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基于虚拟制造的金属板材成型加工仿真技术研究

作　者: 赵德金
导　师: 孔建寿
学　校: 南京理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 虚拟制造板材成型预弯等离子空气切割卷板几何建模工艺参数
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着科技的快速发展,虚拟制造的应用越来越广泛,而虚拟加工技术是虚拟制造的底层关键技术,在虚拟制造中占有非常重要的地位,通过虚拟加工技术可以实现对加工过程、产品质量及生产过程的预测及优化。本文根据板材成型加工的特点和需求,以Windows XP系统为开发平台,以VisualC++6.0为开发工具,采用MFC和OpenGL技术开发了一个面向虚拟制造的板材成型加工仿真系统。该仿真系统由虚拟等离子空气切割仿真、虚拟预弯仿真和虚拟卷板仿真子系统组成,根据各子系统的功能目标分别对其各功能模块进行了详细设计。通过对成型加工过程中等离子空气切割过程的工艺参数的研究,结合几种常见的虚拟制造几何建模方法,采用了单循环链表的边界表示法对切割过程进行建模,实现了不同切割工艺参数下的切割过程的动态仿真。通过对成型加工过程中预弯过程及工艺参数的分析,采用了单循环链表的边界表示法对预弯机进行建模和双循环链表的边界表示法对预弯过程的板材进行建模,实现了不同预弯机对板材预弯过程的动态仿真。通过对成型加工过程中卷板过程的分析,重点研究了卷板过程的过程几何工艺参数和力学几何工艺参数,采用了双循环链表的边界表示法对卷板过程的板材进行建模,并采用表面建模法与法向量对卷板机进行建模,实现了不同卷板机对板材滚弯过程的动态仿真。此外,还分别对切割、预弯、卷板等生产过程所涉及的操作时间、生产成本等内容进行了仿真统计。最后,论文完成了一个金属板材成型加工仿真系统的开发,仿真结果表明该系统具有良好的实时性、交互性以及三维图形功能,能够有效地模拟板材成型加工过程。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-16
  1.1 引言  8
  1.2 虚拟制造  8-10
    1.2.1 虚拟制造概述  8-9
    1.2.2 虚拟制造的国内外研究现状  9-10
  1.3 板材成型加工  10-13
    1.3.1 等离子空气切割  10-12
    1.3.2 预弯机  12
    1.3.3 对称式三辊卷板机  12-13
  1.4 本论文研究的内容及论文结构  13-16
    1.4.1 本论文研究内容  13-14
    1.4.2 论文结构  14-16
2 板材成型加工仿真系统的总体设计  16-26
  2.1 仿真系统的设计原则  16
  2.2 仿真系统的总体设计目标  16-18
    2.2.1 虚拟等离子空气切割仿真系统的功能目标  16-17
    2.2.2 虚拟预弯仿真系统的功能目标  17
    2.2.3 虚拟卷板仿真系统的功能目标  17-18
  2.3 仿真系统的设计流程  18
  2.4 仿真系统的总体功能结构  18-22
    2.4.1 虚拟等离子空气切割仿真系统结构图和模块设计  19-20
    2.4.2 虚拟预弯仿真系统结构图和模块设计  20-21
    2.4.3 虚拟卷板仿真系统结构图和模块设计  21-22
  2.5 仿真系统的三维开发环境  22-25
    2.5.1 OpcnGL介绍  22-23
    2.5.2 OpenGL主要功能  23-24
    2.5.3 OpenGL绘制图形流程  24
    2.5.4 OpenGL的图形变换过程  24-25
  2.6 本章小结  25-26
3 虚拟等离子空气切割仿真系统的实现  26-42
  3.1 等离子空气切割原理  26
  3.2 切割过程工艺参数及成本分析  26-33
  3.3 等离子空气切割的建模技术  33-38
    3.3.1 常见的几何建模技术  33-37
    3.3.2 虚拟等离子空气切割仿真系统的几何建模  37-38
  3.4 等离子空气切割过程的仿真实现  38-41
    3.4.1 仿真系统流程图  38-39
    3.4.2 仿真系统模块实现  39-41
  3.5 本章小结  41-42
4 虚拟预弯仿真系统的实现  42-54
  4.1 预弯弯曲过程  42-44
  4.2 回弹  44-45
  4.3 预弯工艺参数分析  45-48
    4.3.1 凸模具的位置关系  46-47
    4.3.2 预弯半径与下压量的关系  47-48
    4.3.3 纤维的伸长率  48
  4.4 预弯过程的建模技术  48-50
  4.5 预弯过程仿真的实现  50-53
    4.5.1 系统的流程图  50-51
    4.5.2 仿真系统的模块实现  51-53
  4.6 本章小结  53-54
5 虚拟卷板仿真系统的实现  54-72
  5.1 滚弯弯曲过程  54-56
  5.2 可行性分析  56-57
  5.3 过程几何工艺参数分析  57-61
    5.3.1 上辊的位置几何关系  57-58
    5.3.2 筒体半径与下压量的关系  58-59
    5.3.3 其他几何位置  59-61
    5.3.4 最小弯曲半径  61
  5.4 力学工艺参数分析  61-63
    5.4.1 纤维的伸长率  61-62
    5.4.2 上下辊受力  62
    5.4.3 力矩分析  62-63
    5.4.4 驱动功率  63
  5.5 卷板过程的建模技术  63-67
  5.6 卷板过程的仿真实现  67-71
    5.6.1 系统的流程图  67-68
    5.6.2 仿真系统的模块实现  68-71
  5.7 本章小结  71-72
6 虚拟板材成型加工仿真系统的实现技术  72-90
  6.1 OpenGL三维仿真环境的建立  72-74
  6.2 板材成型加工的仿真实例  74-89
  6.3 本章小结  89-90
7 总结与展望  90-92
  7.1 本文工作总结  90
  7.2 工作展望  90-92
致谢  92-93
参考文献  93-96

基于虚拟制造的金属板材成型加工仿真技术研究

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