虚拟制造技术在新型机电产品开发中的应用

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1、虚拟制造技术在新型机电产品开发中的应用

2、第1内容加载中...PLMS的核心技术－面向产品全生命周期的虚拟产品开发，其内涵为：在产品设计阶段，充分考虑产品的性能要求、制造过程成本和市场销售等产品全生命周期(从需求分析、产品概念设计到产品报废)的所有因素，在计算机上实时、并行地动态模拟产品的几何建模、工艺设计、制造过程、生产管理、质量控制、应用维护等一系列活动。虚拟制造不会消耗现实资源和能量，所进行的制造过程是虚拟的，所生产的产品也是虚拟的，因而可以减少产品的投资风险，而且采用并行工程能更有效、更经济、更灵活地组织生产，以达到

3、新产品的开发周期最短、成本最低、设计质量最优的目的。面向产品全生命周期的虚拟产品创新和协同管理方案面向产品全生命周期的虚拟开发系统，借助於并行工程管理策略和PDM集成技术，在设计产品时不仅考虑产品的功能和结构，而且考虑产品全生命周期的所有环节，如规划、设计、制造、营销、运行、使用、维护、服务、环保、回收等，以求产品的综合优化。虚拟产品开发过程中虽然存在局部串行现象，但从系统的整体来看，各模块又是并行作业。面向产品全生命周期的虚拟产品创新和协同管理方案如图1所示。该方案打破了产品设计人员与生产制造人员、销售人员及产品最终使用

4、者之间沟通的技术障碍，借助网络协同管理，使企业的产品创新能力获得极大提升。图中各功能模块依赖PDM进行产品数据集成，这里的集成包括两方面的含义：一是PDM与系统各工具软件的集成，二是各工具软件自身众多模块的集成。通过PDM集成系统的图形和文档数据、业务和经验数据、交流和沟通数据，使虚拟产品开发系统的各功能模块相互联系、相互依存、协同发挥、共享资源及并行工作，保证信息流在虚拟企业内外畅通无阻。虚拟产品开发系统的关键技术零件三维造型零件三维造型是虚拟产品开发的核心内容，其进一步的应用是虚拟装配、动态过程仿真、图形数据处理、有限

5、元分析和动画制作等。零件三维造型的方法有曲面造型、实体造型或实体曲面一体化混合造型等。目前，实体造型技术主要以参数化设计和面向特征设计为主。参数化设计是虚拟设计的重要方向，目前大多数CAD软件都提供这项功能，让用户方便地反复修改设计参数。此外，采用的“精确特征实体造型”技术抛弃了传统的体素拼合和交并差的繁琐方式，使整个设计过程更加直观、简单。大多数三维CAD软件都提供独立环境的曲面造型工具，可任意造型与编辑复杂曲面，并通过曲面和实体之间的相互配合，实现曲面裁剪实体、曲面生成实体、曲面约束实体等混合造型操作。虚拟装配在对部件

6、或整机进行有限元分析或动态分析之前，要先对已完成造型设计的虚拟零件进行虚拟装配。虚拟装配是零件模型按约束关系进行重新定位的过程，它根据产品设计的形状特性及精度特性，真实地模拟产品的三维装配过程。常见装配方法有约束装配法(如共轴、平衡、重合、垂直等约束关系)和借助精确定位工具(如CAXA实体设计V2软件的三维球)进行无约束装配。装配完後一般进行干涉检查，以检验零件间有否发生干涉或超过了定义的间隙限制，虚拟装配直接影响後续的有限元分析和动态仿真的结果。有限元分析虚拟产品开发的目标是满足产品的性能要求、缩短产品周期及降低成本，这

7、与性能优良的计算分析系统分不开。计算分析的目标包括：构件的受力分析(静力分析与动力学分析)、构件对失效的安全性、产品功能检测、外部影响的评价、通过轻型构件减少重量、优化材料等。有限元分析法是目前最重要及应用最广泛的计算机辅助分析方法。直接将产品的三维零件模型或经过降维等方法转换成有限元分析模型，依据数据交换标准传至CAE软件系统，就可进行有限元分析。工艺设计借助CAM、CAPP软件，确定已设计的零件工艺方案，主要内容包括：核准加工零件的尺寸、公差及精度等加工要求、设定毛坯、确定工件装卡方式、选择加工刀具、确定加工方法、确定

8、加工工艺路线、设定工艺参数等。仿真系统借助CAM软件，根据所要加工工件的形状特点、不同的工艺要求和精度要求，灵活地选择各种加工方式和加工参数，快速生成、编辑所需要的刀具轨迹(即刀具的切削路径)，并可通过CAM软件的几何仿真系统实时或快速地仿真刀具—工件几何体的运动，以验证生成的刀具轨迹是否正确和有否产生过切现象。虚拟数控技术通过CAM软件对已生成的刀具轨迹进行加工机床设置和後置处理，即按机床规定的格式进行定制，从而生成和特定机床相匹配的NC代码。虚拟数控技术就是借助数控加工仿真C软件，采用完全模拟真实机床的虚拟数控机床对N

9、C代码的切削状态进行检验，用户可以生动地看到实时的加工过程仿真，以检验加工过程中刀具轨迹的正确性，以及刀具有否过切、刀具与夹具及机床有否碰撞等问题。较先进的虚拟C系统还可以进行力学仿真，通过切削过程的动态力学特性来预测刀具破损、刀具振动、控制切削参数，从而达到优化切削过程的目的。采用虚拟数控加工，用户不