分析数控车削加工中的仿真模块
一 布尔运算1.集合运算在几何造型中 由简单形状物体 通常叫体素 构造复杂形状物体时 必须用到集合论 实体造型技术是建立在集合论的基础上的集合表示任何有明确定义的事物的组合 属于一个集合的事物是它的元素或成员 在几何造型中 实体或其它几何体的基本元素都是点以某种方式来合并两个或更多个集合中的元素可以形成新的集合 约定集合A和B 构造第三个集合C 其中的元素是所有在A中的元素和所有在B中的元素 则C=A B C称为集合A和B的并集 如果构造一个集合D 其元素是A和B的公共元素 则D=A B 集合D叫做A B的交集 最后 如果A和B是集合 则A B表示在A中但不在B中的元素的集合就几何造型而言 由点组成集合 这些点就定义了笔者所考察的一定维数的欧几里德空间 集合论就为这些点提供了运算方法2.布尔运算在此笔者讨论如何用这些概念使得更复杂的形状可由简单的形状生成 为此 笔者将运用集合运算符 如 并 交 和差 这些布尔运算符的应用与组合规则 称为布尔代数布尔运算可将两个物体的模型组合起来 从而建立一个合成后物体的新模型 它们为建立复杂的实体模型提供了一种极为有利的手段 它们的基本运算符与集合运算的并 差 交相同设有两个物体都部分地占据同一空间 通过布尔运算可将它们合并为一个新的物体取而代之差集运算后形成的物体占据第一个物体原有的全部空间 但第二个物体所占据的那部分空间除外 差在许多实体造型系统中也称作相减并集后形成的物体占据了两个物体原来所占据的全部空间 交集后形成的物体只占据了原来两个物体所共同占据的空间 由此可以看出 布尔运算是生成和修改复杂实体模型的一种有效方法 尤其是它对某一存在的实体进行修改的能力是我们对精工加工进行仿真的基础在将实体造型技术用于仿真的过程中 难点就是布尔运算 因为要模拟刀具切削 验证加工轨迹 就要把刀具切削毛坯看成是执行布尔差运算 连续的差运算生成物体即为刀具切削毛坯后的工件 这样可通过在工件模型上减去刀具扫描体而完成仿真和验证工作二 毛坯模型的离散车削加工时通常是棒料毛坯 设其直径为D 长度为L 在实现仿真过程时 笔者首先将毛坯离散成许多单元体 单元体的数目依据加工精度而定下面以切外圆为例 对实现仿真切削过程的方法加以简单介绍1.在符合精度要求下将毛坯离散 本系统是将其延Z轴离散成10个小单元体 假设毛坯的直径为D 长度为L2.将小单元体的半径值初始化成毛坯的半径3.读取精工代码或刀位文件传递的插补形式及坐标 假设起点 X0 Z0终点 X1 Z14.根据起点 终点坐标的Z值 确定毛坯的切削范围 即确定哪些单元体被切削5.在 Z0 Z1范围内 把车刀切削后对应的单元体的半径与D/2相比较 如果前者小于后者 则将前者的值赋给小单元体半径 如果前者大于后者 则小单元体的半径保持不变6.利用OpenGL的双缓存 Double Buffer 技术 定时器技术Timer 和界面更新技术 InvalidateRgn 可获得平滑逼真的动画效果三 车削碰撞 干涉检验1.碰撞检验1 碰撞的概念R.K.Culley从时空的角度给出了发生碰撞的定义 即在某一个时刻t 如果空间中位于L1 L2 Ln的n个物体S1 S2Sn中 存在一对或多对物体同时占据某块空间 那么就认为发生了碰撞 碰撞的发生就是两个物体在某一个时间点 在某一个位置发生了体积的重合 当物体接触时 每一个物体拥有维持物体本来物理状态的作用力 用于抵御外界产生的变形 如摩擦力等 从机械仿真的角度看 可以划分为两个部分其一 碰撞检测 用来判断两个物体是否发生接触 其二 碰撞反馈 用于描述物体发生接触后产生的反作用效果 笔者主要针对碰撞进行检测研究在虚拟现实中 虚拟物体通过计算机被描述 在内存中格式化的存储 而并没有和实际的空间相联系 在虚拟空间中没有任何东西可以阻止这些对象在同一时刻 占据同一个空间位置 所以虚拟物体不可能像实物一样存在碰撞 只有通过模仿碰撞发生用算法表现2 碰撞检验的算法在回转体工件加工过程中 刀具类型的不同可能引起碰撞类型也有差别 主要分为两类 一类是刀具与夹具的碰撞如外圆车刀 螺纹刀等 另一类是刀具与工件的碰撞 如锉刀等 在实际仿真加工过程中 刀具实体与零件实体在进行复杂的布尔减运算时消耗了大量的计算机系统资源 而与此同时碰撞仿真检测如果采用实体级的刀具 零件 夹具的布尔运算判断碰撞发生 虽然较为精确 但却是不可行的 它将会使计算机资源枯竭 运行速度将异常缓慢 无法达到快速仿真的目的 考虑到回转体零件的对称性 在车内外圆 键孔 钻削和切断 以及刀具快进 快退时的运动轨迹 近似都在刀尖顶点与零件轴线形成的二维平面上 因此笔者采用基于固定时间段的碰撞检测方法 在每隔 t时间段末 刀具从L1点移到L2点构造刀尖顶点L2与零件轴线形成的加工平面 分别与夹具体零件体和刀具体相交 构成三个切割平面 即夹具切面 零件切面和刀具切面 根据碰撞分类 选择判断刀具切面与零件切面或夹具切面是否相交 推断碰撞是否发生2.干涉查验1干涉查验的重要性一般干涉是指在加工曲面时刀具切入了曲面上应该保存的有些 又称为啃切 干与现象所产生的结果 轻则影响加工外表的质量 损坏工件 重则损坏机床设备 主动干涉查看与处置功用是衡量GAD/CAM体系中精工编程功用的一项重要象征 它不仅能查看出每个刀位是不是与零件夹具存在干与 碰撞 并且能经过抬刀 调整刀轴矢量来消除干涉 主动生成一个无干涉的刀位轨道2干涉查验的算法详细的干涉查看算法是在插值点将加工刀具的主偏角和副偏角与直线歪斜角度对比 关于圆弧段概括 则与该插值点在圆弧概括的切线的歪斜角进行对比 并区别顺圆和逆圆两种状况具体的干涉检查算法是在插值点将加工刀具的主偏角和副偏角与直线倾斜角度比较 对于圆弧段轮廓 则与该插值点在圆弧轮廓的切线的倾斜角进行比较 并区分顺圆和逆圆两种情况本文由海天精工文章整理发表，文章来自网络仅参考学习，本站不承担任何法律责任。//hjlmptdlw.com/