多轴数控机床的运动仿真及干涉检查研究

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1、国内图书分类号：TP142学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文多轴数控机床的运动仿真及干涉检查研究硕士研究生：卢阳导师：李建刚副教授申请学位：工学硕士学科：控制科学与工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2014年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP142U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONMOTIONSIMULATIONANDCOLLISIONDE

2、TECTIONOFMULTIPLE-AXISCNCMACHINECandidate：LuyangSupervisor：Prof.LiJiangangAcademicDegreeAppliedfor：MasterDegreeinEngineeringSpeciality：ControlScienceandTechnologyAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：December,2014Degree-Conferring-In

3、stitution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要多轴数控机床结构复杂、形式多样、运动灵活，在加工过程中容易产生碰撞问题。多轴数控机床的碰撞问题难以依靠人工进行预防，是多轴数控加工中亟需解决的问题。基于计算机图形技术，本文提出了针对任意形式的多轴数控机床的离线干涉检查方法及实时防碰撞策略。本文介绍了以组件-模型结构为基础的虚拟数控机床构建方法，并结合数控机床刚体特性选择了STL等实体网格模型作为仿真模型，同时给出了程序设计方法。在此基础上对机

4、床坐标系和工件坐标系下的运动进行了运动学模型分析，明确虚拟数控机床运动链上各个组件及模型位置的计算方法，并介绍了实现运动仿真的关键技术。干涉检查是本文研究的重点，在离线干涉检查部分注重研究准确高效的干涉检查的算法，在分析数控机床运动特性及各种干涉检查方法的基础上，最终选取以OBB为包围体的层次包围树方法对实体模型处理，并对此方法进行优化，提出更高效的局部更新层次包围树的算法，同时以模型间三角面片相交作为干涉的判断标准，保证干涉检查的精度与建模精度一致。而在实时防碰撞部分则注重干涉检查策略的研究，针对

5、数控机床运行于自动模式时的特点，本文提出了采用两套缓存区的防碰撞策略，通过干涉检查的安全代码才能够驱动数控机床运动。针对手动模式下的特点，本文提出了在运动方向上进行后台预检测的策略，提前检测出行程范围内的潜在碰撞位置并做出反应。基于本文的算法及策略，作者开发了防碰撞系统并进行了离线干涉检查及实时防碰撞实验，实验结果验证了本文方法的正确性及可行性。关键词：多轴数控机床；虚拟装配；运动仿真；干涉检查；实时防碰撞-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractMulti-axisCNCmachineh

6、avecomplexstructurevariousforms,andflexiblemovement.CollisionalwayshappensduringNCmachiningprocess,whichcan'tbepreventedbymanualwork.Collisionisanessentialproblemtobesolved.Basedoncomputergraphicstechnology,thisdissertationpresentedoff-linecollisiondet

7、ectionalgorithmsandreal-timeanti-collisionstrategiesforNCmachinesinanyform.ThedissertationintroducedstructureforvirtualNCmachinesbasedoncomponent-modelstructure,choosedmeshentitymodelssuchasSTLmodelassimulationmodelsandpresentedprogrammingdesignmethod.

8、Basedonthisanalysisofkinematicmodelwasgivenouttocalculatepositionsofcompponentsandmodels.Besides,keytechnologytorealizemotionsimulationispresented.Collisiondetectionisthekeypointofthisdissertation,inoff-linecollisindetectionsectionwecon