1、<p>　　柴油機 UG NX 復雜零件數(shù)控編程與仿真系統(tǒng)開發(fā)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　船用柴油機的制造技術一直是造船行業(yè)的關鍵技術，然而，船用柴油機的制造 卻一直滯后于整個造船流程，其中最主要的原因是船用柴油機零件一般形狀復雜、體 積龐大，加工難度大，對企業(yè)加工設備和工作人員的要求較高。所以研究出一套針對 性強、實用

2、的船用柴油機復雜零件數(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，對其 UG/CAM 模塊進行二次開發(fā)，構建適用于船用柴油機復雜零件加工的自動編程系統(tǒng)；并且針對 柴油機復雜零件加工的數(shù)控系統(tǒng)對 UG 后置處理器進行二次開發(fā)，研制出專用的后置 處理器；最后以 VERICUT 軟件為平臺對柴油機復雜零件的加工過程進行虛擬仿真。 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，并在此基礎上開發(fā) 了一個在工程數(shù)據(jù)庫支持下的切削參數(shù)優(yōu)選平臺。</p><p>　?。?）根據(jù)企業(yè)產品和生產組織特點，運用 UG 二次開發(fā)技術，構建適用于船用柴 油機機架類和缸蓋類零件的數(shù)控加工平臺。該平臺可以實現(xiàn)船用柴油機機架類和缸蓋 類零件數(shù)控加工編程的相關操作，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>　?。?）通過 UG 中后置處理器的開發(fā)工具 UG/Post，對 UG 的后置處理器進行二次 開發(fā)，針對某船用柴油機廠的機床 MV-80(FANUC 18im)、HFB-180(FANUC 16im)和 HM800(FANUC 18im)等 7 臺數(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)了一個數(shù)控加工工藝系統(tǒng)仿真系統(tǒng)，包括 2 臺虛擬 機床模型、控制系統(tǒng)及有關刀具、夾具模型的建立，可以對柴油機的復雜零件（機架、 缸蓋）進行加工仿真，有效地進行碰撞檢查和加工程序的驗證。</p><p>　　該系統(tǒng)實現(xiàn)了切削參數(shù)優(yōu)選和優(yōu)化、刀具軌跡的自動生成以及相應數(shù)控代碼的自 動生成、對加工過程的模擬仿真，并且

6、能對加工程序的錯誤檢查；通過對加工過程的 仿真檢查出數(shù)控程序的不合理之處，實現(xiàn)了對刀具軌跡生成和后置處理器開發(fā)的反饋 檢查，最終保證產品試切成功率和加工安全性，具有很強的應用價值。</p><p>　　關鍵詞： 切削參數(shù)優(yōu)化；柴油機復雜零件；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、國外研究的現(xiàn)狀 ............................................................................................... - 2 -</p><p>　　1.2.1 數(shù)控編程技術 ..........................................................................

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

26、........................................................ - 3 -</p><p>　　1.3 國內研究的現(xiàn)狀 ............................................................................................... - 4 -</p><p>

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

28、............... - 4 -</p><p>　　1.3.3 加工仿真技術 ........................................................................................ - 5 -</p><p>　　1.4 目前存在的問題 ................................

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

30、;　　1.4.2 后置處理技術 ......................................................................................... - 6 -</p><p>　　1.5 課題研究內容與要求 .......................................................................

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

32、................................ - 8 -</p><p>　　2.1 柴油機復雜零件自動編程系統(tǒng)體系設計 ....................................................... - 9 -</p><p>　　2.1.1 柴油機復雜零件自動編程系統(tǒng)框架設計 ...........................

33、................. - 9 -</p><p>　　2.1.2 柴油機復雜零件數(shù)控自動編程系統(tǒng)的組成模塊 .............................. - 10 -</p><p>　　2.2 專用后置處理器設計 .......................................................................

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現(xiàn)的功能 ...............................

35、........................... - 12 -</p><p>　　2.3 柴油機復雜零件加工仿真系統(tǒng)設計 ............................................................. - 13 -</p><p>　　2.3.1 仿真系統(tǒng)的結構 ....................................

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 ...................

37、...................................................................................... - 15 -</p><p>　　第三章 船用柴油機復雜零件數(shù)控編程系統(tǒng)設計與實現(xiàn)............. - 16 -</p><p>　　3.1 組成模塊詳細設計 .......................

38、.................................................................. - 16 -</p><p>　　3.1.1 刀具信息庫模塊 .................................................................................. - 16 -</p><p>

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

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

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

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

43、軌規(guī)劃分析 .......................................................... - 26 -</p><p>　　3.3.2 復雜零件特征刀軌知識庫的建立 ...................................................... - 30 -</p><p>　　3.3.3 特征刀軌庫的建立及應用 .

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

46、 ......................................................................................................... - 40 -</p><p>　　第四章 切削參數(shù)優(yōu)選系統(tǒng)的設計和實現(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)結構構架 ................................................................

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)運行示例 ......................................................................... - 50 -</p><p>　　4.7 本章小結 ...

51、...................................................................................................... - 55 -</p><p>　　第五章 數(shù)控機床后置處理器系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) ......................... - 56 -</p><p>　　5.1 后置處理器系

52、統(tǒng)方案設計 ............................................................................. - 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 ............................................... - 57 -</p><p>　　5.1.3 系統(tǒng)開發(fā)平臺 ......................................................................................

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

55、...................... - 60 -</p><p>　　5.2 后置處理器系統(tǒng)詳細設計 ............................................................................. - 62 -</p><p>　　5.2.1 UG 平臺后置處理器創(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)控機床后置處理器的驗證 ...........................

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

58、...................................................... - 75 -</p><p>　　第六章 基于 VERICUT 復雜零件工藝仿真系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 76</p><p>　　6.1 工藝仿真系統(tǒng)詳細設計 .............................................................

59、......................... 76</p><p>　　6.1.1 工藝仿真系統(tǒng)設計目標 ........................................................................... 76</p><p>　　6.1.2 工藝仿真系統(tǒng)設計思想 ................................

60、........................................... 76</p><p>　　6.1.3 工藝仿真系統(tǒng)結構設計 ........................................................................... 77</p><p>　　6.2 虛擬加工中心方案設計 ................

61、...................................................................... 78</p><p>　　6.2.1 虛擬加工各軸關系分析 ........................................................................... 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 虛擬加工中心詳細設計 ............................................................

64、.......................... 80</p><p>　　6.3.1 機床模型詳細設計 ................................................................................... 80</p><p>　　6.3.2 建立機床運動模型 ...........................

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

66、............................................................................................... 84</p><p>　　6.4 虛擬機床控制系統(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 ....................................................................... 90</p>&

69、lt;p>　　6.5 復雜零件仿真加工實例 ...................................................................................... 91</p><p>　　6.5.1 柴油機缸蓋加工仿真 .................................................................

70、.............. 91</p><p>　　6.5.2 柴油機機架加工仿真 ............................................................................... 93</p><p>　　6.6 本章小結 ................................................

71、.............................................................. 94</p><p>　　總結與展望............................................................................................. 95</p><p>　　致 謝.....

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

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，長期以來，由于機架類零件形狀復雜，工藝煩瑣，生產周期長，加工操作時 對工人技術水平要求高，且容易出錯，其制造加工技術一直以來

74、是制約著我國乃至世界 生產柴油機技術的一大難題。因此，擁有一套比較完善的柴油機復雜零件數(shù)控加工編程 系統(tǒng)，即柴油機復雜零件 CAM 系統(tǒng)，已成為各柴油機制造企業(yè)的迫切需求。</p><p>　　船用柴油機作為船舶的“心臟”，是船舶不可或缺的動力裝置，其重要性不言自明， 船用柴油機也是影響船舶性能的關鍵，其技術含量高，系統(tǒng)性強，是國家重點扶持項目， 發(fā)展柴油機生產完全符合國家產業(yè)政策和造船業(yè)發(fā)展規(guī)劃。但是長期以來，

75、船用柴油機 的制造卻一直滯后于整個造船流程，已成為我國乃至世界造船業(yè)發(fā)展的瓶頸。究其主要 原因之一就是船用柴油機復雜零件一般形狀復雜、體積龐大，加工工藝復雜、刀具運動 軌跡限制條件多、加工質量要求高、對企業(yè)加工設備和工作人員的要求較高。</p><p>　　近年來，隨著國際船舶市場競爭的日益激烈，世界各大造船企業(yè)紛紛采用一切可能 的先進制造技術和手段，縮短產品開發(fā)時間和生產周期，提高產品質量，降低制造成本， 提供

76、技術支持與售后服務，從而來贏得市場與用戶。但是，作為船舶的心臟，船用柴油 機的設計和制造卻一直滯后于整個造船流程，其中最主要的原因之一是機架類零件在加 工過程中，編制工藝時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，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，重復勞動多， 而且容易出錯，浪費了大量的人力、財力和物力，導致船用柴油機復雜零件生產周期長， 復雜零件的成品率低，嚴重阻礙了船用柴油機制造技術的發(fā)

77、展，所以引進的相應先進技 術并未在船用柴油機復雜零件的數(shù)字化制造過程中發(fā)揮重要作用。研究出一種高效、簡 便的船用柴油機復雜零件數(shù)控加工編程的方法，開發(fā)一套針對性強、實用的柴油機復雜 零件數(shù)控自動編程與仿真系統(tǒng)，提高柴油機復雜零件加工效率和加工零件質量，減少重 復勞動，減少加工中由于人為編程而出現(xiàn)的錯誤，節(jié)省人力和財力。為船用柴油機復雜 零件的制造技術帶來新的活力，已成為船舶行業(yè)的當務之急、迫切所需。</p><p&g

78、t;　　1.2 國外研究的現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.1 數(shù)控編程技術</p><p>　　國外對數(shù)控編程技術的研究比較早，1952 年美國帕森斯（Parsons）公司和麻省理 工學院合作研制成功世界上第一臺三坐標數(shù)控機床，為計算機在產品制造中的應用開創(chuàng) 了一條嶄新的道路，成為計算機輔助制造（CAM）的開端。與此同時，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 年以自動編程工具 APT（Automatic Programming Tools） 為基礎，開始研究數(shù)控編程語言，而且不斷擴充、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)控加工在機械制造業(yè)中發(fā)揮的作用越來越大，以其為背景出現(xiàn)了一批非常優(yōu) 秀的應用軟件，這些軟件具有先進的管理基礎、強大的工程背景、完善的操作功能和專 業(yè)化的技術

80、服務，能夠顯著地提高制造業(yè)的整體效益。正因為如此，這些應用軟件很快 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，國外的研究情況是：在并聯(lián)機床的后置處理研究方面， 開發(fā)出交互式 NC 后置處理器產生器 CAM-Post 的 ICAM

81、技術公司致力于并聯(lián)機床 NC 后置 處理器的開發(fā)，并成功為 Tricept805 并聯(lián)機床開發(fā)了專門的并聯(lián)機床后置處理器。 S.L.Chen、T.H.Chang 等分別開發(fā)出了適合不同類型并聯(lián)機床的后置處理器。</p><p>　　1.2.2 后置處理技術</p><p>　　20 世紀 50 年代美國麻省理工學院設計了 APT（Automatically Programmed Tools

82、） 語，APT 語言的開發(fā)應用具有劃時代的里程碑意義。在 APT 中，對于不同的數(shù)控系統(tǒng)， 有針對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 APT 格式的刀軌的專用后置處理，國外對此后置處理技術研究十分地重視， 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 可采用德國的 Cnet，此外還有獨立的后置處理系統(tǒng)，如加拿大 ICAM Technology</p><p>　　Corporation 公司的 Cam-Post，美國 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</p><p>　　數(shù)控加工仿真一直是國外 CAD/CAM 技術的一個研究熱點。Kawabe 等人最早利用刀具 軌跡，采用邊界表示法來獲取刀具加工零件的框架圖，因為該方法簡單，容易實現(xiàn)，所 以被早期大多數(shù)的 CA

85、D/CAM 系統(tǒng)所采用。但是，因為工件形狀越來越復雜，刀具軌跡包 含的信息量也越來越多，導致圖形形狀混亂不清，于是仿真研究開始向三維實體仿真算 法方向發(fā)展，如：Anderson 研究了三維碰撞檢驗算法，Chappel 給出了利用向量來分析 切削過程的算法，K.K.Wang 研究了基于布爾運算的 NC 檢驗系統(tǒng)，J.H.Oliver 提出了 直接尺寸檢驗方法等，Sungurtekin 等提出了特定造型設備上的數(shù)控仿真系統(tǒng)。</p&g

86、t;<p>　　由于加工仿真具有誘人的應用前景，促使發(fā)達國家對其進行深入研究，并已出現(xiàn)許 多成功的應用范例。</p><p>　　在北美，已形成了由政府、產業(yè)界、大學組成的多層次、多方位的綜合研究開發(fā)力 量。主要研究機構有：(1)美國國家標準及技術局(NTST)制造工程實驗室；(2)美國 Maryland 大學系統(tǒng)研究學院 CIM 實驗室；(3)美國伊利諾斯大學芝加哥分校機械系工業(yè) 虛擬現(xiàn)實研究所。

87、美國 Missouri-rolla 大學提出的 CNC 車床的圖形仿真，通過二維圖 形顯示刀具軌跡及毛坯隨刀具軌跡發(fā)生的變化，并在屏幕上給出對應的加工狀態(tài)。美國 Deneb 公司推出了數(shù)控加工過程仿真軟件 VNC，利用虛擬制造技術提供了一個真正的三 維環(huán)境來模擬機床和 CNC 控制器，進行加工過程的仿真，操作人員可以像操作實際機床 一樣與虛擬設備交互，評價刀具與參數(shù)的配置，預測功率，檢查干涉與碰撞等。加拿大 WATERLOO 大學的機械

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)控仿真相關的 研究項目。</p><p>　　國外研究起步較早，其研究成果較多，已經掌握核心技術。目前，國外的數(shù)控代碼 檢驗系統(tǒng)已經發(fā)展到了實用化、商品化的階段，有單獨的數(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 國內研究的現(xiàn)狀</p><p>　　1.3.1 數(shù)控編程技術 國內的數(shù)控編程起步較晚，較國外的落后，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用到 CAM 系統(tǒng)當中。隨著產品的多樣化的發(fā)展，特別是隨著 復雜零件的生產需求不斷擴

90、大，零件的加工工藝水平就成為亟待解決的問題。一些有關 CAM 系統(tǒng)開發(fā)的支撐技術也發(fā)展得比較快，如南京電子技術研究所,提出了 UG 加工數(shù)據(jù) 庫應用的一種實用方案,通過 UG 內置加工數(shù)據(jù)庫與刀具庫存管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的集成,實 現(xiàn)數(shù)控編程系統(tǒng)與刀具庫存管理系統(tǒng)的信息共享,為 UG CAM 系統(tǒng)的開發(fā)提供了有力的技 術支持。東華大學機械工程學院劉佳亮、李蓓智等開發(fā)的----基于 UG 平臺二次開發(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)出一套基于知識庫 的數(shù)控加工 CAPP 系統(tǒng)，將加工各種零件所獲得的知識，經過分析處理，保存在數(shù)據(jù)庫 中，運用工藝規(guī)劃模塊幫助缺少經驗的編程人員快速生成對應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)定的加工質量。</p><p>　　1.3.2 后置處理技術</p><p>　　國內對后置處理理論與技術也進行了深入研究，取得了一定

92、的研究成果，針對自行 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法規(guī)則，給出了配置文件的 BNF 語言描述及相應的 解釋算法，并在 HUSTCADM 系統(tǒng)中實現(xiàn)；程筱勝等對南京航空航天大學的超人 CAD/CAM 系統(tǒng)的通用后置處理系統(tǒng)進行了研究，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)控編程加工領域，國

93、外 CAD/CAM 系統(tǒng)出現(xiàn)得較早，開發(fā)和應用的時間也較 長，發(fā)展比較成熟，占據(jù)絕大多數(shù)數(shù)控自動編程市場，因此，國內對現(xiàn)役主要 CAD/CAM 系統(tǒng)進行后置處理研究，探索其與數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機床的結合，解決數(shù)控加工的矛盾， 具有較大的工程應用價值和意義。明興祖分析了 MasterCAM 后置處理系統(tǒng)的基本組成 和結構，探索對其開發(fā)的途徑，但未涉及具體系統(tǒng)和機床的處理方法；哈爾濱工業(yè)大學 的陳輝等針對其開發(fā)的并聯(lián)機床，在 UG/Post

94、的基礎上，開發(fā)了并聯(lián)機床后置處理器，</p><p>　　用于六軸或七軸并聯(lián)機床的后置處理。 1.3.3 加工仿真技術</p><p>　　國內近年來也有許多研究者在數(shù)控加工仿真領域進行了有益的探索。清華大學、華 中科技大學、北京航空航天大學、西北工業(yè)大學、哈爾濱工業(yè)大學、東北大學、南京航 空航天大學等高校的研究團隊都在此領域進行了一系列深入的研究。</p><p>

95、;　　清華大學的肖田元、韓向利等人對數(shù)控仿真中的關鍵問題直線與刀具掃掠體的求交 算法進行了研究，并設計與實現(xiàn)了材料去除過程三維動畫軟件 GNCV。西北工業(yè)大學的 湯幼寧、魏生民等人在獨立的 Dexel 坐標系中構造物體的 Dexel 模型，通過坐標變換支 持觀察定義的動態(tài)變化，另外采用“移動實例”來近似刀具掃掠體，支持五軸 NC 加工 仿真和驗證。哈爾濱工業(yè)大學的劉華明教授帶領的課題組在復雜曲面離散技術的基礎 上，開發(fā)了一套基于微機的復

96、雜曲面數(shù)控加工仿真驗證軟件包。同時，他們還對刀具掃 掠體的生成技術、曲面法矢與刀具掃掠體求交算法、數(shù)控加工碰撞檢測的高效算法等各 仿真關鍵技術進行了深入的研究。在哈爾濱工業(yè)大學袁哲俊等人研制的三軸數(shù)控銑削仿 真系統(tǒng)中，工件以一種擴充 Z-Map 數(shù)據(jù)結構表示，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算法，解決加工仿真中刀具與工作 臺、夾具的碰撞，刀具過切及碰傷工件加工表面等關鍵問題。<

97、;/p><p>　　隨著計算機圖形技術的迅速發(fā)展，數(shù)控加工仿真技術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 目前存在的問題</p><p>　　1.4.1 數(shù)控編程技術 目前，雖然在國外與國內針對復雜零件的數(shù)控加工編程的研究已取得了一定的進</p><p>　　展，也取得了一些難能可貴的成就，但客觀地講，存在

98、的問題也不少，主要有：</p><p>　?。?）通用的 CAM 系統(tǒng)針對性不強，CAM 系統(tǒng)只能從 CAD 系統(tǒng)獲取產品底層幾何信 息，無法自動捕捉產品的幾何形狀信息和產品高層的功能和語義信息。該系統(tǒng)加工復雜 零件操作繁瑣，對工人的技術水平要求較高，編程耗時多，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 CAM 過程必須在資深 CNC 工程

99、師</p><p>　　的參與下，根據(jù)數(shù)控加工工藝，通過大量的圖形交互式操作設置數(shù)控編程所需的加工工 藝參數(shù)，如選擇加工對象（點、線、面或實體）、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、主軸轉速、進給速度）、退 刀方式和走刀方式等。因此，對工程設計人員要求高，他不但需要掌握加工技術方面的 知識，而且對 CAD 和 CAPP 也要非常熟悉。</p>&l

100、t;p>　　1.4.2 后置處理技術</p><p>　　后置處理程序開發(fā)，技術難度大配置復雜，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，后置處理技術控制在軟件提供商手中。 用戶在購置 CAD/CAM 軟件時最關心的共性問題是：后置處理的能力與配置后置

101、處理 程序的價格，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)能實現(xiàn)從設計到制造過程的高速、高效化，但國內很 多 CAD/CAM 系統(tǒng)的用戶對軟件的使用主要是其 CAD 模塊，對 CAM 模塊的應用效 率不高，其中一個關鍵的原因是沒有配備相應的專用后置處理器，或只配備了通用后置 處理器而沒有根據(jù)數(shù)控機床特點進行必要的二次開發(fā)，由此生成的代碼還需要人工做大 量

102、的修改，嚴重影響了 CAM 模塊的應用效果。由于后置處理系統(tǒng)與具體的數(shù)控機床和 數(shù)控系統(tǒng)有關，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 課題研究內容與要求</p><p>　　（1）本課題的主要內容有：</p><p>　　1）以 UG 為二次開發(fā)的基礎平臺，構建適用于船用柴油機復雜零件的數(shù)控加工平 臺