虚拟制造技术内容简介

虚拟制造技术内容简介课程编号：B0200006C课程名称：虚拟制造技术英文译名：Fundamentals of Virtual Manufacturing适用学科：机械制造及其自动化、机械电子工程、机械设计及理论先修课程：CAD/CAM技术基础、机械制造技术基础、计算机组成技术、C语言程序设计开课院（系）：机电工程学院机械制造及自动化系任课教师：姚英学、李建广内容简介：在介绍虚拟制造技术的发展历程与现状、虚拟制造的定义与分类、虚拟制造技术的应用等内容的基础上，主要讲解虚拟制造系统的工作原理、分类与组成、虚拟现实的原理及其在制造工程中的应用、虚拟产品建模与描述、虚拟制造中的典型数学算法、数字化样机技术、数字化加工技术、数字化装配技术、数字化生产车间、虚拟产品开发与管理、虚拟制造系统开发，最后简要介绍虚拟企业的概念、关键技术和应用。

主要教材：1.姚英学，李建广编．《虚拟制造技术及其应用》．哈尔滨工业大学出版社（待出版）2.朱名拴，张树生等编著．《虚拟制造系统与实现》．西北工业大学出版社2001.10参考文献：1.姚英学等编．《CAD/CAM技术基础》．高等教育出版社2002.12.周祖德编．《数字化制造》．科学出版社2006.63.肖田元等著．《虚拟制造》．清华大学出版社2004.84.汪成为，高文，王行仁。

《灵境(虚拟现实) 技术的理论、实现及应用》，北京:清华大学出版社，1996.5.Andrew Kusiak. Intelligent Manufacturing Systems. Englewood Cliffs, N.J. : PrenticeHall, 1990虚拟制造技术教学大纲课程编号：B0200006C课程名称：虚拟制造技术开课院系：机电工程学院机械制造及自动化系任课教师：姚英学、李建广先修课程：CAD/CAM技术基础、机械制造技术基础、计算机组成技术、C语言程序设计适用学科范围：机械制造及其自动化、机械电子工程、机械设计及理论学时：26 学分：1.5开课学期：春季开课形式：授课＋讨论课程目的和基本要求：近年来，信息技术在制造中的应用越来越广泛，本课程是在学生完成计算机基础技术、CAD/CAM技术基础、机械设计制造等相关课程学习的基础上，培养学生综合应用现代信息技术手段解决制造工程领域技术问题能力的重要环节，为学生开展制造业信息化的研究与应用奠定基础。

通过本课程的学习，使学生掌握虚拟制造的基本概念和发展状况、虚拟制造的基础理论和关键技术、系统设计与开发的相关知识。

要求学生：1)了解虚拟制造的发展历史、现状和发展趋势；2)掌握虚拟制造中基本的数学算法和建模方法；；3)掌握虚拟制造系统设计与开发的相关知识；4)掌握虚拟制造的关键技术；5)学会使用1～2种软件；6)学会分析3～4个虚拟制造系统案例。

课程主要内容：本课程在介绍虚拟制造技术的发展历程与现状、虚拟制造的定义与分类、虚拟制造技术的应用等内容的基础上，主要讲解虚拟制造系统的工作原理、分类与组成、虚拟现实的原理及其在制造工程中的应用、虚拟产品建模与描述、虚拟制造中的典型数学算法、数字化样机技术、数字化加工技术、数字化装配技术、数字化生产车间、虚拟产品开发与管理、虚拟制造系统开发，最后简要介绍虚拟企业的概念、关键技术和应用。

具体内容包括：1．概述主要讲解虚拟制造的发展背景、虚拟制造系统的研究与发展概况、虚拟制造的定义与分类、虚拟制造技术的应用等内容。

2．虚拟制造系统主要讲解虚拟制造系统的工作原理与特点、虚拟制造系统的功能设计与体系结构、虚拟制造系统的建模方法、虚拟制造系统的常用硬件与软件等内容。

3．虚拟现实技术主要讲解虚拟现实的基本工作原理与系统组成、视觉通道、听觉通道、位置跟踪技术、触觉与力反馈技术、虚拟现实开发工具及其应用、虚拟场景的构建等内容。

4．虚拟产品建模与描述主要讲解虚拟产品建模的特点与要求、计算机图形学基础、实体几何建模方法、虚拟产品建模等内容5．虚拟制造中的数学算法主要讲解真实感图形的实时绘制、多细节层次模型生成和绘制、基于图像的建模与绘制碰撞检测、计划调度算法、路径规划算法等内容。

6．数字化样机主要讲解数字化样机的建模、数字化样机的运动学分析基础、数字化样机的动力学分析基础、数字化样机的仿真分析、温度场分析、数字化样机的仿真分析实例等。

7．数字化加工技术主要讲解数字化加工技术概述、数字化加工系统开发、数控程序检验与优化、加工误差建模与补偿、虚拟加工与加工过程优化、应用实例分析等8．数字化装配技术主要讲解虚拟装配技术概述、装配信息模型、装配资源建模、装配工艺规划与仿真、数字化装配应用实例9．数字化生产车间主要讲解数字化生产车间的概念、数字化生产车间的仿真分析工具、数字化生产车间的布局设计与优化、数字化生产车间的调度与控制、数字化生产车间的信息集成、数字化生产车间的应用等10．虚拟产品协同开发与管理主要讲解产品协同开发的概念、协同开发环境、软件共享技术、资源共享与管理、虚拟产品开发实例等。

11．虚拟企业主要讲解虚拟企业的概念、虚拟企业的关键技术、虚拟企业的应用等。

课程主要教材：1.姚英学，李建广编．《虚拟制造技术及其应用》．哈尔滨工业大学出版社（待出版）2.朱名拴，张树生等编著．《虚拟制造系统与实现》．西北工业大学出版社2001.10主要参考文献：1.姚英学等编．《CAD/CAM技术基础》．高等教育出版社2002.12.周祖德编．《数字化制造》．科学出版社2006.63.肖田元等著．《虚拟制造》．清华大学出版社2004.84.汪成为,高文,王行仁. 《灵境(虚拟现实) 技术的理论、实现及应用》. 北京:清华大学出版社,1996.5.Andrew Kusiak. Intelligent Manufacturing Systems. Englewood Cliffs, N.J. : PrenticeHall, 1990院（系）审核意见：分评委员会审批意见：（教授委员会）签字：签字：日期：日期：虚拟机械加工技术（virtual machining）已诞生很久了，随着科学技术的进步，三维计算机辅助设计被广泛应用于产品设计，在工程作业设计、加工工序设计及产品组装程度等方面，需要开发计算机辅助技术，特别是在计算机辅助工程（cae）方面，采用有限元法（fem）来预先解析研究与产品性能相关联的构造、热传导性以及利用计算机辅助制造（cam）确定刀具运动轨迹的编程技术，均已渗透到工程的各个领域而被有效利用切削加工仿真技术的发展动向包括两个方面，其一是开发nc仿真软件，借以显示刀具运动轨迹，并判断刀具、刀夹与工件及其夹具是否产生干涉。

在进行立铣加工时，最基本的任务是切除刀具切削刃包络面通过部分的被加工材料，使保留下来的部分成为已加工面。

完成这类加工所用的软件应包括如下内容：刀具、刀具夹头、工件、夹具等的协调，机床主轴的构成及其可工作的范围，能真实地仿真机床和刀具的动作等。

特别是近几年来，由于五坐标切削加工的不断增加，在实际加工前应进行nc仿真的重要性日益突出。

这类nc仿真软件中，有不少软件具有极为优异的性能，如可从金属切除体积计算出加工效率;根据金属切除体积来判断切削加工是否产生过载;如果负荷固定，由于进给速度过高而产生过载，仿真软件可调整进给速度，防止过载产生，并可缩短切削加工时间等。

切削加工仿真技术的另一发展动向是研究解析切削加工过程中的物理现象，如被加工材料因塑性变形而产生热量，被切除材料不断擦过刀具前刀面形成刀屑后被排出，以及由刀具切削刃切除不需要的材料而在工件上形成已加工面等，并将这一系列切削过程通过计算机模拟出来，目前能达到这种理想目标的产品还为数不多。

third wave systems 公司的“advantedge”是采用有限元法对切削加工进行特殊优化解析的软件产品，与用于构造解析的有限元法程序包比较，其最大优点是用户界面优良，机械加工的技术人员能方便地进行解析。

美国scientific forming technologies公司的“deform”是锻造等塑性变形加工用有限元法解析程序包，最近已被转用于切削加工。

切削过程是切屑、被加工材料的弹性变形和塑性变形的变形过程，与冲压、锻造等塑性变形比较，变形速度(单位时间产生的变形量)非常大，由此产生的塑性变形能量和前刀面上由摩擦产生的能量将引起发热，从而使温度大幅度升高，刀尖在连续而狭小的范围使被加工材料破坏、分离成切屑和已加工面等，这是切削过程的显著特征。

而这些现象彼此间存在复杂的相互影响。

如果用有限元解析方式，需输入下列内容：被加工材料特性及摩擦状态等物理特性;切削条件及刀具形状等边界条件。

通过有限元解析刚性方程，可输出切削力、剪切角、切削温度等带有切屑生成状态特征的量化参数，在此过程中，无需建立数学模型或提出假设。

根据有限元解析的结果，还易于将切屑生成过程、应力、变形等物理量实现可视化。

要获得高精度解析结果，最为重要的输入内容是反映被加工材料应力——变形关系的材料特性，而材料特性的获取是极为费力的工作。

今后，随着计算机功率的增大，这种切削过程的物理仿真技术将会逐渐普及。

能否迅速普及的关键在于能否及时向用户提供所需的被加工材料的材料特性。

按需开发切削加工仿真技术软件目前，许多科技人员正在进行生产工程中最基础的切削加工技术的研究，其中多数研究的目的是在弄清楚加工现象的同时，对加工过程进行预测。

如果这些研究内容实现了系统的计算机软件化，就意味着能形成一个切削仿真技术软件。

如东京农工大学机械学院的实验室就正在进行几种预测性的有关切削加工仿真技术软件的研究。

工艺流程和实用仿真采用了横向和纵向相匹配的研究体系，横向与产品设计到加工工序相对应;在纵向上越往上，实用性越好，往下则不仅是实用性，还包括加工现象的解析和实现可视化。

1.刀具信息数据库和解析仿真技术并用的切削条件选择系统在实际的切削过程中，不应照搬工具厂提供的推荐切削条件，而应根据机床、工具系统、工件装卡等具体情况，反复进行试切削来修正切削条件。

同时还应将过去加工中积累的行之有效的参考数据输入数据库，在有效利用这些数据的同时，借助解析方法使切削条件达到最佳化;对于没有参考数据的新的切削加工，则应开发与此相关的切削条件选择系统。

该系统中把振动、加工精度、刀具升温、刀具寿命、残余应力等设定为解析内容，在解析的基础上，就能选择出最佳的刀具和调整切削条件。

淘宝网10大减肥产品去黑头哪种眼霜好瘦腿去皱眼霜保湿什么防晒好润唇卸妆哪个牌子好本系统的数据大致分为三个部分：刀具信息数据、工具系统组成、切削条件。

在切削条件中可积累有效的切削加工技术参数。

本文拟用图例表示平头立铣刀加工的最佳铣削效率和最佳化侧面的形状误差。