第一章緒論

數(shù)控技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用,給各大企業(yè)帶來進(jìn)步的同時(shí)化產(chǎn)生了其他的一些問題:企業(yè)花大量資金購(gòu)進(jìn)了數(shù)控設(shè)備,但數(shù)控設(shè)備的使用率仍然很低,導(dǎo)致了一些企業(yè)出現(xiàn)了制造能力不足的現(xiàn)象,這種問題在一些中小型企業(yè)尤為嚴(yán)重。問題的關(guān)鍵在于數(shù)控技術(shù)人才的缺乏,尤真是精通數(shù)控操作、數(shù)控加工工藝編程、數(shù)控機(jī)床維修的復(fù)合型人才的缺乏。目前,國(guó)碼各大高職院校已經(jīng)開設(shè)了數(shù)控技術(shù)專業(yè),以培養(yǎng)這類復(fù)合型人才來滿足企業(yè)的需求。但由于學(xué)生人數(shù)增長(zhǎng)過快、數(shù)控機(jī)床價(jià)格過于昂貴、學(xué)習(xí)場(chǎng)地有限、學(xué)生技能差導(dǎo)致誤操作損壞機(jī)床等原因,出現(xiàn)了培訓(xùn)成本過高、教學(xué)質(zhì)量下降等問題。這一系列問題導(dǎo)致了學(xué)生成持率低,數(shù)控技術(shù)人才仍然供不應(yīng)求。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和二維圖形技術(shù)的發(fā)展,將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于制造領(lǐng)域并與之結(jié)合是未來制造業(yè)發(fā)展的一個(gè)大方向。虛擬制造技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)與制造業(yè)結(jié)合的一項(xiàng)新技術(shù),它能利用信息技術(shù)、仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)現(xiàn)實(shí)制造過程中的各元素及各過程進(jìn)行全面的仿真。通過虛擬制造技術(shù),可在產(chǎn)品實(shí)際制造之前就發(fā)現(xiàn)制造過程中可能存在的問題,并以此為依據(jù)采取必要的措施迸行預(yù)防,從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品實(shí)際生產(chǎn)的一次性成功,以縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期,降低生產(chǎn)成本。數(shù)控機(jī)床仿真技術(shù)是虛擬制造技術(shù)的重要組成部分,配合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),能實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床-工件-刀具組成的加工工藝系統(tǒng)進(jìn)行各種加工參數(shù)的仿真和優(yōu)化,為加工過程的可靠性和正確性提供了保障,為智能化加工創(chuàng)造了條件。

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第二章數(shù)控車床仿真系統(tǒng)總體方案

2.1系統(tǒng)開發(fā)工具

數(shù)控加工仿真中,最先解決的是圖形建模,圖碼建模主要包括機(jī)床立體模型、刀具模型和工件模型的建立。目前,從離散方式、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、圖碼顯示等幾個(gè)方面,可以將建模技術(shù)分為線框圖表示法、邊界表示法、構(gòu)造立體幾何法等等,各方法在緒論中己進(jìn)行詳細(xì)介紹。真中邊界表示法是目前應(yīng)用最廣泛的一種建模技術(shù)。邊界表示法就是用一個(gè)實(shí)體的邊界來表示實(shí)體。實(shí)體的邊界可以有各種各樣的表示方法,如參數(shù)曲面、代數(shù)曲面、隱函數(shù)曲面、細(xì)分曲面以及多邊形網(wǎng)格等由于《邊碼網(wǎng)格只保留了王維實(shí)體的重要的表面信息,表示相對(duì)簡(jiǎn)單,數(shù)據(jù)量小,真他表示方法又可以實(shí)現(xiàn)向多變形網(wǎng)格的轉(zhuǎn)化,因此多邊碼網(wǎng)格繪制技術(shù)相比真他方法應(yīng)用更加廣泛,更加受重視。由于任何碼狀的多邊碼都可以劃分成多個(gè)三角碼表示。

2.2仿真系統(tǒng)的功能分析設(shè)計(jì)

根據(jù)上節(jié)需求分析,可將整個(gè)數(shù)控車床仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)成蘭大部分:加工仿真環(huán)境部分、加工過程仿真部分、文件管理部分。加工仿真環(huán)境部分主要用于體現(xiàn)真實(shí)感,不僅是視覺上效果的逼真,還包括加工流程和操作上與實(shí)際加工環(huán)境的一致性;加工過程仿真部分是整個(gè)系統(tǒng)算法的核心部分,是數(shù)控程序從文本編譯成運(yùn)動(dòng)信息并實(shí)現(xiàn)加工切削的實(shí)現(xiàn)部分;文件管理部分用于整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的保存和讀取。依照模塊化設(shè)計(jì)的原則,可以設(shè)計(jì)出數(shù)控車床仿真系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖,如圖2.3所示。

第三章虛擬數(shù)控系統(tǒng).........24

3.1數(shù)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介.......24
3.2基于多種數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)框架......25
3.3虛擬數(shù)控系統(tǒng)通信模塊的實(shí)現(xiàn).......32
3.4本章小結(jié).......34
第四章數(shù)控車床仿真系統(tǒng)的關(guān)鍵算法研究.......35
4.1碰撞檢測(cè)技術(shù).....35
4.2NC代碼解析技術(shù)................38
4.3碼削過程動(dòng)態(tài)仿真技術(shù).49
第五章實(shí)驗(yàn)與功能測(cè)試....60
5.1軟件整體效果圖.........60
5.2加工實(shí)例....61
5.3本章小結(jié).......66

第四章數(shù)控車床仿真系統(tǒng)的關(guān)鍵算法研究

4.1碰撞接測(cè)技術(shù)

在數(shù)控車床運(yùn)行過程中,可能發(fā)生碰撞的部件主要有:X/Z軸部件、主軸卡盤、刀架、刀具、尾座等。由于系統(tǒng)只會(huì)對(duì)添加了包圍盒組件的物體進(jìn)行碰撞檢測(cè)計(jì)算,為了減少計(jì)算量,在數(shù)控車床運(yùn)行過程中靜止的或者不會(huì)和其他部件發(fā)生碰撞的零件均進(jìn)行剔除,即不添加包圍盒組件,對(duì)有可能發(fā)生碰撞的卻件才添加包圍盒組件。Unity3D提供了分層(Layers)技術(shù),即物體分層技術(shù),只有在同一層碼或者碼互作用層內(nèi)的包圍金才進(jìn)行碰撞檢測(cè)計(jì)算。利用分層技術(shù),可以進(jìn)一步進(jìn)行檢測(cè)剔除,將兩個(gè)不會(huì)發(fā)生碰撞的包圍盒分于不同的層,并在碰撞矩陣中將兩個(gè)層的相互作用關(guān)系去除,比如X軸部件和Z軸部件,兩部件的運(yùn)動(dòng)是協(xié)調(diào)的,不可能會(huì)發(fā)生碰撞,但分別又有可能和其他部件發(fā)生碰撞,因此,可以將X軸部件和Z軸部件的包圍盒分于沒有相互作用的兩個(gè)層中。通過兩次的剔除,包圍盒的數(shù)量得到了控制,碰撞檢測(cè)的運(yùn)算量得到了最大程度的降低。

4.2NC代碼解析技術(shù)

在仿真系統(tǒng)中,計(jì)算機(jī)無法直接從數(shù)控程序文本里獲取機(jī)床運(yùn)動(dòng)信息,因此必須要有NC代碼解釋模塊擔(dān)任解釋器的角龜。NC代碼解釋棋塊主要任務(wù)是將數(shù)控程序文本信息轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的中間數(shù)據(jù),然后計(jì)算機(jī)通過讀取中間數(shù)據(jù)來驅(qū)動(dòng)機(jī)床部件的運(yùn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)加工仿真的進(jìn)行。因此,NC代碼解釋模挾是虛擬數(shù)控系統(tǒng)的核心模塊。

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第五章實(shí)驗(yàn)與功能測(cè)試

5.1軟件整體效果圖

為了檢驗(yàn)仿真系統(tǒng)的可靠性,說明仿真系統(tǒng)功能的全面性,本節(jié)使用了兩個(gè)加工案例來進(jìn)行仿真驗(yàn)證。驗(yàn)證的內(nèi)容包括對(duì)數(shù)控程序解析的正確性分析和工件成型過程的正確性分析,并對(duì)兩個(gè)案例的NC代碼解析效率和碼削過程動(dòng)態(tài)仿真算法的實(shí)時(shí)性進(jìn)行了分析。兩個(gè)案例包含了比較全面的加工方式,螺紋軸加工包含了外徑加工和螺紋加工兩種加工方式,軸套加工包含了鉆孔加王和內(nèi)徑加工兩種加工方式。

5.2加工實(shí)例

在進(jìn)行切削運(yùn)算的代碼段中進(jìn)行計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí),可得到切削過程中每一偵運(yùn)算的耗時(shí),耗時(shí)包含刀具擔(dān)描多邊形的生成、求交運(yùn)算和工件碼狀刷新等過程消耗的時(shí)間,采樣偵數(shù)與加工零件的復(fù)雜程度及加工進(jìn)給速度相關(guān)。螺紋軸加工耗時(shí)圖如圖5.10所示,軸套加工耗時(shí)圖如圖5.11所示。圖5.10中,0-350偵為外圓柱加工,350-600偵為外螺紋加工。圖5.12中,0-1900偵為內(nèi)圓柱加工,1900偵后為帶圓弧軌跡的精加工。可見,不同的加工方式會(huì)造成運(yùn)算耗時(shí)的不同,但同一種加工方式的耗時(shí)基本保持穩(wěn)定,各加工方式的耗時(shí)基本保持在10ms之內(nèi),具有較好的時(shí)間性能。仿真驗(yàn)證過程中未出現(xiàn)明顯的卡頓現(xiàn)象,具有較好的實(shí)時(shí)性能。

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參考文獻(xiàn)（略）

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本文編號(hào)：55927