模具的虚拟仿真制造系统的研究
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摘要
虚拟制造是二十一世纪制造业的发展方向。虚拟制造技术是制造业的一次革命，它引入了全新的设计和制造观念，必将对制造业产生深远的影响。虚拟制造技术还没有形成确定的理论体系，是国内外相关专家研究的热点。本文针对当前制造业的发展现状，提出了建立分散网络化虚拟制造系统的理论观点。其基本内容是通过信息技术和网络技术，将地理位置相距甚远的集团联系在一起，根据市场需求，迅速组成一个没有围墙、超越空间约束并能统一指挥的生产、经营实体，建立动态联盟；通过充分利用不同地区的资源，能够以最快的速度及合理的成本将产品从设计转入生产过程。虚拟制造技术研究的内容非常广泛，包括网络技术、虚拟企业、虚拟现实、柔性制造、数控技术、快速原型制造及并行工程等众多相关技术。本文主要对虚拟仿真加工技术方面进行了研究，并建立了复杂模具虚拟仿真加工系统。通过对各个零件的建模和装配，完成了HAAS机床的装配模型建立任务。将HAAS机床的装配模型作为虚拟仿真加工工具，以复杂模具作为仿真加工对象，模拟其加工过程，得到加工仿真轨迹、数控程序文件，并且验证加工刀具是否干涉。将数控程序文件应用于真实的HAAS加工中心进行验证。本文还对加工刀具的物理仿真做出了初步探索。通过建立铣削刀具加工工件的物理的模型，仿真在铣削过程中刀具的受力变形情况，分析由于切削力的分布不均匀，而引起铣刀刀体发生弯曲变形的状况，对弯曲变形的方向和变形的大小进行预估计，从而有针对性的采取误差补偿方式，对加工误差进行补偿，达到提高加工精度的目的。模具制造技术的迅速发展，已成为现代制造技术的重要组成部分，如模具的CAD／CAM技术，已在开发的模具DNM技术。虚拟制造是模具制造业未来重要的发展趋势之一，应对此进行深入的研究。
The virtual manufacturing is a direction of industry in 21
century. The virtual manufacturing technology is a renovation in
industry. It takes a bran-new idea on designing and manufacturing.
It must make a far-reaching effect on industry. The virtual
manufacturing technology has not engendered a integrated theory
system. It is a hotspot of research for the experts inside and outside
the country. The point of building up a distributed virtual
manufacture system has been brought forward on studying of the
current development of industry. The primary content of this theory
was that the remote enterprises were contacted through information
technology and Internet technology. According to the need of the
market, a producing and management entity that has not bounding
wall and beyond the space restriction was composed. Subsequently
a dynamic alliance was built up. The product was shifted to the
producing process from the design at the fastest speed and rational
cost through utilizing the resources in different area. The content of
the virtual manufacturing technology research is very expansive. It
concludes network technology, virtual enterprise, virtual reality,
flexible manufacturing, NC technology, rapid product making and
cooperated engineering etc. The virtual simulating manufacturing
technology has been studied and a virtual simulating manufacturing
system about the complex mould has been built in the paper. The
HAAS machine's assembly model has been built up through the
modeling and the assembling for each part. The HAAS machine's
assembly mould is used as a tool for simulating manufacturing and the
complex mould is the object to be machined. The simulating track and
NC file have been obtained. The interference of the manufacturing tool
has been checked. The NC file has been applied to the real HAAS for test.
An exploration on the manufacturing tool's physics simulation has also been made in the paper. The tool's distortion was simulated through building up a physical model of a milling tool. The body of the tool's bending distortion was analyzed for the asymmetry cutting force. The direction and the magnitude of the bending distortion were estimated. The error compensation was applied to this situation in order to improve the machining precision. The mould manufacturing technology developed promptly and has become an important component of modern manufacturing technology, such as the CAD/CAM technology, and the DNM technology etc. The virtual manufacturing is an important direction in the mould industry and should be studied deeply.
The virtual manufacturing is a direction of industry in 21
century. The virtual manufacturing technology is a renovation in
industry. It takes a bran-new idea on designing and manufacturing.
It must make a far-reaching effect on industry. The virtual
manufacturing technology has not engendered a integrated theory
system. It is a hotspot of research for the experts inside and outside
the country. The point of building up a distributed virtual
manufacture system has been brought forward on studying of the
current development of industry. The primary content of this theory
was that the remote enterprises were contacted through information
technology and Internet technology. According to the need of the
market, a producing and management entity that has not bounding
wall and beyond the space restriction was composed. Subsequently
a dynamic alliance was built up. The product was shifted to the
producing process from the design at the fastest speed and rational
cost through utilizing the resources in different area. The content of
the virtual manufacturing technology research is very expansive. It
concludes network technology, virtual enterprise, virtual reality,
flexible manufacturing, NC technology, rapid product making and
cooperated engineering etc. The virtual simulating manufacturing
technology has been studied and a virtual simulating manufacturing
system about the complex mould has been built in the paper. The
HAAS machine's assembly model has been built up through the
modeling and the assembling for each part. The HAAS machine's
assembly mould is used as a tool for simulating manufacturing and the
complex mould is the object to be machined. The simulating track and
NC file have been obtained. The interference of the manufacturing tool
has been checked. The NC file has been applied to the real HAAS for test.
An exploration on the manufacturing tool's physics simulation has also been made in the paper. The tool's distortion was simulated through building up a physical model of a milling tool. The body of the tool's bending distortion was analyzed for the asymmetry cutting force. The direction and the magnitude of the bending distortion were estimated. The error compensation was applied to this situation in order to improve the machining precision. The mould manufacturing technology developed promptly and has become an important component of modern manufacturing technology, such as the CAD/CAM technology, and the DNM technology etc. The virtual manufacturing is an important direction in the mould industry and should be studied deeply.
引文
[1] 张曙，林德生可持续发展的生产模式—分散网络化生产系统 中国机械工程 1998，9(2)：68～71
[2] 张曙 独立制造岛和分散网络化生产系统 机电一体化 1997，3(4)：37～38
[3] 王志新，张华 虚拟技术及其应用 上海理工大学学报 1998，20(1)：49～55
[4] 谢友柏 分布式设计知识资源的建设和运用—“倡建现代设计与产品研究开发网络—虚拟异地合作组织”的基本思想 中国机械工程 1998，9(2)：16～18
[5] 李斌，师汉民基于Agent分布式网络化制造模式的研究 中国机械工程 1999，10(12)
[6] 路甬祥 工程设计的发展趋势和未来 机械工程学报 1997，33(1)：1～8
[7] 张华，王志新 机械加工综合制动化生产线监控管理系统软件设计研究 上海理工大学学报 1998，20(1)：70～75
[8] 唐志卫，王志新 基于Window95平台的通讯程序设计与应用研究 计算机应用 1998，18(3)：19～21
[9] 张曙 已独立制造岛为基础的虚拟制造 中国机械工程 1996，7(5)：21～24
[10] 师汉民 仿生制造 中国机械工程 1998，9(1)：51～54
[11] 陈兴，李德群 参数化图形库技术 计算机应用，1994，(2)
[12] 李蔚，张易程 基于零件-设备特征匹配的CAPP系统的研制 组合机床与自动化加工技术 2000(10)，13～15
[13] 于华，高国安CALS—21世纪企业生存与发展的平台 高技术通讯 1996，6(8)：60～62
[14] 蒋新松，张申生 敏捷竞争的挑战与思考 计算机集成制造系统 1996
[15] 王宗彦，何小朝 基于约束的参数化设计与建库工具研究 计算机辅助设计与制造 1998，(4)
[16] 陈子辰，唐人仲 21世纪制造业面临的挑战和对策 97浙江省机电一体化青年学术论坛特邀大会报告论文 1997
[17] 屈贤明 制造业企业生产方式和组织结构面临重大变革 先进生产模式与制造哲理研讨会论文集 1997
[18] 何鸿声，张建林 制造业车间生产调度方案的仿真 管理工程学报 1997，11(3)：162～165
[19] 海峰，李钢 CIMS下企业再造的思考 先进制造技术 1996，443～445
[20] 高红，熊光楞 决策规则在仿真调度中的应用 控制与决策 1995，10(2)：114～118
[21] 李宏，张秋菊 基于敏捷制造思想的自动化车间生产组织管理方式 组合机床与自动化加工技术 1997，(2)：28～31
[22] 邓超，李培根 一种车间作业计划方法的研究 组合机床与自动化加工技术 1997，(9)：34～36
[23] 任守渠 先进制造系统的运转模式—自组织 863研究报告 同济大学 1997，10
[24] 陈杰，孙宇 先进制造环境中的车间管理模式的研究 先进制造技术论文集 1996
[25] 龚宇，熊光楞 机器学习在智能车间调度系统中的应用 控制与决策 1997，5(3)：222～227
[26] 张伯钦，陈义坤 Unigraphics V16实体与组合应用 科学出版社 2001
[27] 洪志贤，张文奖 UG三轴铣床加工模组 北京大学出版社 2001
[28] 黄心渊 虚拟现实技术与应用 科学出版社 1997
[29] 尼葛洛庞帝著 胡泳，范海燕译 数字化生存 海南出版社 1997
[30] 蔡青，高光焘 CAD／CAM系统的可视化集成化智能化网络化 西北工业大学出版社 1996
[31] 姜晓菊，田雨华 虚拟现实技术及其在制造中的应用 CIMS文摘 1997
[32] 卢继平，郑力 虚拟制造技术 CIMS简报 1998
[33] 李伯虎 计算机集成制造系统(CIMS)约定、标准与实施指南 兵器工业出版社 1994
[34] Wohler Terry 华嘉公司译 快速成型工业现状—1997全球进展报告 全美制造工程师协会快速成形分会，1998
[35] 汪成为，高文 灵境(虚拟现实)技术的理论、实现及应用 清华大学出版社 1996
[36] 曾建超，俞志和 虚拟现实的技术及其应用 清华大学出版社 1996
[37] 张曙 中国制造企业怎样进入21世纪 国防工业出版社 1997
[38] Mark Norris著 屈健译 全域联网集粹 电子工业出版社 1998
[39] 吴斌，毕丽蕴 OpenGL编程实例与技巧 人民邮电出版社，1999
[40] 郑阿奇 Visual C++实用教程 电子工业出版社 2000
[41] 王宏，李冬 Windows API 常用技巧汇编 清华大学出版社 2000
[42] Mark Sapien著 邱仲潘译 ISDN从入门到精通 电子工业出版社 1998
[43] 师汉民 集成制造与智能制造 机械工业出版社 1996
[44] 刘清吉，张文奖 I-DEAS进阶 科学出版社 2001
[45] 方新 I-DEAS产品三维设计指南 机械工业出版社 2000
[46] 张简坤正，柯孜升 I-DEAS入门科学出版社 2001
[47] 孙波 OpenGL编程实例 北京大学出版社 2000
[48] 江早 OpenGL VC／VB图形编程 科学出版社 2001
[49] Liu Zhengxun,Zhao Yongshun Ruled Surface Machining by 4-axes Simultaneous Control Wire-EDM Chinese Journal of Mechanical Engineering 1995,8(4):291～297
[50] Autodesk,Inc Autodesk official training courseware Autodesk Inventor R2 Essential 2000
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[55] Bailey M J Journal of Intelligent Manufacturing 1997,8(6):363～378
[56] Wright P K Journal of Manufacturing Systems 1996,15(6):432～442
[57] Jacobson L Garage Virtual Reality Sams Publishing 1994
[58] Wodaski R Virtual Reality Madness SAMS Publishing 1993
[59] Gaines B R An Intelligent Information System Supporting the Virtual Manufacturing Enterprise University of Calgary 1997
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