船用柴油机关键零件加工仿真技术研究

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1、江苏科技大学硕士学位论文船用柴油机关键零件加工仿真技术研究姓名：蔡勇申请学位级别：硕士专业：机械制造及其自动化指导教师：景旭文20080313大摘要船用柴油机关键零件加工仿真技术研究大摘要近年来，随着国际船舶市场竞争的日益激烈，世界各大造船企业纷纷采用一切可能的先进制造技术和手段，缩短产品开发时间和生产周期，提高产品质量，降低制造成本，提供技术支持与售后服务，从而来赢得市场与用户。但是，作为船舶的心脏，船用柴油机的设计和制造却一直滞后于整个造船流程，其中最主要的原因是一些关键零件的验证加工还是采用传统的“试切”方式，严重阻碍了船用柴油机的生产周期。为此，人们一直在研究能逐步代替试切的计算机仿真

2、方法，并在试切环境的模型化、仿真计算和图形显示等方面取得了重要的进展，目前正向提高模型的精确度、仿真计算实时化和改善图形显示的真实感等方向发展。本课题的研究工作旨在实现船用柴油机关键零件数控加工的虚拟建摸与仿真，缩短船用柴油机产品的制造周期。其创新之处就在于研究和建立适用于船用柴油机关键零件的虚拟制造环境，这将为检验数控加工和验证数控程序的正确性提供一种简便可行的方法，避免实际加工过程中的各种异常现象，简化实际加工过程中的监测与诊断设备，提高加工安全性与经济效益，同时可以在短时间内反复比较多种加工方法的优劣，优化出一个适合企业目前生产要素的最佳加工方案。该课题的研究必将对船用柴油机的设计、制造

3、质量起到极大的保证作用，大大地提升企业在国内外船舶市场的竞争能力。船用柴油机的一些关键零件由于其结构复杂，精度和质量要求高，一直是数控加工的“瓶颈”，进而影响整个产品的生产周期。本课题的合作单位——某船用柴油机制造企业在数控加工仿真方面起步较晚，很长一段时间数控程序验证都是通过试切件加工、程序试划等方法进行的。然而随着高速加工设备的引进，对加工程序的准确性提出了更高的要求，传统的程序验证方法已无法验证程序的正确性。因此急需构建实用性较强、操作简便的船用柴油机虚拟制造环境及加工仿真模型。本课题的研究必将推动船用柴油机的制造水平，具有重要的现实意义和广阔的应用前景。本论文以船用柴油机关键零件为对象

4、，详细研究了虚拟制造环境建模与配置，数控程序管理，NC程序编译与优化等数控加工仿真系统中的关键技术，结合UG和VERICUT开发了船用柴油机关键零件的加工仿真系统（MDE-VMS），这些研究成果为加工仿真技术的理论研究和开发更为实际的加工仿真软件打下了良好的基础。本学位论文的主要工作内容和研究成果总结如下：大摘要（1）对国内外数控加工仿真技术的研究现状进行了分析，针对目前存在的问题，提出以UG和VERICUT两者结合作为二次开发平台，构建了适用于船用柴油机制造企业的加工仿真系统。（2）深入研究了虚拟制造可视化环境技术，总结了其特点和研究内容，分析了其中的关键技术，包括虚拟现实技术，建模技术，仿

5、真技术和信息技术。同时针对船用柴油机产品的制造特点，提出了相应的虚拟制造环境体系结构。（3）通过对船用柴油机产品及其制造装备的结构和运动分析，提出了基于组件树可重构的虚拟加工设备建模方法。应用此方法，从各类模型库中抽取所需的部件，在组件树上可以方便而快捷地装配成虚拟机床。同样，虚拟加工设备再加上刀具和夹具模型，可以实现虚拟制造环境的配置。（4）针对传统的文件夹式数控程序管理方式的弊端，提出了一种面向产品的数据库集中管理方式，开发了与CAPP系统的外部接口，实现了两者的有效集成。（5）总结了企业常用的数控系统的编程规则，形成了数控代码规则库，进而利用专用的编译工具Pargen实现了比较通用的数控

6、程序编译器，可以在仿真前检查数控程序的词法和语法错误，节省仿真验证的时间。（6）在研究分析船用柴油机关键零件加工仿真系统各模块相互联系的基础上，讨论了该系统的关键技术，构建了原型系统，并对其功能架构的原理和特点进行了详细的剖析。（7）在理论研究的基础上，结合企业实际需求，以UG和VERICUT为仿真平台，利用VC++6.0，开发了船用柴油机关键零件加工仿真系统MDE-VMS，实现了零件的虚拟加工过程，并进行了加工质量检验，通过分析和验证，进一步解决了数控加工中遇到的各种问题，保证了数控程序的正确性，最后进行了刀具轨迹优化，在变化的切削条件下，实现刀具路径优化和进给速度补偿，实现最短的加工时间和

7、最优的加工质量。关键词：虚拟制造环境；仿真；建模；船用柴油机；数控程序；VERICUTAbstractResearchonMachiningSimulationforKeyPartsofMarineDieselEngineABSTRACTInrecentyears,becauseoftheincreasinglyfiercecompetition,theworld'smajorshipbuildi