畢業(yè)論文--柴油機(jī) ug nx 復(fù)雜零件數(shù)控編程與仿真系統(tǒng)開發(fā)

1、<p>　　柴油機(jī) UG NX 復(fù)雜零件數(shù)控編程與仿真系統(tǒng)開發(fā)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　船用柴油機(jī)的制造技術(shù)一直是造船行業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)，然而，船用柴油機(jī)的制造 卻一直滯后于整個(gè)造船流程，其中最主要的原因是船用柴油機(jī)零件一般形狀復(fù)雜、體 積龐大，加工難度大，對(duì)企業(yè)加工設(shè)備和工作人員的要求較高。所以研究出一套針對(duì) 性強(qiáng)、實(shí)用

2、的船用柴油機(jī)復(fù)雜零件數(shù)控編程與仿真軟件是十分必要的。</p><p>　　本文通過(guò)編寫的切削參數(shù)優(yōu)選系統(tǒng)確定切削參數(shù)，以 UG 為平臺(tái)，對(duì)其 UG/CAM 模塊進(jìn)行二次開發(fā)，構(gòu)建適用于船用柴油機(jī)復(fù)雜零件加工的自動(dòng)編程系統(tǒng)；并且針對(duì) 柴油機(jī)復(fù)雜零件加工的數(shù)控系統(tǒng)對(duì) UG 后置處理器進(jìn)行二次開發(fā)，研制出專用的后置 處理器；最后以 VERICUT 軟件為平臺(tái)對(duì)柴油機(jī)復(fù)雜零件的加工過(guò)程進(jìn)行虛擬仿真。 主要完成如下工作：&

3、lt;/p><p>　?。?）采用了一種基于變形遺傳算法的切削參數(shù)優(yōu)化選擇方法，并在此基礎(chǔ)上開發(fā) 了一個(gè)在工程數(shù)據(jù)庫(kù)支持下的切削參數(shù)優(yōu)選平臺(tái)。</p><p>　　（2）根據(jù)企業(yè)產(chǎn)品和生產(chǎn)組織特點(diǎn)，運(yùn)用 UG 二次開發(fā)技術(shù)，構(gòu)建適用于船用柴 油機(jī)機(jī)架類和缸蓋類零件的數(shù)控加工平臺(tái)。該平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)船用柴油機(jī)機(jī)架類和缸蓋 類零件數(shù)控加工編程的相關(guān)操作，包括工藝信息的管理、加工參數(shù)的管理、加工程序 的

4、創(chuàng)建，以及刀軌的生成。</p><p>　　（3）通過(guò) UG 中后置處理器的開發(fā)工具 UG/Post，對(duì) UG 的后置處理器進(jìn)行二次 開發(fā)，針對(duì)某船用柴油機(jī)廠的機(jī)床 MV-80(FANUC 18im)、HFB-180(FANUC 16im)和 HM800(FANUC 18im)等 7 臺(tái)數(shù)控開發(fā)了 FANUC 18iM(16iM) 和 SIEMENS 840D 數(shù)控</p><p>　　

5、系統(tǒng)的專用后置處理器。</p><p>　　（4）基于 VERICUT 軟件開發(fā)了一個(gè)數(shù)控加工工藝系統(tǒng)仿真系統(tǒng)，包括 2 臺(tái)虛擬 機(jī)床模型、控制系統(tǒng)及有關(guān)刀具、夾具模型的建立，可以對(duì)柴油機(jī)的復(fù)雜零件（機(jī)架、 缸蓋）進(jìn)行加工仿真，有效地進(jìn)行碰撞檢查和加工程序的驗(yàn)證。</p><p>　　該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了切削參數(shù)優(yōu)選和優(yōu)化、刀具軌跡的自動(dòng)生成以及相應(yīng)數(shù)控代碼的自 動(dòng)生成、對(duì)加工過(guò)程的模擬仿真，并且

6、能對(duì)加工程序的錯(cuò)誤檢查；通過(guò)對(duì)加工過(guò)程的 仿真檢查出數(shù)控程序的不合理之處，實(shí)現(xiàn)了對(duì)刀具軌跡生成和后置處理器開發(fā)的反饋 檢查，最終保證產(chǎn)品試切成功率和加工安全性，具有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 切削參數(shù)優(yōu)化；柴油機(jī)復(fù)雜零件；數(shù)控編程；UG 二次開發(fā)；VERICUT 加工仿真；</p><p><b>　　I</b></p><p&

7、gt;<b>　　Abstract</b></p><p>　　The manufacturing of the marine diesel is the key technology in shipbuilding field. But the manufacturing of marine diesel has been lagging behind the whole shipbuil

8、ding process. The main reason is that the parts of the marine diesel is always complicated, huge in bulk, difficult to manufacturing, and requiring good machine and high level workers. So, to research and find an efficie

9、nt and simple way to do the NC programming and processing simulation which need to be done right now.</p><p>　　This article through to write cutting parameter optimization cutting parameters to determine the

10、 system of UG platform, the UG/CAM module for secondary development, constructing the applicable to Marine diesel engine parts processing complex automatic programming system; And for diesel engine parts processing of co

11、mplex numerical control system of rear UG second processor development, developed a special rear processor; The VERICUT software for the platform on diesel engine complex parts machini</p><p>　　Using a cutti

12、ng parameter optimization selection method based on deformation genetic algorithm, develop a cutting parameters optimization platform in support of the engineering database based on this.</p><p>　　According

13、to the products and products and manufacturing organization features, use UG re-development technology, form CNC manufacturing platform fit to marine diesel engine frame and cylinder parts.This platform can realize the C

14、NC manufacturing programme work of marine diesel engine frame and cylinder parts, including the management of process information and manufacturing parameters, construction of NC programming,creation of tool path .</p

15、><p>　　Through the middle and rera processor of UG development tools UG/Post, put up a re-development of UG rera processor, in allusion to machines of one Marine diesel engine factory MV-80 (FANUC 18 im), HFB-1

16、80 (FANUC 16 im) and HM800 (FANUC 18 im),</p><p>　　numerical control machine developed FANUC July 18 im (16 im) and SIEMENS 840 D numerical control system for the rear processor.</p><p>　　Accord

17、ing to the VERICUT software，develop a system to prccess craft to imitate</p><p>　　the true system,including seven virtual tool machine modals,control system and the establishment of some tools and

18、fixtures modal,it can carry on the processing to imitate to</p><p>　　the complicated spare parts of diesel ,and carry on colliding a check and processes procedure availably.</p><p>

19、　　The system realized the selection and optimization of cutting parameter、the automatic</p><p>　　creation of the tool path and corresponding numerical control code、the simulation of manufacturing process, an

20、d can check for the error of processing procedures; Through the simulation of manufacturing process to check out the shortcomings of numerical control program, to realize the creation of tool path and the feedback check

21、of rear processor development to eventually ensure the success rate of products test cutting and safety of processing, have strong application value.</p><p>　　Keywords: cutting parameters optimization; Diese

22、l engine complex parts; Numerical control programming; UG second development; VERICUT machining simulation;</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 緒論.......................................

23、................................................. - 1 -</p><p>　　1.1 課題的研究背景 ............................................................................................... - 1 -</p><p>　　1.2

24、國(guó)外研究的現(xiàn)狀 ............................................................................................... - 2 -</p><p>　　1.2.1 數(shù)控編程技術(shù) ..........................................................................

25、.............. - 2 -</p><p>　　1.2.2 后置處理技術(shù) ........................................................................................ - 2 -</p><p>　　1.2.3 加工仿真技術(shù) ................................

26、........................................................ - 3 -</p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)研究的現(xiàn)狀 ............................................................................................... - 4 -</p><p>

27、　　1.3.1 數(shù)控編程技術(shù) ........................................................................................ - 4 -</p><p>　　1.3.2 后置處理技術(shù) .........................................................................

28、............... - 4 -</p><p>　　1.3.3 加工仿真技術(shù) ........................................................................................ - 5 -</p><p>　　1.4 目前存在的問(wèn)題 ................................

29、............................................................... - 5 -</p><p>　　1.4.1 數(shù)控編程技術(shù) ........................................................................................ - 5 -</p><p>

30、;　　1.4.2 后置處理技術(shù) ......................................................................................... - 6 -</p><p>　　1.5 課題研究?jī)?nèi)容與要求 .......................................................................

31、................ - 6 -</p><p>　　1.6 設(shè)計(jì)成員組成與分工 ....................................................................................... - 7 -</p><p>　　第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) ...............................

32、................................ - 8 -</p><p>　　2.1 柴油機(jī)復(fù)雜零件自動(dòng)編程系統(tǒng)體系設(shè)計(jì) ....................................................... - 9 -</p><p>　　2.1.1 柴油機(jī)復(fù)雜零件自動(dòng)編程系統(tǒng)框架設(shè)計(jì) ...........................

33、................. - 9 -</p><p>　　2.1.2 柴油機(jī)復(fù)雜零件數(shù)控自動(dòng)編程系統(tǒng)的組成模塊 .............................. - 10 -</p><p>　　2.2 專用后置處理器設(shè)計(jì) .......................................................................

34、.............. - 11 -</p><p>　　2.2.1 后置處理工作流程 .............................................................................. - 11 -</p><p>　　2.2.2 專用后置處理器需實(shí)現(xiàn)的功能 ...............................

35、........................... - 12 -</p><p>　　2.3 柴油機(jī)復(fù)雜零件加工仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì) ............................................................. - 13 -</p><p>　　2.3.1 仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) ....................................

36、.............................................. - 14 -</p><p>　　2.3.2 仿真系統(tǒng)的主要功能模塊 .................................................................. - 14 -</p><p>　　2.4 本章小結(jié) ...................

37、...................................................................................... - 15 -</p><p>　　第三章 船用柴油機(jī)復(fù)雜零件數(shù)控編程系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)............. - 16 -</p><p>　　3.1 組成模塊詳細(xì)設(shè)計(jì) .......................

38、.................................................................. - 16 -</p><p>　　3.1.1 刀具信息庫(kù)模塊 .................................................................................. - 16 -</p><p>

39、;　　3.1.2 特征工藝模塊 ...................................................................................... - 17 -</p><p>　　3.1.3 模板庫(kù)管理模塊 ........................................................................

40、.......... - 20 -</p><p>　　3.1.4 特征數(shù)控編程模塊 .............................................................................. - 20 -</p><p>　　3.1.5 柴油機(jī)關(guān)鍵件編程導(dǎo)航管理模塊 ..................................

41、.................... - 23 -</p><p>　　3.1.6 用戶信息管理模塊 .............................................................................. - 23 -</p><p>　　3.2 復(fù)雜零件特征分析 .................................

42、......................................................... - 24 -</p><p>　　3.3 復(fù)雜零件特征刀軌規(guī)劃與優(yōu)化 ..................................................................... - 26 -</p><p>　　3.3.1 復(fù)雜類零件特征刀

43、軌規(guī)劃分析 .......................................................... - 26 -</p><p>　　3.3.2 復(fù)雜零件特征刀軌知識(shí)庫(kù)的建立 ...................................................... - 30 -</p><p>　　3.3.3 特征刀軌庫(kù)的建立及應(yīng)用 .

44、................................................................. - 32 -</p><p>　　3.3.4 特征刀軌參數(shù)分析與獲取 .................................................................. - 33 -</p><p>　　3.3.5 復(fù)雜零

45、件加工特征刀軌規(guī)劃與優(yōu)化方法 .......................................... - 34 -</p><p>　　3.4 基于特征的刀軌生成步驟 ............................................................................. - 39 -</p><p>　　3.5 本章小結(jié)

46、 ......................................................................................................... - 40 -</p><p>　　第四章 切削參數(shù)優(yōu)選系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) ..................................... - 41 -</p><p>

47、　　4.1 系統(tǒng)的需求分析 ............................................................................................. - 41 -</p><p>　　4.2 切削參數(shù)優(yōu)選系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)架 ................................................................

48、......... - 41 -</p><p>　　4.3 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境和開發(fā)工具 ............................................................................. - 43 -</p><p>　　4.4 切削參數(shù)優(yōu)選模型 ...........................................

49、.............................................. - 44 -</p><p>　　4.4.1 切削參數(shù)優(yōu)選模型的建立 .................................................................. - 44 -</p><p>　　4.4.2 切削參數(shù)優(yōu)選模型的求解 ..........

50、........................................................ - 46 -</p><p>　　4.6 切削參數(shù)優(yōu)選系統(tǒng)運(yùn)行示例 ......................................................................... - 50 -</p><p>　　4.7 本章小結(jié) ...

51、...................................................................................................... - 55 -</p><p>　　第五章 數(shù)控機(jī)床后置處理器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) ......................... - 56 -</p><p>　　5.1 后置處理器系

52、統(tǒng)方案設(shè)計(jì) ............................................................................. - 56 -</p><p>　　5.1.1 后置處理的類型 .................................................................................. - 56 -<

53、;/p><p>　　5.1.2 幾種常用數(shù)控編程軟件的后處理技術(shù) ............................................... - 57 -</p><p>　　5.1.3 系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái) ......................................................................................

54、 - 57 -</p><p>　　5.1.4 系統(tǒng)開發(fā)目標(biāo) ...................................................................................... - 59 -</p><p>　　5.1.5 后置處理器開發(fā)的一般過(guò)程 ........................................

55、...................... - 60 -</p><p>　　5.2 后置處理器系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì) ............................................................................. - 62 -</p><p>　　5.2.1 UG 平臺(tái)后置處理器創(chuàng)建步驟........................

56、..................................... - 62 -</p><p>　　5.2.2 SINUMERIK840D 后置處理器的開發(fā) ............................................... - 65 -</p><p>　　5.2.3 數(shù)控機(jī)床后置處理器的驗(yàn)證 ...........................

57、................................... - 71 -</p><p>　　5.2.4 其他數(shù)控機(jī)床后置處理器關(guān)鍵功能的實(shí)現(xiàn) ...................................... - 72 -</p><p>　　5.3 本章小結(jié) ...................................................

58、...................................................... - 75 -</p><p>　　第六章 基于 VERICUT 復(fù)雜零件工藝仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 76</p><p>　　6.1 工藝仿真系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì) .............................................................

59、......................... 76</p><p>　　6.1.1 工藝仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo) ........................................................................... 76</p><p>　　6.1.2 工藝仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想 ................................

60、........................................... 76</p><p>　　6.1.3 工藝仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ........................................................................... 77</p><p>　　6.2 虛擬加工中心方案設(shè)計(jì) ................

61、...................................................................... 78</p><p>　　6.2.1 虛擬加工各軸關(guān)系分析 ........................................................................... 78</p><p>　　6.2.2

62、 工藝系統(tǒng)建模 ........................................................................................... 79</p><p>　　6.2.3 虛擬加工中心控制系統(tǒng)定義 ................................................................... 79<

63、/p><p>　　6.2.4 虛擬加工中心仿真 ................................................................................... 80</p><p>　　6.3 虛擬加工中心詳細(xì)設(shè)計(jì) ............................................................

64、.......................... 80</p><p>　　6.3.1 機(jī)床模型詳細(xì)設(shè)計(jì) ................................................................................... 80</p><p>　　6.3.2 建立機(jī)床運(yùn)動(dòng)模型 ...........................

65、........................................................ 81</p><p>　　6.3.3 建立機(jī)床三維模型 ................................................................................... 83</p><p>　　6.3.4 定義刀具庫(kù)

66、............................................................................................... 84</p><p>　　6.4 虛擬機(jī)床控制系統(tǒng)的定制 ..................................................................................

67、 85</p><p>　　6.4.1 VERICUT 仿真控制系統(tǒng)定制工具介紹85</p><p>　　6.4.2 刀具庫(kù)系統(tǒng)定義 ........................................................................................ 86</p><p>　　6.4.3 特殊指令的定義

68、 ....................................................................................... 89</p><p>　　6.4.4 控制系統(tǒng)定制中注意事項(xiàng) ....................................................................... 90</p>&

69、lt;p>　　6.5 復(fù)雜零件仿真加工實(shí)例 ...................................................................................... 91</p><p>　　6.5.1 柴油機(jī)缸蓋加工仿真 .................................................................

70、.............. 91</p><p>　　6.5.2 柴油機(jī)機(jī)架加工仿真 ............................................................................... 93</p><p>　　6.6 本章小結(jié) ................................................

71、.............................................................. 94</p><p>　　總結(jié)與展望............................................................................................. 95</p><p>　　致 謝.....

72、.................................................................................................. 96</p><p>　　參 考 文 獻(xiàn).........................................................................................

73、.. 97</p><p><b>　　VII</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 課題的研究背景</p><p>　　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)

74、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。</p><p>　　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)，

75、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。</p><p>　　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

76、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)

77、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。</p><p&g

78、t;　　1.2 國(guó)外研究的現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.1 數(shù)控編程技術(shù)</p><p>　　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</p><p>　　研發(fā)也

79、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 APT-Ⅳ及各 種不同版本的 APT 系統(tǒng)軟件。</p><p>　　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)

80、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。</p><p>　　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 CAM-Post 的 ICAM

81、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。 S.L.Chen、T.H.Chang 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。</p><p>　　1.2.2 后置處理技術(shù)</p><p>　　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

82、） 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。</p><p>　　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 UG-II 采用了 UG/POST、 Pro/E

83、ngineer 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 Cnet，此外還有獨(dú)立的后置處理系統(tǒng)，如加拿大 ICAM Technology</p><p>　　Corporation 公司的 Cam-Post，美國(guó) Software M

84、agic，Inc 公司的 IntelliPost，.CAD/CAM Resources Ins 的 NC Post Plus 等。</p><p>　　1.2.3 加工仿真技術(shù)</p><p>　　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 CA

85、D/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，K.K.Wang 研究了基于布爾運(yùn)算的 NC 檢驗(yàn)系統(tǒng)，J.H.Oliver 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)。</p&g

86、t;<p>　　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。</p><p>　　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。

87、美國(guó) Missouri-rolla 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

88、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。</p><p>　　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。&l

89、t;/p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)研究的現(xiàn)狀</p><p>　　1.3.1 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</p><p>　　發(fā)了一些數(shù)控編程系統(tǒng)，主要情況如下：</p><p>　　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)

90、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。東華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院劉佳亮、李蓓智等開發(fā)的----基于 UG 平臺(tái)二次開發(fā)的 數(shù)控加工 CAPP 系統(tǒng)，利用 UG 提

91、供的基本功能和二次開發(fā)工具，開發(fā)出一套基于知識(shí)庫(kù) 的數(shù)控加工 CAPP 系統(tǒng)，將加工各種零件所獲得的知識(shí)，經(jīng)過(guò)分析處理，保存在數(shù)據(jù)庫(kù) 中，運(yùn)用工藝規(guī)劃模塊幫助缺少經(jīng)驗(yàn)的編程人員快速生成對(duì)應(yīng)加工特征的合理加工參 數(shù)，縮短了零件加工的周期，提高了加工效益并獲得穩(wěn)定的加工質(zhì)量。</p><p>　　1.3.2 后置處理技術(shù)</p><p>　　國(guó)內(nèi)對(duì)后置處理理論與技術(shù)也進(jìn)行了深入研究，取得了一定

92、的研究成果，針對(duì)自行 開發(fā)的 CAD/CAM 系統(tǒng)，張利波等提出了一種基于配置文件的開放式數(shù)控編程通用后 置處理模型，定義了配置文件的語(yǔ)法規(guī)則，給出了配置文件的 BNF 語(yǔ)言描述及相應(yīng)的 解釋算法，并在 HUSTCADM 系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)；程筱勝等對(duì)南京航空航天大學(xué)的超人 CAD/CAM 系統(tǒng)的通用后置處理系統(tǒng)進(jìn)行了研究，開發(fā)了具有交互式圖形系統(tǒng)用戶界面 的通用后置處理程序。</p><p>　　在數(shù)控編程加工領(lǐng)域，國(guó)

93、外 CAD/CAM 系統(tǒng)出現(xiàn)得較早，開發(fā)和應(yīng)用的時(shí)間也較 長(zhǎng)，發(fā)展比較成熟，占據(jù)絕大多數(shù)數(shù)控自動(dòng)編程市場(chǎng)，因此，國(guó)內(nèi)對(duì)現(xiàn)役主要 CAD/CAM 系統(tǒng)進(jìn)行后置處理研究，探索其與數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機(jī)床的結(jié)合，解決數(shù)控加工的矛盾， 具有較大的工程應(yīng)用價(jià)值和意義。明興祖分析了 MasterCAM 后置處理系統(tǒng)的基本組成 和結(jié)構(gòu)，探索對(duì)其開發(fā)的途徑，但未涉及具體系統(tǒng)和機(jī)床的處理方法；哈爾濱工業(yè)大學(xué) 的陳輝等針對(duì)其開發(fā)的并聯(lián)機(jī)床，在 UG/Post

94、的基礎(chǔ)上，開發(fā)了并聯(lián)機(jī)床后置處理器，</p><p>　　用于六軸或七軸并聯(lián)機(jī)床的后置處理。 1.3.3 加工仿真技術(shù)</p><p>　　國(guó)內(nèi)近年來(lái)也有許多研究者在數(shù)控加工仿真領(lǐng)域進(jìn)行了有益的探索。清華大學(xué)、華 中科技大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、東北大學(xué)、南京航 空航天大學(xué)等高校的研究團(tuán)隊(duì)都在此領(lǐng)域進(jìn)行了一系列深入的研究。</p><p>

95、;　　清華大學(xué)的肖田元、韓向利等人對(duì)數(shù)控仿真中的關(guān)鍵問(wèn)題直線與刀具掃掠體的求交 算法進(jìn)行了研究，并設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了材料去除過(guò)程三維動(dòng)畫軟件 GNCV。西北工業(yè)大學(xué)的 湯幼寧、魏生民等人在獨(dú)立的 Dexel 坐標(biāo)系中構(gòu)造物體的 Dexel 模型，通過(guò)坐標(biāo)變換支 持觀察定義的動(dòng)態(tài)變化，另外采用“移動(dòng)實(shí)例”來(lái)近似刀具掃掠體，支持五軸 NC 加工 仿真和驗(yàn)證。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的劉華明教授帶領(lǐng)的課題組在復(fù)雜曲面離散技術(shù)的基礎(chǔ) 上，開發(fā)了一套基于微機(jī)的復(fù)

96、雜曲面數(shù)控加工仿真驗(yàn)證軟件包。同時(shí)，他們還對(duì)刀具掃 掠體的生成技術(shù)、曲面法矢與刀具掃掠體求交算法、數(shù)控加工碰撞檢測(cè)的高效算法等各 仿真關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。在哈爾濱工業(yè)大學(xué)袁哲俊等人研制的三軸數(shù)控銑削仿 真系統(tǒng)中，工件以一種擴(kuò)充 Z-Map 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示，并以等軸投影的方式顯示在屏幕上。 另外，還提出了一種基于 B-rep 表示的碰撞干涉檢驗(yàn)算法，解決加工仿真中刀具與工作 臺(tái)、夾具的碰撞，刀具過(guò)切及碰傷工件加工表面等關(guān)鍵問(wèn)題。<

97、;/p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控加工仿真技術(shù)的研究也正朝著直觀化、信息 化、智能化的方向發(fā)展。</p><p>　　1.4 目前存在的問(wèn)題</p><p>　　1.4.1 數(shù)控編程技術(shù) 目前，雖然在國(guó)外與國(guó)內(nèi)針對(duì)復(fù)雜零件的數(shù)控加工編程的研究已取得了一定的進(jìn)</p><p>　　展，也取得了一些難能可貴的成就，但客觀地講，存在

98、的問(wèn)題也不少，主要有：</p><p>　　（1）通用的 CAM 系統(tǒng)針對(duì)性不強(qiáng)，CAM 系統(tǒng)只能從 CAD 系統(tǒng)獲取產(chǎn)品底層幾何信 息，無(wú)法自動(dòng)捕捉產(chǎn)品的幾何形狀信息和產(chǎn)品高層的功能和語(yǔ)義信息。該系統(tǒng)加工復(fù)雜 零件操作繁瑣，對(duì)工人的技術(shù)水平要求較高，編程耗時(shí)多，適用性較差。</p><p>　?。?）需要自行定義 UG CAM 中的一些加工參數(shù),整個(gè) CAM 過(guò)程必須在資深 CNC 工程

99、師</p><p>　　的參與下，根據(jù)數(shù)控加工工藝，通過(guò)大量的圖形交互式操作設(shè)置數(shù)控編程所需的加工工 藝參數(shù)，如選擇加工對(duì)象（點(diǎn)、線、面或?qū)嶓w）、確定約束條件（裝夾、干涉和碰撞）、 選取數(shù)控加工刀具、確定加工參數(shù)（切削方向、切削深度、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度）、退 刀方式和走刀方式等。因此，對(duì)工程設(shè)計(jì)人員要求高，他不但需要掌握加工技術(shù)方面的 知識(shí)，而且對(duì) CAD 和 CAPP 也要非常熟悉。</p>&l

100、t;p>　　1.4.2 后置處理技術(shù)</p><p>　　后置處理程序開發(fā)，技術(shù)難度大配置復(fù)雜，而且各系統(tǒng) CAM 模塊的刀位原文件 CLSF（Cutter Location Source File）不完全透明，后置處理程序價(jià)格昂貴，CAD/CAM 用 戶通常也不具備自行二次開發(fā)后置程序的能力，后置處理技術(shù)控制在軟件提供商手中。 用戶在購(gòu)置 CAD/CAM 軟件時(shí)最關(guān)心的共性問(wèn)題是：后置處理的能力與配置后置

101、處理 程序的價(jià)格，以及由于企業(yè)發(fā)展而需追加后置的可行性與作法。</p><p>　　現(xiàn)代的集成化 CAD/CAM 系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)到制造過(guò)程的高速、高效化，但國(guó)內(nèi)很 多 CAD/CAM 系統(tǒng)的用戶對(duì)軟件的使用主要是其 CAD 模塊，對(duì) CAM 模塊的應(yīng)用效 率不高，其中一個(gè)關(guān)鍵的原因是沒(méi)有配備相應(yīng)的專用后置處理器，或只配備了通用后置 處理器而沒(méi)有根據(jù)數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)進(jìn)行必要的二次開發(fā)，由此生成的代碼還需要人工做大 量

102、的修改，嚴(yán)重影響了 CAM 模塊的應(yīng)用效果。由于后置處理系統(tǒng)與具體的數(shù)控機(jī)床和 數(shù)控系統(tǒng)有關(guān)，因此，一般的 CAD/CAM 系統(tǒng)配置了大量的后置處理程序供用戶選擇 使用。</p><p>　　1.5 課題研究?jī)?nèi)容與要求</p><p>　　（1）本課題的主要內(nèi)容有：</p><p>　　1）以 UG 為二次開發(fā)的基礎(chǔ)平臺(tái)，構(gòu)建適用于船用柴油機(jī)復(fù)雜零件的數(shù)控加工平 臺(tái)