看一看：虚拟数控加工过程的仿真研究

1 引言数控加工进程隐含在数控程序中，数控程序中的毛病不容易发现，目前常采取计算机图形模拟刀具轨迹显示法和机床试切法对数控程序进行校验，但2者都有缺点。计算机图形模拟刀具轨迹显示法缺少真实感，刀具与工件的干涉和过切难以发现；试切法本钱高，周期长。虚拟加工技术是指数控机床在虚拟环境中的映照，它集制造技术、机床数控理论、计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)和建模与仿真技术于1体。人能够凭直觉感知计算机产生的3维仿真模型的虚拟环境，在设计新的方案或更改方案时，就能够够在真实制造运行之前进行数控机床的虚拟设计，在虚拟环境中进行零件的数控加工，并对数控程序加以检验，检查数控加工进程中可能出现的碰撞、干涉危险，分析零件的可加工性和工序的公道性。虚拟加工技术的采取可缩短产品的开发周期，降落生产本钱，提高产品质量和生产效率。2　系统结构在国内虚拟机床技术研究的基础上，笔者对数控加工进程的可视化进行了研究，总结出1套虚拟加工技术的初步实行方案。本系统以Windows98为开发平台，采取Visual C++软件及3维图形软件标准接口OpenGL为工具，初步设计了全部虚拟加工的进程。我们所设计的系统采取特点造型方式，即用零件、刀具和夹具产品模型来构造加工进程，将加工进程视为1个4维时空，即空间3维和时间维。系统主要由以下几个模块组成(见图1)：图1　系统结构图

1) 虚拟加工环境：虚拟加工环境由机床、工件、刀具和夹具构成，采取OpenGL和AutoCAD对机床、夹具、刀具和工件进行特点造型。2) 虚拟加工进程：此模块包括数控程序译码、3维动画仿真、碰撞干涉检查、加工精度分析、加工工时统计分析5个模块。数控加工进程仿真包括几何仿真和物理仿真两个部分。几何仿真将刀具与零件视为刚体，不考虑切削参数、切削力及其它因素对切削加工的影响，只是对数控程序进行翻译，产生刀具位置数据，并以此数据驱动机床运动部件和刀架运动，刀具对工件进行虚拟切削，同时检查是否是有碰撞、干涉。物理仿真包括加工精度分析，切削进程的热变形，切削力作用下的系统弹性变形、夹紧变形，和机床的动态、静态分析等。3　系统实现数控加工进程仿真包括加工环境数据描述、图形消隐和动画显示等各个部分。下面将对几个主要部分的实现进行讨论。1) 加工环境的数据描述双刀架数控车床实现多刀同时进行加工，加工环境复杂，这要求有功能强、效率高的图形工具对其进行描述。OpenGL在3维真实感图形制作中的优秀性能，使它已成为新1代工业标准的3维计算机图形软件接口。利用它可以方便地对加工环境进行描述。OpenGL的图形库除提供基本的几何要素(点、线、多边形、图象、位图)的绘制函数外，也提供了绘制复杂的3维物体(如球、锥、多面体)和复杂曲线曲面(如Bezier,Nurbs)绘制函数，在此基础上设计者可以建立起复杂的3维模型，并可以设置光照模型及材质属性以生成更逼真的图象。对加工环境中较复杂的3维图形部分，则采取AutoCAD，再通过相干软件将其转换为OpenGL的数据格式。OpenGL的显示列表是1个非常有用的工具，它是1系列可反复实行的命令的高速缓存。这些OpenGL命令对所有命令的实行只存储其终究结果什么是强制拆迁，因此可以避免在绘图进程中因反复实行相同命令而浪费大量时间。OpenGL用以下语句将省略号替换的部分定义为1个显示列表：glNewList (listIndex,Mode):......glEndList();例如对数控机床的4方刀架(见图2)，若在计算机中画几把相同的刀具，由于每绘制1把刀具都需要大量的计算而浪费时间。如使用显示列表，OpenGL只需绘制1把刀具，就会绘制其他主体结构类似的刀具，因此节省了时间。2) 图形消隐图形消隐的目的是找出并消除要显示的物体中不可见的部分，以增强图形的真实性。OpenGL本身提供了这1功能，即通过深度检验。屏幕上每个像素的深度，即视察点与像素的距离保存在深度缓冲区(Z-Buffer)中，可根据像素与视察点的距离，用较近的像素覆盖较远的像素，到达曲面消隐的目的。现在很多微机用户添装了OpenGL图形加速卡，极大的提高了消隐的能力。3) 动画的实现电脑动画的生成通常有两种生成方式，1种是逐帧动画，另外1种是实时动画。逐帧动画就是当计算机每生成1幅画面，就及时地将它记录下来，最后再将所有画面连续地插放出来，它的优点是显示速度较快，但不能根据用户的要求交互改变，利用范围比较小。实时动画是1边计算1边在计算机终端上直接产生动画，优点是交互能力强，可以根据用户的要求实时改变画面，但对计算机的图形处理能力提出了更高的要求。根据以上的分析，结合所做课题交互性的要求，我们采取实时动画方式。OpenGL中实现动画是用双缓存区实现的，即前台显示缓冲区和后台显示缓冲区。当后台缓冲区实行当前的绘制命令时，在前台显示缓冲区中进行图形显示，这样就增强了双刀架数控车床加工进程3维动画显示的连续性和运动感。图2所示是1个双刀架数控加工进程仿真，由图可清楚看到金属光滑表面在加工进程中所构成的高光带，光源所构成场景中的各个物体的阴影及物体表面每个像素的亮度值都单独计算所构成的层次感，使仿真程度更加逼真。图2　虚拟数控加工进程仿真

4. 系统的特点易移植性：本系统虽然是在Windows98平台上开发的，但采取OpenGL生成图形，它独立于窗口系统和操纵系统，因此10分方便的在各种平台间移值。自定义性：由于本系统采取交互式设计，允许用户按自己特定的要求选择或修改加工环境结构，因此极大限度的满足用户的需求。真实性：由于采取实体造型，结合光照、纹理、色采等1系列特殊处理，使得仿真加工环境更接近真实。易开发性：OpenGL的使用，使系统图形的编程量减少，开发者没必要掌握大量的图形学知识征收房子怎么赔偿标准，而可以集中精力掌握困难的算法问题。5　总结双刀架数控车床，由于采取多刀加工，加工进程复杂，此仿真系统的开发具有实用价值，不但可以提高生产效率，也为虚拟数控机床技术的利用和发展起着推动作用。资讯分类行业动态帮助文档展会专题报道5金人物商家文章