基于加工仿真的数控铣削力和尺寸预测方法研究

发布时间：2017-08-20 07:33

  本文关键词：基于加工仿真的数控铣削力和尺寸预测方法研究

  更多相关文章： Z-Map 几何加工仿真 铣削力预测 尺寸预测

【摘要】：数控加工仿真是一种数控程序运用于实际机械加工前的先验手段,它能够有效反映加工工况、保证数控加工的正确性和可靠性,因而被广泛关注和应用。然而,目前国内外对数控仿真的研究将重心放置于几何仿真部分,对其中的物理仿真关注度稍显不足。本文结合数控仿真的发展现状,以数控仿真中的几何仿真为基础,对铣削力及仿真结果的尺寸预测进行了研究,其主要研究内容有:首先,对比三种工件建模方法,选择Z-Map模型作为研究对象,在此基础上完成了几何加工仿真。分析了Z-Map建模方法特点,并完成了虚拟工件的建模;探究了NC程序解释方法,实现了从NC程序到离散刀位数据的转换;建立了仿真环境,完成了数控铣削过程的仿真。然后,针对Z-Map模型研究了基于加工仿真的铣削力预测方法。针对立铣加工,基于离散微元法和经验公式法建立了铣削力预测模型;针对Z-Map模型研究了加工仿真过程中切削用量的提取方法,实现了瞬时铣削力和平均铣削力预测。再次,改进了二维图像处理算法,提出适用于Z-Map模型的尺寸预测方法。通过截面处理实现仿真结果从三维空间模型到二维模型的转换,进而使用Freeman链码通过基于回溯判断的边界跟踪、提取算法完成仿真结果的边界信息提取;通过判断所提取封闭边界链上各点的曲率变化程度实现了角点的识别,并对角点相邻的边界轮廓采用基本曲线图元进行拟合;随后经膨胀运算得到截面的边界尺寸信息,实现了基于Z-Map仿真结果的尺寸预测。最后,开发了集加工仿真、铣削力预测及尺寸预测功能于一体的数控铣削仿真系统。验证结果表明,基于加工仿真的铣削力、尺寸预测算法可行有效,系统运行稳定且满足仿真要求。
【关键词】：Z-Map 几何加工仿真 铣削力预测 尺寸预测
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG547
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题背景及研究目的和意义9-10
• 1.1.1 课题背景9
• 1.1.2 研究的目的和意义9-10
• 1.2 几何加工仿真研究现状10-12
• 1.3 数控铣削力预测方法研究现状12-13
• 1.4 工件尺寸预测方法研究现状13-14
• 1.5 课题主要研究内容14-16
• 第2章 基于Z-Map模型的数控铣削仿真研究16-24
• 2.1 引言16
• 2.2 Z-Map模型特点分析与工件建模16-18
• 2.2.1 Z-Map模型概述及特点分析16-17
• 2.2.2 工件的Z-Map模型建立17-18
• 2.3 NC程序解释及驱动18-20
• 2.4 基于离散点位的几何加工仿真20-21
• 2.5 基于几何加工仿真的预测方案设计21-23
• 2.5.1 基于加工仿真的铣削力预测方案设计22
• 2.5.2 基于Z-Map模型的工件尺寸预测方案设计22-23
• 2.6 本章小结23-24
• 第3章 基于加工仿真的铣削力预测方法研究24-36
• 3.1 引言24
• 3.2 铣削力预测模型选择24
• 3.3 瞬时铣削力预测建模方法研究24-28
• 3.3.1 立铣刀刃线离散建模25
• 3.3.2 瞬时铣削力建模25-28
• 3.4 基于加工仿真的切削用量提取算法研究28-32
• 3.4.1 切削速度与进给量的提取算法研究29
• 3.4.2 切削宽度和切削深度的提取算法研究29-32
• 3.5 基于加工仿真的铣削力预测32-35
• 3.5.1 切削区域的确定32-34
• 3.5.2 瞬时铣削力预测方法研究34
• 3.5.3 加工过程中的平均铣削力预测方法研究34-35
• 3.6 本章小结35-36
• 第4章 基于Z-Map模型的工件尺寸预测方法研究36-52
• 4.1 引言36
• 4.2 基于Freeman链码的边界提取算法研究36-42
• 4.2.1 模型——图像转换36
• 4.2.2 Freeman链码概述36-38
• 4.2.3 基于回溯判断的边界提取、存储算法研究38-42
• 4.3 角点检测算法研究42-44
• 4.4 基于动态阈值的图元拟合算法研究44-46
• 4.5 边界膨胀及图元存储46-48
• 4.6 尺寸预测48-51
• 4.6.1 尺寸预测信息可视化48-49
• 4.6.2 人机交互操作及实现49-51
• 4.7 本章小结51-52
• 第5章 应用系统开发与验证分析52-66
• 5.1 引言52
• 5.2 数控铣削仿真系统开发52-56
• 5.2.1 加工仿真模块设计及实现53-54
• 5.2.2 铣削力预测模块设计及实现54-56
• 5.2.3 尺寸预测模块设计实现56
• 5.3 铣削力预测验证与分析56-62
• 5.3.1 切削用量提取算法验证与分析56-59
• 5.3.2 瞬时铣削力预测验证与分析59-60
• 5.3.3 平均铣削力预测验证与分析60-62
• 5.4 尺寸预测仿真验证与分析62-65
• 5.4.1 尺寸预测仿真验证62-64
• 5.4.2 尺寸预测算法分析64-65
• 5.5 本章小结65-66
• 结论66-67
• 参考文献67-72
• 攻读硕士学位期间发表的论文72-74
• 致谢74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 李海滨;周长军;张卫龙;高天宇;唐小波;;数控铣削加工物理仿真关键技术的研究[J];航空制造技术;2012年04期

2 王建军;魏宗信;黄龙传;;Z-map模型点云的边界提取及光顺处理[J];机床与液压;2010年23期

3 张文建;郭小行;崔伟清;;加工过程物理仿真研究的现状及展望[J];机械;2008年S1期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 刘长清;数控铣削过程离线优化技术研究[D];哈尔滨工业大学;2007年

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本文编号：705375