大型船舶发动机缸体加工工艺参数优化及虚拟加工仿真方法研究

发布时间：2021-10-11 16:39

　　船舶发动机缸体是船舶的核心部件,其加工质量直接决定着船舶的使用性能和运行性能。船舶发动机缸体因加工难度大需要在投入实际大批量生产之前进行首件试切,以检验数控程序及工艺规划的合理性,且加工工艺参数选取不合理会导致船舶发动机缸体的加工效率和加工质量难以提高,因此,深入研究虚拟仿真的船舶发动机缸体数控加工和加工工艺参数优化方法是必要的。本文针对船舶发动机缸体数控工艺优化技术,利用大型龙门五面复合加工中心进行船舶发动机缸体的仿真加工。主要从工艺规划、刀路轨迹生成、后置处理、加工参数优化、虚拟仿真及混合编程等理论与技术手段,探索龙门五面加工中心的仿真搭建方法及加工参数的优化方法,借助高速发展的计算机技术通过混合编程方法,实现在虚拟环境下对船舶发动机缸体进行参数优化和仿真加工。主要研究内容如下:（1）通过分析船舶发动机缸体加工工艺,制定了发动机缸体的加工工艺路线,对其进行刀路轨迹生成的方法研究,确定了走刀步长、行距的计算方式及刀具矢量的控制方法,并研究了龙门加工中心的后置处理算法,以此开发后置处理器获取数控机床可识别的NC代码,从而为后续船舶发动机缸体的虚拟仿真加工奠定了基础。（2）通过分析影响船... 

【文章来源】：重庆理工大学重庆市

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 虚拟仿真技术的研究现状
        1.2.2 加工参数优化的研究现状
    1.3 研究目标及内容
2 船舶发动机缸体刀路轨迹规划及后置处理
    2.1 船舶发动机缸体加工工艺分析
        2.1.1 船舶发动机缸体加工工艺规划
        2.1.2 刀具的选择
        2.1.3 船舶发动机缸体加工工艺路线的制定
    2.2 大型船舶发动机缸体加工刀路轨迹规划
        2.2.1 刀路轨迹生成方法
        2.2.2 走刀步长计算
        2.2.3 行距计算
        2.2.4 刀轴控制方法
        2.2.5 基于UG/CAM的大型船舶发动机缸体刀路轨迹生成
    2.3 龙门加工中心的后置处理算法
        2.3.1 龙门加工中心的结构形式分析
        2.3.2 机床的空间坐标系变换
        2.3.3 龙门加工中心的空间运动学求解
    2.4 龙门加工中心后置处理器的开发
        2.4.1 基于UG/Post Builder的后置处理开发
        2.4.2 生成船舶发动机缸体NC代码
    2.5 本章小结
3 基于改进遗传算法的大型船舶发动机缸体铣削参数优化研究
    3.1 大型船舶发动机缸体铣削参数模型的建立
        3.1.1 确定优化变量
        3.1.2 船舶发动机缸体目标函数
        3.1.3 约束加工参数
        3.1.4 大型船舶发动机缸体铣削参数优化数学模型
    3.2 改进的多目标遗传算法
        3.2.1 遗传算法概述
        3.2.2 适应度函数
        3.2.3 处理约束条件
        3.2.4 精英保存
        3.2.5 大变异操作
        3.2.6 改进的遗传算法流程
    3.3 基于遗传算法的仿真结果分析
        3.3.1 仿真条件
        3.3.2 最大迭代次数与优化过程关系
        3.3.3 交叉概率与优化过程关系
        3.3.4 变异概率与优化过程关系
        3.3.5 优化结果可重复性分析
    3.4 本章小结
4 基于虚拟机床的船舶发动机缸体仿真加工
    4.1 基于虚拟机床的缸体仿真加工原理
    4.2 虚拟加工环境的构建原理及方法
        4.2.1 虚拟机床的构建原理
        4.2.2 虚拟加工环境的构建方法
    4.3 虚拟仿真环境的构建
        4.3.1 虚拟龙门加工中心几何模型构建
        4.3.2 虚拟龙门加工中心运动学构建
        4.3.3 虚拟侧铣头的构建方法
        4.3.4 添加虚拟机床控制系统
        4.3.5 建立侧铣头加工坐标系
    4.4 基于UG与 VERICUT的无缝对接仿真方法
    4.5 仿真结果
    4.6 本章小结
5 大型船舶发动机缸体虚拟加工应用系统开发
    5.1 船舶发动机缸体虚拟加工软件的基本要求
    5.2 虚拟加工软件铣削参数优化实现
        5.2.1 C#与 Matlab混合编程原理
        5.2.2 C#与 Matlab的接口方法
        5.2.3 软件在C#中的实现
    5.3 虚拟加工软件运行流程及分析
    5.4 实验分析
        5.4.1 实验条件
        5.4.2 优化粗铣缸体侧面加工参数
        5.4.3 数控程序的修改及现场加工
        5.4.4 优化效果对比分析
    5.5 本章小结
6 结论与展望
致谢
参考文献
个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于NSGA-Ⅱ的产品开发任务调度多目标优化[J]. 田启华,明文豪,文小勇,杜义贤,周祥曼.  中国机械工程. 2018(22)
[2]基于MATLAB的铣削加工工艺参数优化[J]. 吴海江,葛茂杰,徐朋,潘晶,王雪峰.  工具技术. 2018(10)
[3]基于MATLAB遗传算法的变速器壳体数控切削加工工艺优化[J]. 卢培文.  智能制造. 2018(06)
[4]数控加工仿真技术的研究现状与展望[J]. 贾晓丽,刘俊,陈开源,刘璇.  价值工程. 2018(13)
[5]基于Vericut7.3四轴虚拟机床建模和仿真的关键技术研究[J]. 叶选林,邹驺,张武,杨栩生,谢钰,杨炳华.  价值工程. 2017(33)
[6]多目标遗传算法在车身动态性能优化中的应用[J]. 王岩,陈无畏,谢有浩,邓书朝.  汽车工程. 2017(11)
[7]基于VERICUT的航空整体叶轮加工仿真与优化研究[J]. 杨琼.  机械设计与制造工程. 2017(09)
[8]非线性约束最优化问题中的一种光滑精确罚函数算法（英文）[J]. 阮清平,白延琴.  应用数学与计算数学学报. 2017(03)
[9]基于遗传算法的高温合金GH4169高速铣削参数优化的研究[J]. 朱悦宏,田龙,李云虎,刘志嘉,孙天仕.  世界有色金属. 2017(10)
[10]基于VERICUT的虚拟数控机床建模方法研究[J]. 孙慧,刘新旺.  精密制造与自动化. 2017(02)

博士论文
[1]基于分形中Hilbert曲线的复杂曲面加工刀具轨迹规划算法研究[D]. 李万军.南京航空航天大学 2012
[2]虚拟数控铣削物理仿真关键技术研究[D]. 隋秀凛.哈尔滨工程大学 2011

硕士论文
[1]基于遗传算法的高速铣削参数优化系统的研究[D]. 许锋.哈尔滨理工大学 2007
[2]数控仿真三维建模与系统实现[D]. 周静.南京理工大学 2005
[3]后置处理算法及基于UG/Open GRIP下的程序开发[D]. 吕凤民.大连理工大学 2005



本文编号：3430885