机电一体化技术-数控多面加工仿真关键技术研究与实现new

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1、*数控多面加工仿真关键技术研究与实现李春丽,邓化宇(上海电力学院数理系,上海200090)摘要：提出了一种新型的实体模型的实时修改算法,解决了数控铣床多面加工仿真实现问题，并且这种算法在计算机数控加工仿真软件中已经得到了很好的应用。关键字:虚拟现实；实时修改；矩阵网格；数控铣床中国法分类号：TP391.9文献标识码：AResearchandImplementationofKeyTechnologiesforMachiningPolysurfacesinCNCSimulationSystemLIchun-li,DENGhua-yu(DepartmentofMat

2、hematics,ShanghaiUniversityOfElectricPower,Shanghai200090)Abstract:Anewrealtimeamendingalgorithmisbroughtforwardforentitymodel,whichanswertheproblemhowtorealizemillingpolysurfacesinCNCsimulationsystem.AndthealgorithmhasbeenwellappliedtotheCNCsimulationsystem.Keywords:VirtualReality,

3、Realtimeamending,Matrixgridding,NC1引言虚拟现实（VirtualReality，简称VR），作为一门新兴的高科技技术，已广泛应用于航空、航天、制造等许多领域[1]，该技术的一个重要应用是对制造业一些现象的仿真，最典型的就是对数控加工过程的仿真。目前,基于曲面造型[2]和实体造型[3,4]的仿真技术已广泛应用于数控仿真中,对于三轴数控铣床的单面加工仿真也有了好的算法[5]。本文提出了一种新型的实体模型的实时修改算法,可以解决数控铣床多面加工实现问题，并且这种算法在数控加工仿真软件中已得到了很好的应用。本文将具体阐述多面加工实现算

4、法的具体思想以及图形的真实感处理,并给出了具体的图示描述。2算法特点及其实现步骤:2．1算法特点这种方法主要利用矩阵网格来构建被加工工件的表面，通过及时的修改铣刀所经过的节点深度来显示被加工物体的形状。同时本算法还可以方便的实现铣刀的加速、减速和暂停以及被加工工件的实时缩放和旋转，为使用者提供不同的观察视角和观察方式。我们提出的实体模型的实时修改算法的主要特点如下：1）对实体的修改速度与加工代码的多少无关。2）计算过程稳定可靠。3）计算结果的显示与观察方式和视线方向无关，在修改过程中或修改结束后可以实时缩放、旋转和平移。2．2算法结构定义三轴数控铣床在X轴，Y

5、轴，Z轴发生移动。被加工的毛坯一般为长方体。在计算作者简介：李春丽，女，硕士研究生，主要研究虚拟现实技术；邓化宇，男，硕士研究生，主要研究计算数学领域1机仿真过程中，我们选择比较常用的平头铣刀。将毛坯的表面均表示成m╳n的矩阵网格如图1所示。每个交叉点称为节点。每个节点,它的相对上表面点坐标是固定不变的,改变的是它的深度,以及画图时的方法。在仿真过程中，不断的改变节点的深度来表达毛坯被加工的实际情况。通过增加m和n提高矩阵网格的密度，从而提高仿真精度。Z毛坯YOX图1用矩阵网格表示毛坯表面先用相关的链表将落刀点及其刀的相关属性保存下来。用二维数组形式记录每个表

6、面上的所有相关点,及其每一点所对应的链表信息,该链表用来存储毛坯上以此点为起点,垂直于该表面的直线上的所有被加工过的点。链表中的结点记录的是加工点的坐标。2．3算法步骤:Step1:初始化,将数控程序中,需要加工毛坯属性及有关刀及落刀点的相关的信息读入，其中包括待加工面的选择。Step2:根据初始化信息,运行取点算法,记录那些点已被加工,那些点未被加工，即节点筛选。在计算机的一次计算中，铣刀走过了一段直线距离，只有那些位于轨迹面上的节点才应当考虑其深度的修改，称这些点为修改点．若选择加工面为ZOY，平头铣刀走过一段直线，其轨迹面在X-Y平面上的投影为矩形和两个

7、半圆合成的区域，为了计算简单我们可以移动坐标系如图2所示：ZRY-LOLSEP-R图2轨迹面Y-Z平面上的投影其中S为铣刀起点在Z-Y平面上的投影，E是铣刀终点在Z-Y平面上的投影，S与E之间的距离为2L，原点是S与E的中点。对任意节点P（y，z）满足一下条件之一则成为修改点：I.－R<=z<=Rand－L<=y<=L2II.－R<=z<=Rand

8、PS

9、<=RIII.－R<=z<=Rand

10、PE

11、<=R同理，若选择加工其他面，方法类似，只是对应坐标有所变化。Step3:修改点的深度计算平底铣刀的轨迹面有这样一个性质：若选择加工面为XOY，被平面z=Z0所截是

12、一个半径为R的面[6]（如图3所示）。