虚拟制造系统的关键技术ppt课件-PPT文档资料

虚拟加工技术
虚拟装配技术 虚拟车间技术
1.虚拟加工技术
早在20世纪60年代，数控机床就已经获得了应用。70年代 就有了自动编程技术APT。70年代后期CAD也获得了广泛的应 用。但是实现CAD和CAM的集成是一种始终复杂的工作。所以 在实际的制造系统中，经过CAD/CAM的零件，在正式加工之前， 一般要进行试切这一步骤。试切的过程也就是CAD/CAM/NC系 统生成的NC程序的检验过程。随着NC编程的复杂化，NC代码 的错误率也越来越高。如果NC程序生成不正确，就会造成过切、 少切，或加工出废品，也可能发生零件与刀具，刀具与夹具， 刀具与工作台的干涉和碰撞，这显然是十分危险的。传统的试 切时采用塑模、腊模或木模在专用设备上进行的。这不但浪费 人力物力，而且延缓了生产周期，增加了产品开发成本，降低 了生产效率，极大影响系统性能。
3．数控程序约分析处理
Nc代码翻译器用于指挥虚拟机床的动作和状态， 机床的一切动作和状态都要受NC代码翻译器的控制。 20世纪70年代以来，随着数控图形编程和实体显示 技术的迅速发展，对Nc代码翻译器的需求也日益强 烈。目前的Nc代码翻译器为专用翻译器，即只适用 于其一类数控系统。
4．运动物体的碰撞检测和加工件的逐步成形
20世纪90年代，并行工程(CE)和虚拟制造(VM) 技术的兴起导致了产品设计的广义化，许多处于下 游阶段的活动如制造、装配、测试、质量控制等都 可望在产品设计的同时并行考虑。在此背景下，装 配设计范围自然扩展为产品生命周期中与装配有关 的各种活动。从这个意义上讲，产品装配结构设计、 装配公差分析与综合、装配工艺规划(APP)、装配系 统规划(ASP)等，均应是广义的装配设计范围，实际 上，它是一种基于三维数字模型的集成化装配设计， 亦称为虚拟装配。
虚拟装配技术的内涵
虚拟装配是虚拟产品开发过程中至关重要的一环， 是一项涉及到零部件构型与布局、材料选择、装配 工艺规划、公差分析与综合等众多内容的复杂、综 合性工作，其作用和地位可归结为如下几个方面， (1)拟定结构方案，优化装配结构。这是装配设计 的外在表现，装配设计的基本任务是从原理方案出 发在各种因隶制约下寻求装配结构的员优解，由此 拟定装配草图。 (2)改进装配性能，降低装配成本。基本要求是确 保产品的军部件能够装配到位；进一步的要求是确 保产品装配能够比较容易实现，即装配成本尽可能 低廉。
2．数控机床的运动学模型和Fra bibliotek具管理目前，机械系统的运动学建模方法很多，但对于数控机 床的仿真运动模型的描述研究还比较少。对于刀具的管理， 目前已有一些研究．主要集中在刀库存储管理、刀具标准化、 刀具的加工设置、对刀具员优化加工条件、刀具在刀架上的 排列和刀具的磨损监控等何题，人们也作了研究。虽然刀具 涉及的问题报复杂，但针对具体情况提出的理论和方法往往 是有效的。
虚拟装配技术
装配是产品开发活动中最具影响力的一个 环节。现代产品的竞争是性能、质量、价格、 上市时间、外观形状、售后服务等多种因素的 综合竞争，所有这些因素无不与装配存在密切 联系。产品的质量是由设计师设计拟定的，由 制造阶段提供保证，并由装配阶段具体落实的。 装配质量的好坏直接反映在产品的性能、质量 上。
虚拟加工过程仿真器应包括以下几个主要的功能模块 (1)几何建模。可进行加工中心设备的几何建模， 包括简单体宏定义和装配以形成构成加工中心设备的 主轴(箱)、工作台、换刀机械手、导轨及其他部分几 何模型，可对简单零件和毛坯进行几何建棋或从其他 cAD／cAPP／cAM系统转换零件的几何模型，可实现 工件毛坯及夹具在拖盘上的装夹定义。 (2)机床定义。对机床几何模型赋予加工铀、刀库、 主轴、工作台等逻辑定义。 (3)刀库定义。可对铿、铣、钻、车削等用的各类 刀具参数进行定义和管理。
(4)加工任务设置。包括刀库定义、工件装夹、零 偏设置、NC代码加载等。 (5)Nc代码翻译转换。可支持多种控制器的Nc代 码解释，不仅可提取出驱动加工中心设备模型运动的 数据，而且可提取各种加工状态信息和工步信息，以 支持工件材料切除的计算。 (6)加工过程仿真。用动画展现加工过程中材料切 除的过程和设备的工作状态，并支持Nc代码窗口调试 能力，检查刀具与夹具和工作台的碰撞及过切、少切 现象．检查无效的NC代码动作、进给和切削用量的 合理性。 (7)成品检验。对加工后的工件几何模型进行各种 测量。
运动物体的几何碰撞十涉检验算法的研究在图形学、起 动物体仿真和规划，以及制造系统的编程与控制中占据着极 其重要的地位。碰撞检测算法一般可根据其采用的表示模型 来划分。成形的算法大都是以B—，eP几何表示模型为基础的， 碰撞检测是由连续的表面和形体的相交测试来实现的。显然， 这种算法计算时间取决于物体表而的数量，运算效率比较低。 为了提高效率．人们在八叉树的基础上提出一种快速算法和 以层次球状为基础的碰撞检验算法。
虚拟加工是实际加工在计算机上的本质实现，一 般采用三维实体仿真技术。在三维实体仿真软件(亦称 为加工过程仿真器)的支持下，以NC代码为驱动，数 控指令翻译器对输入的Nc代码进行语法检查、翻译。 根据指令生成相应的刀具扫描体，并在指令的驱动下， 对刀具扫描体与被加工零件的几何体进行求交运算、 碰撞干涉检查、材料切除等，并生成指令执行后的中 间结果，所有这些虚拟加工过程均可以在计算机屏幕 上通过三维动回显示出来。指令不断执行，每一条指 令的执行结果均可保存，以便查验，直到所有指令执 行完毕，虚拟加工任务结束。
虚拟加工技术
1．数控机床的几何建摸 机械设备的几何建模包括零件的几何建模和设备的几何 建摸。在单个零件的几何建模方面，一般以csG和B—rep表示 或两者的混合表示为基础。建模方法中有简洁易行的平扫法、 回转法，还有特征造型和参数化造型方法。在机械设备建模 方面，一般采用两种方法来表示装配体中组成元件之间的相 互关系。一类是宜接存储元件之间的相互位置信息，如齐次 变换矩阵35一种方法是只存储组件之间的配合、连接等装配 信息。对数控机床的几何表示目前还没有一个较为治确酌模 型，数控机床有它自己的结构特点，它的几何模型既要适应 加工过程中的快速显示，又要便于描述它的运动，建立它的 运动模型。