《钣金切割cadcam系统研究与开发》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钣金切割cadcam系统研究与开发（79页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、华中科技大学 硕士学位论文 钣金切割CAD/CAM系统研究与开发 姓名：马占营 申请学位级别：硕士 专业：机械电子工程 指导教师：邵新宇;饶运清 20070529 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘摘 要要 钣金零件在工业生产中应用非常广泛。本文结合工厂的生产实际，对钣金下料 CAD/CAM 系统中的参数化图库建立、相关切割工艺、加工路径优化、图形自动编程及其 后置处理等若干关键技术进行了研究。 在此基础上， 开发了一个实用的钣金切割CAD/CAM 系统 SmartNest。本文做了以下相关方面的研究： 从集成化角度描述了系统的
2、功能需求，利用模块化的思想对系统进行模块划分和模 块接口设计；建立了系统的总体结构；建立了系统面向对象的数据结构，它贯穿于该 CAD/CAM 系统的全过程。 应用参数化设计的思想，采用面向对象的软件开发方法，开发了一个参数化图库设 计系统，该系统能够在保证图形拓扑关系不变的前提下，实现对图形尺寸的驱动。 实现了钣金切割中几个实用化的切割工艺技术，如共边切割、搭桥、连割等，大大 提高了板材的利用率和切割质量。针对多孔零件的切割路径规划问题，提出了基于蚁群 算法的分级规划方法，目的在于减小切割机空行程的长度，提高生产效率。 实现了基于面向对象的 NC 代码的自动生成，给出了中间代码的产生过程，在此
3、基 础上，建立了系统的后置处理模块，实现了对不同数控系统的 NC 代码转换。 关键词： 关键词： 钣金下料 CAD/CAM 参数化设计 切割工艺 切割路径规划 后置处理 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract Sheet metal parts are widely used in industrial production. According to the practical situation of the factory, some key techniques in sheet metal cutting
4、CAD/CAM system are studied in this thesis, such as building of parametric graphic database, some related cutting technologies, cutting path optimization, graphics automatic programming and post processing. Based on them, a sheet metal cutting CAD/CAM system-SmartNest is developed. Several related as
5、pects are studied in this thesis: The requirement of function of the system is described with the consideration of integration. The modules are assigned and their interfaces are designed with the thinking of modularization. The whole framework of the system is built up; the object-oriented data stru
6、cture is built up, which penetrates all the CAD/CAM system. Using the object-oriented method of software exploitation, a parametric figure storage design system is developed in the thesis. It can achieve dimension-driven all entities in standard sheet metal parts. Several related practical cutting t
7、echnologies are studied and realized, such as conjunct border cutting, bridge-cutting and continuous cutting, the utilization rate and the cutting quality are greatly improved. Aim at the problem of cutting path optimization of part with many holes, the hierarchical approach based on ant colony opti
8、mization is presented in this thesis, by which, the spatial traveling schedule length of the cutter is reduced and the production efficiency is enhanced. NC code automatic generation based object-oriented is realized, the process of the interim code production is presented, based on which, the post
9、processing module is built, the NC code conversion of different numerical control system is realized. Keywords: Sheet Metal Cutting CAD/CAM； Parametric Design； Cutting Technology； Cutting Path Optimization；Post Processing 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其
10、他个人 或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已 在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本论文属于 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年
11、 月 保密，在 年解密后适用本授权书。 不保密。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪绪 论论 1.1 课题的概况课题的概况 1.1.1 课题的来源课题的来源 本课题来源于华中科技大学机械学院和柳工机械股份有限公司的预研项目“面向 优化套料的精益生产管理”。 1.1.2 课题的研究背景课题的研究背景 钣金零件被广泛地应用于机电、轻工、汽车等行业。在工业生产中，钣金零件的 设计与加工占有相当大的比例。据统计，市场上近百分之九十的金属制品是钣金件。市 场需求的日益加大，需要钣金生产的设计速度和质量进一步提高，而传统的手工下料过 程
12、主要依靠熟练的放样工人和放样经验，采用纸板、油毡、木型等放样工具，进行人工 放样和手工切割。但是这样毕竟效率低下，准确性差，企业经常发生放样错误，导致返 工、窝工，甚至延误工期。近几年，各大企业迅速普及了大批量高效率的数控切割机设 备，包括火焰、等离子、激光和水射流数控切割机。但是，目前许多企业不是没有套料 软件， 就是没有使用好套料软件， 或是继续沿用传统的 CAD 画图和手工排料、 手工编程， 进行单个零件或是局部切割， 这就要求设计人员和钣金数控的设备的操作者掌握大量而 深入的结构设计、加工工艺和数控编程方面的专业知识。另外，当图形比较复杂时，就 会加大设计和编程的工作量，也容易产生错误
13、。这样以来，钢材利用率就会大大降低， 剩余钢材堆积浪费严重，不能发挥数控切割机大批量高效率的生产特性，使得数控切割 设备成为钢材浪费的主要源头，切的越多，浪费越多1。 而且，随着我国经济的高速发展，市场需求日趋个性化和多样化，企业的竞争也日 益全球化。特别是中国加入WTO后几年来，制造业在残酷的市场竞争中也面临着巨大的 生存挑战，“一招鲜吃遍天下”的好事已不可能再出现；产品价格迅速下跌, 市场普遍 进入“以质量取胜、以成本取胜、以速度取胜、以服务取胜”的微利竞争时代。制造行 业的生产特点也逐渐发生变化, 从少品种、大批量向多品种、小批量方向演变, 产品的 开发和生产也逐渐向精益化、敏捷化方向发
14、展。所谓精益生产，就是将企业中与生产管 理相关的若干子系统进行资源集成化、管理IT化、考核目标化、运行标准化而形成的一 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 套生产管理系统，其目标就是高质量、低成本、高效率，可以满足制造型企业适应市场 竞争的需要2。 广西柳工机械股份有限公司 （以下简称柳工） 是从事工程机械生产的大型骨干企业， 公司主要经营装载机、挖掘机、推土机、压路机等工程机械的开发、生产、销售、维修、 技术服务等，具有年产10000台的生产能力。公司经营的各种工程机械产品主要由钢材 构成，材料消耗量约占产品总成本70-80%。其
15、中尤以构成薄板件和结构件的板材居多。 因此，提高板材的利用率、提高板材切割的工艺水平，提高数控切割设备的利用率，就 能为企业降低生产成本，提高产品的质量，最终提高企业的综合效益。 计算机作为一种高效能的工具，在现代科学技术研究和工业生产等领域的应用越来 越广泛，计算机和计算机辅助技术的应用和发展，不仅大大提高了工作效率和质量，而 且使得许多人工难以完成的工作成为可能， 因此许多学科和行业都在借助计算机及其相 关的技术来进一步发展。钣金件的 CAD/CAM 是随着计算机图形学、几何造型等技术的发 展而发展起来的，它一直是 CAD/CAM 技术的一个重要的研究领域，而且该领域本身也十 分广阔，它包
16、括钣金件的设计、制造、仿真、性能分析等诸多分领域，本文涉及的主要 是钣金零件的设计与制造。 1.1.3 国内外研究现状国内外研究现状 随着 CAD/CAM 技术的成熟， 国外许多软件开发者都先后推出了自己的钣金 CAD/CAM 系统，其中比较著名的有：Pro/Engineering 钣金系统、I-DEAS 钣金系统、UGII 钣金 系统、SolidEdge 钣金系统以及 Solidworks 钣金系统，澳大利亚的“FAST CAM。这些 钣金 CAD/CAM 都是以三维造型核心系统作为软件平台开发的。 国内也出现了一些商品化 程度较高的钣金软件产品。比较典型的有华科的“开目钣金系统” ，清华的“艾科斯特 钣金系统” ，北航的“红地钣金开发系统”以及国防科大的“银河 CAD 饭金系统”等。 这些系统在缩短钣金件设
