曲面加工刀具轨迹生成技术的分析与实现

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1、武汉理工大学硕士学位论文第一章绪论1．1课题的研究背景及意义制造业是指对原材料进行加工以及对零部件进行装配的工业部门的总称。进入21世纪以来，世界机械制造业进入前所未有的高速发展阶段，机械制造业作为高新技术产业化载体在推动整个社会技术进步和产业升级中不可替代的基础作用，是国民经济增长和技术升级的原动力11I。制造业在国民经济中的地位可以用以下几个简单的数字来进行说明：美国68％的财富来源于制造业；日本，国民经济总产值的约49％由制造业提供。在先进的工业化国家中，约有1／4的人口从业于制造业，在非制造业部门中，又有约半数人员的工作性质与制造业密切相关。在世

2、界各国中，任何一个经济发达的国家，无不具有强大的机械制造业，许多国家的经济腾飞，机械制造业功不可没。其中，日本最具有代表性。二次世界大战后，日本先后提出“技术立国"和“新技术立国’’的口号，对机械制造业的发展给予全面的支持，并抓住机械制造的关键技术——精密工程、特种加工和制造系统自动化，使日本在战后短短30年里，一跃成为世界经济大国。与此相反，美国自20世纪50年代以后，曾在相当的一段时间内忽视了制造技术的发展。美国政府历来认为生产制造是企业界的事，政府不必介入。而美国学术界则只重视理论成果，忽视实际应用，一部分学者还错误地主张应将经济重心由制造业转向高

3、科技产业和第三产业。结果导致美国经济严重衰退，竞争力明显下降，在汽车、家电等行业不敌日本。可见，制造业在各个国家的国民经济中占有非常重要的主导作用，制造业是国民经济的物资基础，是富民强国之本I¨l。当前，国家之间的竞争越来越激烈，世界面临的最重要的趋势之一是经济全球化，而在经济全球化中，制造业的水平直接决定了一个国家的国际竞争力和在国际分工中的地位，也就是决定了这个国家的经济地位。世界上最大的100家跨国公司中，80％集中在制造业领域，当今世界上最发达的3个国家——美、日、德，其制造业也是世界上最先进的，竞争力最强的。日本出口的产品中，机械制成品占70％

4、以上。制造业的水平集中体现了国家的综合实力和国际竞争力12儿引。制造业产品占我国社会物质总产品的51．7％，制造业的增加值占同期GDP的39．2％。制造业是解决中国就业问题的主要产业领域，不仅本身吸纳了我国11．3％的从业人员，同时还有着其他产业无可比拟的带动效应。制造业产业服务业将因制造业的发展而成为第三产业的主导力量。我国的工业化比很多国家慢，完全可以借助其他国家的经验后发制人。在工业化过程中，制造业始终是推动经武汉理工大学硕士学位论文济发展的决定性力量。我国正处于工业化过程的中期阶段，也就是重化工业阶段。世界经济发展的实践表明，在此阶段，制造业会推

5、动国民经济进入一个较长的高速增长期，而经济的高速增长也会为生产力实现跨越式发展提供机遇。制造业是经济结构战略性调整的推动力，是国民经济高速增长的发动机，是以信息化带动和加速工业化的主导产业。现代机械制造业正处于日益激烈竞争的市场环境之中。一方面，产品更新换代快，力求高性能、高质量、交货周期短，以便更快地适应和占领市场；另一方面，要求提高劳动生产率，以求降低成本，提高利润率和产品的市场竞争能力。传统的机械制造方法已不可能同时满足这两方面的要求，在不断的探索过程中，微电子技术和计算机技术的高速发展加速了制造业的根本变革。其中一个重要的标志就是数控技术的广泛应

6、用，普通机械逐渐被高效率、高精度的数控机械所代替。制造业正向着高自动化，高智能化发展ll。4I。数控技术是制造自动化的基础技术和关键技术，广泛应用于机械、汽车、航空、船舶、材料、军工等国民经济支柱产业，在国民经济中发挥着巨大的作用。与普通机床相比，数控机床可显著提高加工效率和加工精度。数控技术在短短的几十年内得到飞速发展，并已形成了巨大的生产力。国内外企业界和专家们形成共识：今后相当长一段时间内，机械加工技术的发展和竞争，主要是数控技术的发展和竞争。数控编程是数控技术中与数控系统、驱动系统并驾齐驱，同等重要的组成部分。因此，从数控机床诞生之初，数控编程技

7、术就受到了广泛的关注，成为CAD／CAM系统中的重要组成部分，各工业发达国家也投入了大量的人力物力。一方面，对涉及数控编程的各单元技术如无干涉刀位轨迹的生成算法及加工仿真算法等进行了大量的卓有成效的研究：另一方面，在这些研究成果的基础上，一些软件公司也投入力量开发实用的数控编程系统，通常所我们称之为CAM系统【2113116i。如图1一l是一个完整的CAM系统结构示意图，它主要包括四个模块：造型模块，刀位轨迹规划模块(包括干涉检查)，加工指令模块(后置处理模块)，加工过程仿真机误差检测模块。2武汉理工大学硕士学位论文图1—1CAM系统结构示意图随着我国经

8、济的快速发展，国内制造企业对数控技术的需求也越来越迫切，要求也越来越高，需要尽快