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面向加工质量预测的虚拟加工检测单元的研制

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一种双工位加工检测设备及方法

一种双工位加工检测设备及方法

一种双工位加工检测设备及方法双工位加工检测设备及方法是一种用于同时检测两个工件的加工质量的设备。

它可以有效提高生产效率，并确保产品质量。

本文将介绍一种双工位加工检测设备及方法的设计和工作原理。

双工位加工检测设备由以下几个主要部分组成：加工单元、检测单元、控制单元和数据处理单元。

加工单元负责加工工件，检测单元负责检测工件的质量，控制单元负责控制整个系统的运行，数据处理单元负责处理和分析检测数据。

加工单元由两个相同的加工机床组成，每个加工机床都可以进行相同的加工工序。

加工单元通过同步控制使两个加工机床同时进行加工工序，以提高生产效率。

检测单元由两个传感器组成，用于检测工件的质量。

传感器可以根据需要选择不同的检测方法，如触发式检测、无接触检测等。

控制单元负责控制整个系统的运行。

它通过接收来自检测单元的信号和设定的参数，实现对加工单元的控制。

控制单元可以使用传统的控制方法，如PID控制，也可以使用先进的控制方法，如模糊控制、神经网络控制等。

数据处理单元负责处理和分析检测数据。

它可以将检测数据保存到数据库中，以便后续分析和比较。

此外，数据处理单元还可以通过数据挖掘和机器学习等方法，提取有关工件质量的有用信息。

双工位加工检测设备的工作原理如下：首先，控制单元接收到来自检测单元的信号，确定是否需要调整加工参数。

然后，控制单元将相应的指令发送到加工单元，调整加工机床的运行参数。

加工单元开始进行加工工序，同时检测单元对加工工件进行检测。

检测单元将检测结果传输给数据处理单元进行处理和分析。

根据分析结果，控制单元可以进一步调整加工参数，以保证工件的加工质量。

双工位加工检测方法主要包括以下几个步骤：首先，确定加工工序和检测方法。

然后，根据加工工序和检测方法，设计双工位加工检测设备。

接下来，进行试验验证，调整参数，以确保设备的准确性和可靠性。

最后，将设备投入生产并进行相关数据记录和分析。

总之，双工位加工检测设备及方法是一种提高生产效率和产品质量的先进设备。

虚拟制造技术

虚拟制造技术

虚拟制造技术伴随着制造业迅猛发展而形成的生产消费模式，正过度消耗着大量不可再生的资源，破坏着人类的生存坏境。

因此，发展与资源、环境的和谐，以及社会经济的可持续发展，就成为全球性的产业结构调整的战略导向，即向资源利用合理化、废弃物产生少量化、环境影响无害化的方向发展。

至此，运用先进技术和产业化生产，使报废产品高质量地再生，是对产品附加值（包括能量、劳动、材料）的最优化资源回收方式成为必然的发展趋势。

而虚拟制造技术又是再制造设计发展的必要途径，也是其作为先进制造技术的重要特征。

一．虚拟现实技术虚拟现实（Virtual Reality ，VR）技术是近年来出现的一门高新技术，它可以模拟现实、再现真实的过去和显示可见的未来。

从总体上讲，虚拟现实技术就是要把计算机从善于处理数字化的单维信息改变为善于处理人所能感受到的、在思维过程中所能接触到的、除了数字化之外的其它各种表现形式的多维信息，具体地说就是以仿真形式创造出真实反映客观世界变化及其相互作用的三维环境，通过立体液晶眼镜、头盔显示器、数据手套、数据服和跟踪器等装置，使用户沉浸在计算机生成的虚拟环境之中，直接感知事物的变化，并与之发生交互作用，产生一种“身临其境”的感觉，它汇集了计算机图形学、多媒体技术、人工智能、人机接口技术、传感器技术、高度并行的实时计算技术和人的行为学等多项关键技术，是多媒体技术发展的更高境界，是高技术成果的系统集成。

虚拟现实系统是一个闭环系统，包括用户、机器和人—机接口三个基本要素。

其中用户是虚拟环境的接受者和作用者；机器是指安装了相应软件程序, 用来生成虚拟环境的计算机；人—机接口是指将虚拟环境和用户连接起来的传感与控制装置。

虚拟现实技术具有沉浸感、交互性和想象力等特征。

沉浸感是指用户作为主体存在于虚拟环境的真实程度；交互性是指用户对虚拟环境的可操作程度和从环境中得到反馈的自然程度(包括实时性)；想象力是指用户沉浸在多维信息空间中，依靠其感知和认知能力全方位地获取知识，发挥主观能动性，寻求解答，形成新的概念。

先进制造技术选择题精选全文完整版

先进制造技术选择题精选全文完整版

可编辑修改精选全文完整版先进制造技术选择题第一篇：先进制造技术选择题1：LIGA技术中不包括的工艺过程为（）1.涂胶2：适用于硬质合金和金属陶瓷等难磨材料的加工的结合剂为（）1.树脂结合剂3：下列不是制造自动化分系统的是(3)3.质量保证子系统4：下列哪种说法符合并行工程的思想（3）1.它不仅是一种工作模式，还是一种具体的工作方法2.虽然不能省去产品串行工程中的任一环节，但是要将产品的设计和其他生产环节重叠或同时进行3.它着重于一开始就对产品的关键因素进行全面考虑，以保证产品设计一次成功5：下列哪种说法不符合精益生产的思想（）1.以销售部门作为企业生产过程的起点，产品开发与产品生产均以销售为起点，按订货合同组织多品种小批量生产2.着重于一开始就对产品的关键因素进行全面考虑，以保证产品设计开发一次成功。

3.把上道工序推动下道工序生产变为下道工序要求拉动上道工序生产，杜绝一切超前、超量生产6：CIMS的两个支撑子系统是（3）1.工程设计自动化子系统、管理信息子系统2.制造自动化子系统、质量保证子系统3..计算机网络子系统、数据库子系统7：1SO14000质量标准是在1SO9002质量体系认证后增加了哪项内容（2）1.设计、开发、生产、安装和服务的质量保证2.绿色环保标准3.最终检验和试验的质量保证模式4.生产、安装和服务的质量保证模式5.质量管理和质量体系要素标准。

8：光刻加工采用的曝光技术中具有最高分辨率的是（2）1.电子束曝光技术2.离子束曝光技术3.X射线曝光技术9：下列哪种说法不符合绿色制造的的思想（3）1.对生态环境无害2.资源利用率高，能源消耗低3.为企业创造利润10：高速切削使用的刀具材料有很多种，其中与金属材料亲和力小，热扩散磨损小，高温硬度优于硬质合金，当韧性较差的是（1）1.陶瓷刀具2.聚晶金刚石刀具3.立方氮化硼刀具11：光刻加工的工艺过程为：（2）1.①氧化②沉积③曝光④显影⑤还原⑦清洗2.①氧化②涂胶③曝光④显影⑤去胶⑦扩散3.①氧化②涂胶③曝光④显影⑤去胶⑦还原12：MRP的含义是（1）1.物料需求计划2.制造资源计划3.企业资源计划4.产品数据管理13：下列不是并行工程特征的是（4）1.并行特2.整体特性3.协同特性4.一致特性14：在进行纳米级测量非导体的零件表面形貌时，常采用的测量仪器为（2）1.光学显微镜2.扫描隧道显微镜3.原子力显微镜15：有关超高速切削的萨洛蒙（Salomon）假设中当切削速度超过临界切削速度后，随着切削速度的增大切削温度的变化为（3）1.提高2.降低3.不变4.无法确定16：机床进给伺服系统常用的检测角位移的原件是（）1.感应同步器2.光栅3.容栅4.脉冲编码器17：下列选项不是可靠性设计的常用指标的是（3）1.产品的工作能2.可靠度3.灵敏度4.平均寿命18：STEP采用统一的数字化定义方法，涵盖了产品的整个生命周期，是CAD技术最新的国际标准.其中STEP的意思是（4）1.产品经营模型交换标2.产品设计模型交换标准3.产品草图模型交换标准4.产品经数据型交换标19：计算机集成制造技术强调（3）1.企业的经营管理2.企业的虚拟制造3.企业的功能集成20：高速加工机床的进给系统机构大多采用（1）1.直线电机2.滑动丝杠传动机构3.摩擦传动机构21：应力?强度概率密度分布曲线可知，两曲线有相互搭接的区域(阴影部分)，就是零件可能出现失效的区域，称之为干涉区。

面向机械加工的智能制造生产线控制设计与实现

面向机械加工的智能制造生产线控制设计与实现

面向机械加工的智能制造生产线控制设计与实现摘要：近年来，在社会发展下，我国的科学技术水平不断进步，带动了我国各行业领域的进步。

本文针对中小机械加工企业单台设备加工零件，用工成本高，没有实现机械加工设备信息化和网络化的问题现状，面向中小机械加工行业，以加工组合件为例，设计了基于Ethernet/IP工业互联网协议的智能制造生产线控制系统，主要介绍生产线电气控制系统设计方案，详细介绍了硬件组成和软件功能，采用的关键技术，实施经济性对比分析。

样机生产线经过2年多实践运行，生产线技术指标能满足工艺需要，硬件组态连接简单，软件功能实用，性价比高，值得行业推广和参考借鉴。

关键词：机械加工；智能制造；生产线；中小企业引言机械制造业是我国工业的重要部分，其技术发展水平与国民经济存在密切联系。

在新一轮技术革命背景下，机械制造工程领域迎来了重大发展机遇。

智能制造技术实现了与机械生产技术的深度融合，大幅提升了机械制造水平。

当前，基于信息技术、智能技术的智能制造模式有效解决了传统生产模式存在的种种弊端，在提升机械制造效能的同时，为行业的升级换代提供了有效保证。

1智能化检测概念智能化检测是一种革新性的技术，其结合了先进的数据分析和人工智能（AI）技术，能够在各种环境和应用中进行精确的检测和识别。

在机械加工领域，智能化检测正在改变评估产品质量的形式，优化生产流程，以及降低废品率。

在基础层面上，智能化检测系统是一种自动化的质量控制工具，可以识别和分类产品的特性和缺陷。

这些系统通常使用一种或多种传感器（例如光学、声学、电磁或热传感器）来收集数据，然后使用预先训练的AI模型来分析这些数据，以确定产品是否符合预定的质量标准。

智能化检测的核心是通过学习和适应来改善测量精度和一致性。

通过收集和分析大量的生产数据，识别更复杂的生产制造模式下细微的机加工尺寸的变化，采用大数据和云计算技术来进一步提高检测的准确性和一致性，形成更为完善的检测工艺。

虚拟机床加工系统的组件化设计

虚拟机床加工系统的组件化设计
一
行 了研究 。由于运 用 了组件 技术 ．使 系统 的开放性 、 可扩展性更 强 ．结 构更加灵活 。并使虚拟机床 加工系 统与其他虚拟系统 以及 Ｃ Ｄ Ｃ Ｍ系统 、制造网络 上 Ａ ／Ａ 加 工地 之间 的协 作更 加默 契 。 同时也 为今 后 工作 的 开展 奠定 了 良好 的基 础 。 如何 缩短 产 品开发 周期 、消除废 品生产 、降低 产 品成 本 以提 高产 品 的综合 竞争 能 力 ，是 现代 制造 企 业所 面 临的 决定 其是 否继续 生 存 的新 要素 。 为适 应 这种状 况 ．敏捷制造 的概念被提 出。并行工程和虚 拟 制 造 技术 成 为敏捷 制 造 的 最 为重 要 的使 能 技术 。 面 对经济 的全球 化和 工 业环境 的 竞争 要求 ．虚拟 制 造技 术 应该 以广 域 的制造 资源 为 出发 点 ． 以在虚拟 的 环 境 中描 述 加 工过 程 及 加 工质 量 为 其最 终 目的
ｉ ｍ ｌ ｍ
、
虚 拟 机 床 加 工 系统 的概 念 及
基 本 要 求
虚拟机 床 加工 系统 主要 是针 对 虚拟 制造 系统 中 的虚拟加工单元而言 的。机床 、刀具 、夹具 、工件所 组 成 的加 工系 统是加 工 单元 的物 理 实体 的重要 组成 部 分 。一个 或 多个这 样 的系统 的组合便 构 成一 个加 工 单元 的物 理结 构 。通 过这 个组 合并 在信 息 系统 的 支持下 ，加工单 元便 可完成预定 的加工任务 。虚拟机 床 加工 系统 便是这 个 重要 组成 部分 在虚 拟空 间 的映 射 。它同样也是 虚拟 加工单元的重要组成部分 。它是 由虚拟 的机床 、刀具 、夹具、工件组成 的虚拟 系统所 构成 的 。这一 虚拟 机床 加工 系统 的扩 充 和集成 将 发

虚拟制造的机械加工过程仿真

虚拟制造的机械加工过程仿真

虚拟制造的机械加工过程仿真黄雪梅　高国利　王启义东北大学机械工程学院,辽宁沈阳　110006　摘要:叙述了虚拟制造技术的含义、构成及发展情况,分析了在虚拟制造中占有重要地位的机械加工过程仿真,提出了机械加工过程仿真的系统结构、发展现状及存在的问题,讨论了车削加工过程仿真及其实现的可能性。

关键词:虚拟制造;车削过程仿真;物理仿真中图分类号:TH161 文献标识码:A 文章编号:1001-2265(1999)12-0028-04Manufacturing process simulation in virtual manufacturing technologyHuang Xuemei　Gao Guoli　Wang QiyiA bstract:In this paper,the meaning,constructio n and development of virtual manufacturing technology w ere proposed.M eanw hile,manufacturing process simulation w as analy zed and this included systematic structure,development and problems to be solved in the future.A t last,w e presented the simulation of turning process and its possibility to be realized.Key words:virtual manufacturing technolog y;manufacturing process simulation;physical simulation1　前言制造业的发展对产品性能、规格、品种不断提出新的要求,产品的生命周期越来越短,新产品的开发时间是决定性因素。

智能制造加工单元的工作流程

智能制造加工单元的工作流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。

文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by theeditor. I hope that after you download them,they can help yousolve practical problems. The document can be customized andmodified after downloading,please adjust and use it according toactual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types ofpractical materials,such as educational essays, diaryappreciation,sentence excerpts,ancient poems,classic articles,topic composition,work summary,word parsing,copy excerpts,other materials and so on,want to know different data formats andwriting methods,please pay attention!智能制造加工单元是一种高度自动化的生产系统，它将加工设备、机器人、传感器、控制系统等集成在一起，实现了零件的自动化加工和生产。

新型材料加工中的数值模拟与优化研究

新型材料加工中的数值模拟与优化研究随着科技的发展，新型材料的应用越来越广泛。

然而，这些材料往往具有特殊的物理和化学特性，因此在加工过程中会面临许多挑战。

数值模拟和优化技术可以帮助工程师更好地了解和解决这些问题。

一、新型材料的加工过程新型材料包括复合材料、高温合金、超硬材料、高强度钢等等，它们的特殊物理和化学特性使得在加工过程中会遇见一些难题。

例如，在钛合金的切削加工中，高温和高速度加工造成了刀具磨损严重的问题；在复合材料的制造中，由于其具有异质性、各向异性、非线性和非均匀的性质，导致复合材料的加工过程中需要应对许多不确定性问题。

二、数值模拟在新型材料加工中的应用数值模拟技术可以帮助工程师更好地了解新型材料加工中的复杂物理过程，以及选择合适的工艺参数和工具以达到最优成形效果。

下面是数值模拟技术在新型材料加工中的应用案例。

1. 钛合金的数值模拟通过数值模拟，可以了解钛合金在高速切削时的热变形和应力分布情况。

研究表明，采用先进的涂层技术可以显著降低刀具磨损，从而延长刀具的使用寿命。

2. 复合材料的数值模拟采用数值模拟，可以模拟复合材料的成形过程和应力分布情况。

研究表明，采用温度和压力适当的热压机模具可以最大限度地减少纤维破损和排列不精的问题，从而提高复合材料的力学性能。

3. 高强度钢的数值模拟通过数值模拟技术，可以模拟高强度钢的成形过程和应力分布情况。

研究表明，减少切削速度、采用合适的冷却液和刀具可以降低钢材的热影响和变形，从而获得更好的形状和尺寸精度。

三、数值模拟与实验的结合虽然数值模拟可以模拟加工过程中的各种物理现象，但它不能代替实际实验。

只有结合实验和模拟可以更好地理解加工过程和物理现象，并最终确定最优的加工工艺。

例如，在模拟复合材料成形过程中，可以通过实验对成型工具采用的材料、温度、压力等参数进行验证。

实验数据可以用于进一步优化数值模拟中的成型工艺，以达到更好的成型效果。

四、数值优化在新型材料加工中的应用数值优化技术可以帮助工程师选择最佳参数以达到最优的加工效果。

基于数字孪生的套筒智能检测生产线虚拟调试技术

基于数字孪生的套筒智能检测生产线虚拟调试技术目录一、内容概括 (2)1.1 背景与意义 (3)1.2 数字孪生技术概述 (3)1.3 虚拟调试技术发展现状 (5)二、套筒智能检测生产线概述 (6)2.1 套筒智能检测生产线的组成 (8)2.2 生产线的功能与要求 (9)2.3 生产线在制造业中的地位 (11)三、基于数字孪生的套筒智能检测生产线构建 (13)3.1 数字孪生模型的建立 (14)3.2 传感器与执行器的部署 (15)3.3 数据采集与处理系统 (16)3.4 实时监控与故障诊断 (17)四、虚拟调试技术在套筒智能检测生产线中的应用 (18)4.1 虚拟环境搭建 (19)4.2 仿真分析与优化 (21)4.3 模拟测试与验证 (22)4.4 实际应用与效果评估 (24)五、虚拟调试技术的关键技术与挑战 (25)5.1 虚拟现实技术 (27)5.2 人工智能与机器学习 (29)5.3 网络通信与云计算 (29)5.4 技术挑战与解决方案 (30)六、套筒智能检测生产线虚拟调试的实施策略 (32)6.1 项目规划与组织架构 (33)6.2 风险评估与管理 (35)6.3 成本控制与效益分析 (36)6.4 实施过程中的注意事项 (37)七、结论与展望 (39)7.1 研究成果总结 (40)7.2 未来发展趋势与展望 (41)一、内容概括本文档深入探讨了基于数字孪生的套筒智能检测生产线的虚拟调试技术。

该技术融合了先进的数字孪生理念、物联网技术、人工智能算法以及虚拟现实技术，旨在对生产线的各个环节进行精准、高效的智能检测与调试。

首先概述了数字孪生技术在工业领域的应用背景及其优势，强调了其在提升生产效率、降低成本、提高产品质量等方面的巨大潜力。

详细介绍了套筒智能检测生产线的设计思路和实现方法，包括数字化预建模、虚拟环境搭建、智能检测算法集成等关键技术点。

针对虚拟调试技术的核心部分，文档进行了深入剖析。

计算机辅助工程——CAE

快速原型作为一种为新设计快速建造模型的技术，核心是增 材制造，绿色制造。 快速原型系统运行于精简指令集（RISC）工作站，以CAD 3D全封闭表面模型（实体模型文件）为基础，CAD将几何体转 化为与快速原型系统兼容的文件格式，大多数快速原型系统使用 STL格式。 主要是为了分析评价，相对于“原型”，周期短，速度快。
能。质量特性分析命令通知CAD系统并返回数值，从而可生成分析
质量、边界框、质心、惯性矩、惯性积等几何参数。
• 对制造企业的重要性：与CAD系统共同确定零件的标准；
CAD数据文件的传送与共享。
• 与DFMA结合：从质量分析软件获得数据； 从质量特性分析软件获得精准参数值。
3.3 其他CAE设计和分析软件
DFMA的最大成效在于产品零件数量的减少。独立零件之间的结合
面是产品失效和质量低下的主要根源，可提高产品质量，减少总成 本。同时也减少了冲压模、铸模、冲压机、装配操作、库存、物料 运输和各类技术文件数量，增加产品可靠性。
• DFMA的人工方法：
• DFMA方法有人工和基于计算机两种。
• 从人工方法来看，在设计期间，DFMA逐一向设计人员询问有关零 件功能、材料限制和装配时零件存取等问题。DFMA软件计算装配 时间、产品成本和理论上的基准最小零件数。目的是获得最高的零 件生产成本效率。
瞬时动态分析
固有频率分析 热传导分析 运动分析 流动性分析
机械运动分析
FEA成功的关键在于选择网格，网格单元在结点处连接。网格单元的大小和位置 对获得有效的结果至关重要。通常几何实体上某处要求分析的效果越明显，网格 单元越小。
3.2 质量特性分析
• 对分析产品零件的重要性：质量特性分析是设计中常用到的CAE功
• 回路分析软件：完成电子电路的数字分析以确定电子的性能和极端
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文章编号:1004-132Ⅹ(2000)05-0520-05面向加工质量预测的虚拟加工检测单元的研制姚英学　教授姚英学　李荣彬 摘要:虚拟制造是在制造科学理论、计算机技术和现代信息技术基础上发展起来的数字化制造技术,建立虚拟物理单元是虚拟制造的基础和关键。

提出面向质量预测的虚拟加工检测单元的概念,定义了虚拟加工检测单元的体系结构,分析了影响加工质量的主要因素,建立了虚拟加工检测单元的误差融合模型,提出了虚拟加工检测单元的工件描述模型,开发了虚拟加工检测单元的原型系统。

关键词:虚拟制造;虚拟测量;质量预测;虚拟加工检测单元中图分类号:T H166 文献标识码:A收稿日期:1998—11—19基金项目:国家863高技术研究发展计划资助项目(863—511—710—002);香港C ROUC HE R 基金会和香港理工大学资助项目 在构建虚拟制造(V M )系统时,虚拟物理系统的建立是最重要、最有意义、也是难度最大的。

近年来,许多学者和研究人员开展了虚拟物理单元和虚拟物理系统的研究。

日本大阪大学针对制造工厂设计的需要,建立了车间层的虚拟制造系统[1]。

美国M aryland 大学开发了用于数控人员培训的虚拟机床仿真器[2,3];作为AM T 计划的一部分,美国N IST 也开展了虚拟机床的研究。

所有这些研究都是针对某一特定应用对象开展的,只在某些方面与物理单元具有可比性,由于开发包括加工精度在内的多方面性能具有可比性的虚拟物理加工单元的难度很大,美国No rthw estern Univ ersity 等8所大学在美国国家自然科学基金会资助下开展了AM RI-M T 计划的研究,主要研究虚拟机床中各种加工误差的建模问题[4,5]。

目前,VM 也是我国制造业领域的热点研究课题,一些单位先后开展了VM 体系结构、虚拟设备和过程,以及虚拟制造方法等方面的研究工作,取得了初步成果[2]。

零件加工精度与加工质量的分析与预测是制造过程中至关重要的,要实现真正意义上的虚拟制造,必须使虚拟制造系统具备加工质量预测能力。

为此,在分析物理加工单元和检测单元组成、运动建模、加工质量影响因素的基础上,本文主要介绍了虚拟加工检测单元(vir tual machining a nd m easuring cell ,V MM C )的概念、体系结构和开发中的主要技术问题。

1　VM M C 的概念与体系结构V MM C 是物理加工检测单元在计算机中的映射。

物理加工单元和检测单元是现实物理制造系统中最基本的组成部分,与之相对应,虚拟加工单元和虚拟检测单元是V M 的基本组件。

在现实物理制造系统中,由于技术等方面的原因,在很多情况下加工单元和检测单元并非一体的,但在V M 中,二者不仅很容易集成于一体,而且是非常必要的。

笔者提出的V MM C 不仅是机床和坐标测量机外形和运动过程的仿真器,可以模拟机床和坐标测量机的运动、刀具和测头运动轨迹、检验N C 代码,而且它可针对不同类型的加工机床和加工中心进行初始化,用数控代码驱动完成虚拟加工与测量过程,根据数控机床及坐标测量机的运动及动态特性模型、切削过程及切削力模型、误差模型(包括运动误差模型、热变形误差等)模拟切削与测量过程,并以上述模型为基础预测和显示工件尺寸误差、形状误差、形位误差、表面粗糙度,以及加工周期和加工成本等技术指标。

V MM C 的组成和体系结构见图1。

主要包括虚拟机床和虚拟测量机两大部分。

其中虚拟机床具有以下模块:(1)代码翻译模块　实现数控伪代码的读入,提取刀位特征数据,从而生成刀位文件以驱动虚拟机床的运动;(2)机床初始化模块　根据实际物理机床的动态、静态特性和单项误差源分布等初始化虚拟机床,使其在性能上与实际机床对应;(3)误差融合模块　实现单项误差的融合,从而使虚拟产品包含有综合加工误差,使虚拟工件·520·中国机械工程第11卷第5期2000年5月图1　虚拟加工检测一体化单元的总体设计与实际工件具有接近的误差特征和尺寸特征;(4)机床控制模块　建立机床的运动模型以根据数控代码控制虚拟机床的运动,为虚拟加工中机床的运动仿真提供数学模型;(5)机床切削模块　实现刀具与工件间的切削成形运动,仿真虚拟产品的加工过程,并在虚拟工件中融合综合加工误差。

实际的坐标测量机的运动主要为测量运动部件的复合运动,它的单个元件的制造精度相对较高,虚拟测量机的重点放在测量规划和测量算法上,其结构应包括以下几个模块:(1)初始化模块　根据实际测量机的特性初始化虚拟测量机;(2)运动控制模块　实现虚拟测量机运动部件的精确运动和定位控制;(3)测量规划模块　根据虚拟测量机的工作原理和工件的质量信息要求,生成指定虚拟产品的测量规划;(4)测量算法模块　建立工件表面质量如粗糙度、尺寸误差、形状误差、位置误差的测量算法,按照特定的测量规划,重新组织工件特征信息和尺寸信息,实现对虚拟产品加工质量的检测。

尽管VM M C并不加工检测物理意义上的产品,但要产生与之相关的加工过程特性和产品质量等信息,因此VM M C必须满足以下要求:(1)功能一致性　V MM C的功能和性能应该与相应的实际加工单元和实际测量单元一致。

(2)结构相似性　V MM C的结构应与实际加工和实际测量单元是相似的,结构相似性可提供给用户一种直观方式进行定义、组织和修改。

(3)敏捷性　V MM C的组织与实现应具有非常高的柔性。

在建立制造与检测单元的各种抽象模型时,应采用模块化的方法和面向对象技术,注重各种模型与模块的重用性和重组性,以及各模块间的组合能力。

(4)集成化　V M M C涉及内容很多,应注意采用系统工程、知识工程、人机工程等多学科技术,实现信息、知识和人机的有机集成。

V MM C的目的在于建立一套集成化的计算机系统,该系统能够模拟实际加工单元的性能和功能,生产虚拟产品,并将该虚拟产品传输到虚拟测量单元检测加工质量。

系统除了在内部具有信息通讯协议外,同时也必须与外界的C AD/CAM环境具备良好的通讯接口。

综合考虑,实现V MM C的关键技术在于①单项误差的建模;②误差融合方法;③虚拟工件的3D描述;④机床和测量机的数学建模;⑤C AD/CAM集成。

2　开发环境V MM C的开发和运行环境包括硬件环境和软件环境两大部分,虚拟现实(V R)软硬件技术的发展和应用为V MM C开发运行环境的建设奠定了良好的基础,在V R环境下运行VM M C系统,可以很好地将人、硬件设备、系统模型和仿真软件集成一体,并提供良好的人机交互和反馈手段,产生更真实的效果。

但VM M C并不一定要在V R环境下运行,考虑到目前软硬件昂贵的价格一般用户难以承受,本项研究没有采用完整的V R环境。

V MM C开发运行的硬件环境由2台Pentium Pro233/64M B RAM的微机和局域网络组成,1台微机主要完成动态图形现实和人机交互的信息输入输出,另1台微机则主要完成有关的数学运算。

软件技术的发展为VM M C的开发应用提供了多种选择方案。

采用Windo w s N T操作系统,选择V RM L、Visual C++、Open GL、SolidW orks、Jav a、Co smo s Player为开发环境。

形成的应用系统可在Window s95和Windo w s N T上运行。

3　加工过程误差分析与误差融合在实际切削成形过程中,由于半静态误差、动·521·面向加工质量预测的虚拟加工检测单元的研制——姚英学　李荣彬态误差和热变形误差的存在,使切削过程中刀具与工件间的实际相对位置和理想位置之间存在偏移,从而使切削过程包含误差。

要准确地建模与仿真工件表面的产生过程,应建立一套适用性较强的基于理想切削模型的误差融合方法,它能够融合机床动特性、切削参数变化以及相关的误差源。

为此建立切削过程误差融合模型(见图2),各坐标系的原点为刀尖位置,图2a 视工件为理想体(工件无任何变形误差、运动误差等)时的切削模型,其中S 0为以处于工件表面的理想刀尖中心为原点的坐标系,S i +1为由于刀具受力变形误差、运动误差等单项误差产生的相对于S i 的偏差后刀尖位置坐标系(i =1,2,…,n -1);S n 为刀尖由于S i +1存在而最终位置所处的坐标系。

图2　加工误差融合模型导致S i +1存在的偏差包含刀尖沿x 、y 、z 轴的轴向偏移与绕x 、y 、z 轴的转角量。

S i +1与S i 之间可以由齐次转换矩阵A i 连接:A i =ro t(x i -1,θ1)r ot(y i -1,θ2)r ot (z i -1,θ3)trans(a ,0,0)tr ans(0,b ,0)tr ans(0,0,c )(1)式中,ro t(x i -1,θ1)、rot(y i -1,θ2)、ro t(z i -1,θ3)分别为S i 相对于S i -1绕x 、y 、z 轴旋转转角θ1、θ2、θ3的4×4转换矩阵;trans(a ,0,0)、trans(0,b ,0)、trans(0,0,c )分别为S i 相对于S i -1沿x 、y 、z 轴偏移距离a 、b 、c 的转换矩阵。

则由于各种误差源影响使实际刀尖中心S n 偏离理想切削点S 0的偏离值Δe1为Δe 1=∏n -1i =0A i =n xo x a xp x n y o y a y p y n z o z a z p z 01(2)式中,n x 、n y 、n z 分别为各误差因素产生的刀尖位置误差在x 、y 、z 坐标轴上的分量;o x 、o y 、o z 分别为各误差因素产生的刀具绕x 、y 、z 坐标轴的转动误差分量;a x 、a y 、a z 分别为刀具-工件位置误差在x 、y 、z 坐标轴上的分量;p x 、p y 、p z 分别为刀尖的空间位置在x 、y 、z 坐标轴上的分量。

而p =[p x p y p z ]T就是刀具的实际位置矢量,|p |即为该模型下的误差值。

依据以上原理,同样可以确定理想刀具(刀具无任何变形误差、运动误差等)切削实际工件时的切削模型,见图2b 。

其中R i +1为由于工件热变形、弹性变形、主轴回转误差和工件振动等各单项误差产生的刀具-工件接触点相对于R i 的偏差形成的新坐标系。

R i +1与R i 之间可由矩阵B i (i =1,2.…,m -1)连接,则此种模型下的偏差值Δe2=∏m -1i =0Bi(3)实际加工误差Δe 是实际刀具切理想工件的误差与理想刀具切削实际工件的误差之和,即Δe =Δe 1+Δe 2(4)该误差融合方法实际上是空间矢量和齐次转换方法的综合。