming Tools） 為基礎(chǔ)，開始研究數(shù)控編程語(yǔ)言，而且不斷擴(kuò)充、完善，到 70 年代推出了 APTⅣ 及各 種不同版本的 APT 系統(tǒng)軟件。 由于數(shù)控加工在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮的作用越來(lái)越大 ， 以其為背景出現(xiàn)了一批非常 優(yōu) 秀的應(yīng)用軟件，這些軟件具有先進(jìn)的管理基礎(chǔ)、強(qiáng)大的工程背景、完善的操作功能和專 業(yè)化的技術(shù)服務(wù)，能夠顯著地提高制造業(yè)的整體效益。正因?yàn)槿绱?，這些應(yīng)用軟件很快 贏得了廣大 CAD/CAE/CAM 用戶的青睞 ， 成為制造業(yè)中真正的商品化軟件 ， 其中較具有代 表性的有 MasterCAM、 UG、 Solidworks、 Pro/Engineer 等。 在數(shù)控編程的后置處理方面 ， 國(guó)外的研究情況是 ： 在并聯(lián)機(jī)床的后置處理研究方面， 開發(fā)出交互式 NC 后置處理器產(chǎn)生器 CAMPost 的 ICAM 技術(shù)公司致力于并聯(lián)機(jī)床 NC 后置 處理器的開發(fā)，并成功為 Tricept805 并聯(lián)機(jī)床開發(fā)了專門的并聯(lián)機(jī)床后置處理器。 、 等分別開發(fā)出了適合不同類型并聯(lián)機(jī)床的后置處理器。 后置處理技術(shù) 20 世紀(jì) 50 年代美國(guó)麻省理工學(xué)院設(shè)計(jì)了 APT（ Automatically Programmed Tools） 語(yǔ) ， APT 語(yǔ)言的開發(fā)應(yīng)用具有劃時(shí)代的里程碑意義 。 在 APT 中 ， 對(duì)于不同的數(shù)控系統(tǒng)， 有針對(duì)性的編寫不同的后置處理程序 ， 由于數(shù)控系統(tǒng)種類繁多 ， 機(jī)床配置不盡相同 ， APT 的專用后置處理程序也多種多樣。 針對(duì) APT 格式的刀軌的專用后置處理，國(guó)外對(duì)此后置處理技術(shù)研究十分地重視， 各 CAD/CAM 軟件廠家都研究開發(fā)了各自的后置處理系統(tǒng) .如 UGII 采用了 UG/POST、 Pro/Engineer 系統(tǒng)采 用 了 Pro/NC POST、 Master CAM 系統(tǒng)采用 pst 等 。 部分軟件廠家采 用了捆綁式專業(yè)后置處理系統(tǒng)，如 Surfcam 采 用 SPost， CATIA 除 可 采用 ImsPost 外 ,還 可采用德國(guó)的 C，此外還有獨(dú)立的后置處理系統(tǒng)，如加拿大 ICAM Technology 3 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） Corporation 公司的 CamPost，美國(guó) Software Magic， Inc 公司的 IntelliPost， .CAD/CAM Resources Ins 的 NC Post Plus 等。 加工仿真技術(shù) 數(shù)控加工仿真一直是國(guó)外 CAD/CAM 技術(shù)的一個(gè)研究熱點(diǎn) 。 Kawabe 等人最早利用刀具 軌跡，采用邊界表示法來(lái)獲取刀具加工零件的框架圖，因?yàn)樵摲椒ê?jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，所 以被早期大多數(shù)的 CAD/CAM 系統(tǒng)所采用。但是，因?yàn)楣ぜ螤钤絹?lái)越復(fù)雜，刀具軌跡包 含的信息量也越來(lái)越多 ， 導(dǎo)致圖形形狀混亂不清 ， 于是仿真研究開始向三維實(shí)體仿真算 法方向發(fā)展，如： Anderson 研究了三維碰撞檢驗(yàn)算法， Chappel 給出了利用向量來(lái)分析 切削過(guò)程的算法， 研究了基于布爾運(yùn)算的 NC 檢驗(yàn)系統(tǒng)， 提出了 直接尺寸檢驗(yàn)方法等， Sungurtekin 等提出了特定造型設(shè)備上的數(shù)控仿真系統(tǒng)。 由于加工仿真具有誘人的應(yīng)用前景 ， 促使發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)其進(jìn)行深 入 研究 ， 并已出現(xiàn)許 多成功的 應(yīng)用范例。 在北美，已形成了由政府、產(chǎn)業(yè)界、大學(xué)組成的多層次、多方位的綜合研究開發(fā)力 量。主要研究機(jī)構(gòu)有： (1)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)局 (NTST)制造工程實(shí)驗(yàn)室； (2)美國(guó) Maryland 大學(xué)系統(tǒng)研究學(xué)院 CIM 實(shí)驗(yàn)室 ； (3)美國(guó)伊利諾斯大學(xué)芝加哥分校機(jī)械系工業(yè) 虛擬現(xiàn)實(shí)研究所。美國(guó) Missourirolla 大學(xué)提出的 CNC 車床的圖形仿真，通過(guò)二維圖 形顯示刀具軌跡及毛坯隨刀具軌跡發(fā)生的變化 ， 并在屏幕上給出對(duì)應(yīng)的加工狀態(tài) 。 美國(guó) Deneb 公司推出了數(shù)控加工過(guò)程仿真軟件 VNC，利用虛擬制造技 術(shù)提供了一個(gè)真正的三 維環(huán)境來(lái)模擬機(jī)床和 CNC 控制器 ， 進(jìn)行加工過(guò)程的仿真 ， 操作人員可以像操作實(shí)際機(jī)床 一樣與虛擬設(shè)備交互，評(píng)價(jià)刀具與參數(shù)的配置，預(yù)測(cè)功率，檢查干涉與碰撞等。加拿大 WATERLOO 大學(xué)的機(jī)械工程系和集成制造系統(tǒng)管理研究中心也有部分與數(shù)控仿真相關(guān)的 研究項(xiàng)目。 國(guó)外研究起步較早，其研究成果較多，已經(jīng)掌握核心技術(shù)。目前，國(guó)外的數(shù)控代碼 檢驗(yàn)系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到了實(shí)用化、商品化的階段，有單獨(dú)的數(shù)控加工仿真軟件包，例如： GGTech 公司的 VERICUT 軟件包 ， Cimplex 公司的 NCV 軟件包 ， NCCS 公司的 IPV 軟件 ， SILMA 公司的 Cimstation 軟件等等。 4 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 國(guó)內(nèi)研究的現(xiàn)狀 數(shù)控編程技術(shù) 國(guó)內(nèi)的數(shù)控編程起步較晚，較國(guó)外的落后，但也取得了一些較好的成果，也自行研 發(fā)了一些數(shù)控編程系統(tǒng)，主要情況如下： 工藝模塊的逐漸集成運(yùn)用到 CAM 系統(tǒng)當(dāng)中 。 隨著產(chǎn)品的多樣化的發(fā)展 ， 特別是隨著 復(fù)雜零件的生產(chǎn)需求不斷擴(kuò)大 ， 零件的加工工藝水平就成為亟待解決的問(wèn)題 。 一些有關(guān) CAM 系統(tǒng)開發(fā)的支撐技術(shù)也發(fā)展得比較快，如南京電子技術(shù)研究所 ,提出了 UG 加工數(shù)據(jù) 庫(kù)應(yīng)用的一種實(shí)用方案 ,通過(guò) UG 內(nèi)置加工數(shù)據(jù)庫(kù)與刀具庫(kù)存管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的集成 ,實(shí) 現(xiàn)數(shù)控編程系統(tǒng)與刀具庫(kù)存管理系統(tǒng)的信息共享 ,為 UG CAM 系統(tǒng)的開發(fā)提供了有力的技 術(shù)支持。東華