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以信息集成为核心的先进制造技术不断的向更高水平发展,虚拟制造(VM, Virtual Manufacturing)技术引起了人们的广泛关注,很快在科技界和企业界成为研究的热点之一。激光切割以其切割范围广、速度高、切缝窄、热影响区小、加工柔性好等优点而广泛应用于各种加工领域,是激光加工中发展最为成熟的技术。把激光加工技术中应用广泛的切割加工作为虚拟制造的对象,将制造业的激光加工和虚拟制造结合在一起,具有一定的创新性。它涉及到数控加工技术、激光作用理论、计算机辅助设计及制造(CAD/CAM)和建模与仿真技术,对该问题的研究具有重要的意义。 (1) 介绍虚拟制造和激光切割技术的背景、定义、特点、应用及其国内外的发展现状,论述选题的背景、意义和解决的问题。 (2) 以LMT-5040激光数控机床为实体模型,利用VERICUT仿真系统对激光切割虚拟机床进行建模,构建激光切割的虚拟制造加工环境,建立了虚拟激光束“刀具”同激光切口宽度的对应关系,为实现激光加工的虚拟制造搭建接口。 (3) 针对虚拟加工激光束“刀具”同切口宽度的对应关系,进行了激光加工切口宽度的理论计算预测和试验研究工作。探讨了激光与材料的相互作用,对激光切割过程中的能量分析,通过简化类型,建立了切口宽度的计算预测公式,对切口宽度进行了计算预测;以不锈钢材料进行激光加工试验研究,确定激光加工的工艺参数,通过试验获取了不同激光加工参数与切口宽度的关系,详细研究激光加工工艺参数(包括激光功率、激光加工速度等)对加工切割质量的影响,并通过切割试验切口质量对比获取激光切割0.5mm厚不锈钢1Cr18Ni9Ti的最佳加工工艺参数组(v=80mm/min,P=80~100W,辅助气体为压缩空气,气压为0.5Mpa),并将切口宽度的计算值与试验值进行对比,分析存在误差的原因,在最佳工艺参数组内对计算值进行参数修正,获取修正后的切口宽度计算公式。 (4) 探讨了激光切割不锈钢薄板的工艺制定,利用CAXA进行数控编程,在虚拟机床进行加工,反映现实的加工环境和加工过程,对虚拟加工的工件进行质量评估,对工件进行过切和欠切检查,对虚拟工件进行加工尺寸的测量,并对存在误差的尺寸进行修正。对工件进行实际切割,减少了大量试验和试切的成本,生产周期缩短,精度大大提高。 最后对整体论文工作进行总结,并进一步对今后激光加工技术的发展进行了展望,本文所作的工作说明了激光加工虚拟制造技术的可行性和可靠性,切实能为实际生产加工提供指导和帮助。