切削加工仿真建模技术研究

切削加工仿真是计算机仿真技术在机械制造业的重要应用领域之一。该技术对减少制造成本、缩短产品制造周期和提高产品质量意义重大。仿真模型的建立是实现切削加工仿真的关键环节，也是评价仿真系统优劣的重要指标之一。目前存在的切削加工仿真建模方法主要有三种：解析法、有限元法和分子动力学法。重点介绍了上述建模方法的实现原理和发展现状，并对其优缺点和适用范围加以评述。在此基础上，对切削加工仿真建模技术发展趋势做了进一步探讨。     

高速切削过程数值模拟的研究进展

近年来,有限元仿真技术在高速加工模拟中越来越受到广泛的应用,在研究高速加工机理、切削工艺参数方面具有不可替代的作用.介绍了国内外高速切削过程教值仿真技术的研究进展,阐述了高速切削过程数值仿真的关键技术,包括材料的本构模型、温度场和热力的耦合、切屑与工件的分离和断裂、切屑与刀具的接触和摩擦、网格控制等技术;还总结了数值仿真技术在高速切削几个方面的应用,主要包括切屑的形成、刀具切入过程刀具磨损与破损、难加工材料的可加工性、切屑的控制与刀具设计;最后还对高速切削过程数值仿真的发展方向作了初步的探讨.     

MC-CDMA系统部分频带干扰抑制性能研究

对MC-CDMA系统和部分频带干扰进行了建模,推导给出了常规MC-CDMA系统以及频域随机交织和卷积编码情况下的等增益软、硬判决合并的理论误码率表达式,计算机仿真发现,（1）集中功率进行有效干扰可以获得最好的干扰效果,（2）由于采用了频域扩频,MC-CDMA系统的部分频带干扰抑制性能要远好于OFDM系统,（3）在频域随机交织情况下,软判决合并的性能并不总是好于硬判决合并,并且采用自由距离较大的卷积编码也可以获得很好的干扰抑制效果.     

大型薄壁整体结构件加工变形仿真

现代航空工业中为减轻飞机重量,提高飞机的各项机械性能,越来越多的使用整构件.加工大型整体薄壁构件时,有90%以上的材料被切削加工去除,由于材料去除后零件刚度的降低以及应力的释放,造成过大的加工变形.针对某薄壁零件加工后的变形问题,提出将加工薄璧整体结构件的铝合金毛坯分为粗加工毛坯和精加工毛坯进行加工的方法,建立了薄壁整体结构件加工变形仿真有限元模型并进行了仿真计算.仿真结果表明:通过增加粗加工毛坯的厚度,并先对粗加工毛坯进行切削加工成精加工毛坯,再在精加工毛坯的基础上进行薄璧零件的成形加工可以有效的减小薄璧零件的加工变形.随着粗加工毛坯厚度的的增加,精加工毛坯内部残余应力的分布更趋均匀,数值更小.     

并联机床虚拟样机建模与加工过程动力学仿真

为了实现并联机床性能的真实预测,确保加工过程的安全性,提出了基于Adams的并联机床加工过程的动力学仿真方法。在包括螺旋副在内的仿真模型的各个运动关节加载了摩擦力,实现了仿真模型与实际机床的高度仿真;根据NC文件和切削参数,建立并联机床加工过程的切削力模型和运动控制模型,实现了机床加工零件全过程的动力学仿真。对5-UPS/PRPU并联机床的加工过程进行了仿真分析,仿真结果准确的预测了实际加工中可能出现的问题。该方法简单、准确、可靠、实用性强。     

基于COSIM的鱼雷武器弹道建模与仿真研究

简述了协同仿真平台(COSIM)的体系结构,针对通用仿真程序设计语言开发一体化仿真软件包难以规范和重用的问题,研究了基于COSIM仿真环境的模块化建模方法,通过COSIM的图形化建模工具实现不同粒度的可重用性模型的设计,完成了鱼雷武器的静态和动态行为建模。通过仿真概念推演,验证了所建模型的正确性,并反映了该建模方法具有快捷、规范、重用性好等优点。     

基于ObjectARX的车铣复合数控机床虚拟加工仿真研究

以优化产品的制造工艺过程、保证产品的制造质量、制造周期为目标的虚拟加工技术通过对以真实加工条件为依据的加工过程进行实时动态模拟,检验产品的可制造性、加工方法和工艺的合理性.针对由两个回转运动构成的新型多功能车铣复合数控机床,应用AutoCAD二次开发工具ObjectARX,根据机床切削加工的数学模型、插补算法及运动控制原理,研究开发了的加工仿真软件系统,实现了AutoCAD造型与CNC仿真的有机结合,完成高效NC代码驱动的实时加工过程仿真.     

对地任务规划系统威胁空间综合量化建模与仿真

针对任务规划系统中传统威胁建模存在的缺陷,提出一种威胁空间综合量化建模的方法。将威胁空间分为硬威胁空间和软威胁空间,着重对软威胁空间的量化建模进行了研究;通过将数字地图转化成极坐标辅助网格,并借助辐射的概念,对雷达与防空火力两类软威胁空间的边界进行了精确建模;采用概率的方法得到软威胁空间的威胁分布,并引入势场理论对软威胁空间进行了量化,将软硬威胁量化进行融合,最终得到威胁空间的综合量化分布;仿真结果表明了该方法的有效性。     

基于神经网络的数控超声加工效果建模与仿真

为精确地预测数控超声加工效果,应用神经网络理论建立了数控超声加工切削率BP、RBF两种神经网络模型。根据实际情况,进行了网络结构设计,比较了不同特征参数时网络模型的性能,并对所建模型进行了仿真验证。验证结果表明,预测数据与实测数据有较好的一致性,RBF网络数据比BP网络数据稳定,性能更优,当RBF网络中分布密度spread取2时,性能最优。说明可以使用神经网络模型对数控超声加工切削率进行预测。     

基于虚拟制造的法向直廓圆柱蜗杆加工仿真

利用虚拟制造技术建立直廓圆柱蜗杆虚拟加工仿真系统,研究硬齿面直廓圆柱蜗杆的加工方式.系统包括虚拟加工仿真模块和加工精度预测模块,其中虚拟加工仿真模块可以对锥面砂轮磨削直廓圆柱蜗杆过程进行仿真,精度预测模块对锥面砂轮磨削直廓圆柱蜗杆的理论误差进行分析.     

复杂回转面刀具的计算机辅助造型与加工过程仿真

加工旋转锉复杂回转面刀具时，砂轮与工件的相对运动轨迹一般是复杂运动，只有用多坐标联动的数控装置才能实现，为了验证理论推导和计算的正确性，本文对旋转锉的加工过程进行了计算机仿真，为充分利用国内外在计算机图形学和CAD方面的最新成就，本文在重庆大学机械传动国家重点实验室的Sum-CAD工作站上对引进的I-deas软件包进行了应用开发，第一次将计算机造型应用于复杂回转面刀具有成形与加工，该工作站及三维图形功能对于特种回转面刀具是一个强有力的研究工具。     

CNC铣齿机床加工曲线齿锥齿轮仿真系统的研究

从空间占位角度对曲线齿锥齿轮加工过程进行了分析，得出了建立CNC铣齿机床加工仿真系统的基本思想。以AutoCAD为开发平台，建立了简化后的刀具和齿轮毛坯实体零件库；同时，将CNC铣齿机床各轴运动转化到刀具和齿轮毛坯的相对位置调整，通过刀具和齿轮毛坯的相减布尔运算实现了仿真切齿过程。最后给出了加工仿真实例和实际加工结果，验证了加工仿真方法的正确性。为设计和制造都很复杂的曲线齿锥齿轮加工提供了一个非常形象的加工仿真工具。     

用于触觉建模的生物组织切割特征多参量采集

基于图像及三维磁跟踪的方法，设计了生物组织切割过程的多参量（切割力，切割深度及切割速度）采集系统，并针对猪肝脏，心脏，肌肉等软组织进行了系统性能的实验验证；研究了手术刀在切割不同组织时，切割速度，切割深度等与切割反馈力，破裂极限间的相互关系，并初步给出了手术刀连续切割的力反馈触觉模型；为进一步研究生物组织的物理特性及基于真实的切割过程的手术模拟提供了实验条件。     

基于局部模型的多更新率切削仿真力觉渲染算法

提出了一种牙科手术虚拟现实模拟训练系统的力觉计算方法。为了保证切削仿真的逼真度、力觉计算的快速性和交互稳定性,提出了基于局部模型的多更新率体系架构的计算方案。仿真系统分解为三个不同计算频率的线程,即切削仿真、力觉伺服和图形显示线程。提出虚拟工具和切削工具的概念,实现交互力计算和牙齿三角片网格模型切削变形的协调;基于虚拟工具和牙齿三角片碰撞检测信息构造局部模型,实现力觉设备控制与切削仿真线程的解耦,降低了对切削仿真线程计算频率的要求;利用多线程技术保证图形显示和力觉显示的数据传输和时间同步。针对局部模型更新时的振荡问题,采用改进的恢复时间方法对局部模型进行插值,增强了仿真系统稳定性。基于力觉交互设备Phantom建立试验平台,开发了牙科手术力觉交互仿真软件,通过试验验证了本文算法的有效性。     

二维金属切削过程的数值模拟

本文基于数值模拟技术,借助于有限元软件成功地模拟了二维金属切削过程中切屑形成及切削区应力、应变变化的过程,计算出了剪切角及切削起始阶段切削力的变化,并通过实验验证了这一规律的正确性。该方法新颖、独特,从而为金属切削理论研究和刀具产品开发领域中提出一种更为有效、更为可靠的研究方法。     

基于流固耦合算法的单颗磨粒切削仿真研究

基于欧拉/拉格朗日耦合算法,采用四棱锥模拟磨粒的切刃,进行了单颗磨粒的三维切削仿真.该方法解决了传统有限元法进行切削仿真时易于发生单元畸变的问题.仿真结果表明,磨粒的挤压使工件材料向前方及两侧流动而产生隆起,侧向隆起高度及范围逐渐增大,形成切屑后基本保持不变;磨粒切削刃处的工件材料变形剧烈,产生较大的加工应力,在沟槽侧面及底面留下较大的残余应力并产生较高的温度;磨粒刃尖处的接触应力最大,并沿着棱边向上迅速降低.     

双刀架数控车削仿真系统关键技术研究

研究了双刀架数控车削仿真系统中的NC代码反读技术，将数控代码翻译为刀具加工信息、运动信息及其它指令，作为仿真系统的输入信息。研究了车削仿真中的关键技术，推导出其计算公式，并以火车车轮轮箍的车削加工为例，阐述了干涉校验、工步规划评估和中断评估的方法，实现了车削加工一次试切成功。