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《数控车床加工的三维模型建立及动态仿真》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第33卷第3期太原理工大学学报Vol.33No.32002年5月JOURNALOFTAIYUANUNIVERSITYOFTECHNOLOGYMay2002X文章编号:100729432(2002)0320267203数控车床加工的三维模型建立及动态仿真王时英,吕明(太原理工大学机械工程学院)摘要:在分析数控车床加工特点的基础上,建立了其三维加工模型,并在微机上利用OpenGL技术实现了数控车床加工过程的三维动态仿真。该仿真系统具有形象、直观等优点,可以广泛应用于科研、生产及教学工作中。关键词:数控车床;三维图形库;三维动态仿真中图分类号:TP391.
2、721文献标识码:A数控车床所使用的数控程序,无论是由自动编坐标位置,就可实现动态变化的加工过程,即实现了程生成的还是由手工编制的,都难免会出现一些问动态加工过程的仿真。题,所以数控程序在投入运行之前,一般要通过试切来验证数控程序的正确性,传统的试切方法既耗材且费力。利用计算机仿真技术模拟实际的数控加工过程,形象、直观,可以替代或减少试切环节,从而缩短制造周期,降低生产成本,因而被广泛采用。同时,三维动态仿真还具有信息量大且与人们的日常观察习惯一致的优点,因此,备受青睐。笔者在分析了数控车床的运动特性基础上,建立了工件的三维实体图1数控机床的加工原理
3、示意图模型,并利用OpenGL技术,在微机上实现了数控值得一提的是,此处的坐标系是数控车床的坐车床加工的三维动态仿真,在科研和教学应用中取标系,即数控编程时使用的坐标系,而仿真运算时要得了良好的效果。使用OpenGL坐标系,它们的规定是不一样的,它们之间的转换由仿真程序自动处理。1数控车床加工工件的成形原理2工件的OpenGL模型设计数控车床加工过程是典型的回转体成形过程。工件绕主轴作旋转运动,刀架沿车床纵向导轨和横OpenGL在实现实体模型的显示时采用多个空向导轨作直线运动,形成刀具的运动轨迹,从而在工间三角形逼近三维实体的方法,为了模拟工件在加件
4、上加工出要求的回转面。数控程序正是控制刀架工过程中的形状变化,必须将工件的连续表面离散的运动轨迹,实现零件的各种表面加工,其原理如图化,即将工件表面也用空间三角形来逼近。要满足视1所示。觉上没有不连续的感觉,则应将空间三角形分得越在仿真加工过程中,车刀刀尖的Z坐标同工件小越好,但考虑计算机的运行速度,将模型的X轴方向(此轴为OpenGL的系统坐标,下同)上分成被加工回转表面所处Z坐标(回转体轴线)相对应,200等份,再将圆周方向分成60等份,共分12000刀尖所处的X坐标取绝对值就是被加工工件在该个空间四边形,将四边形的一条对角线连接起来,就处的半径
5、值。仿真程序通过将数控程序中的加工信可实现用24000个连续空间三角形逼近被加工零息翻译并进行插补运算,得到加工过程任意时刻的件(如图2所示)。X,Z坐标信息,利用它们改变工件上对应点的显示X基金项目:山西省自然科学基金资助项目(991050);山西省教育厅教学研究课题资助项目作者简介:王时英,男,1964年5月生,硕士,副教授,研究方向:机械制造及控制自动化,太原,030024收稿日期:2001208221268太原理工大学学报第33卷函数库,它本身是一种与硬件、系统相独立的编程接口,可以在不同的硬件平台上实现,且已被集成在许多操作系统中。Open
6、GL目前已成为高性能图形处理的标准,在计算机市场占主导地位的几家大公司如Microsoft,SGI,IBM,SUN,HP,等公司都采用了OpenGL作为自己的图形标准。Microsoft公司在其++Windows应用程序开发工具VisualC2.0以上图2OpenGL算法中的工件模型版本中提供了OpenGL的静态库,因此,普通微机按图2形成连续填充三角形序列为:(1,2,3),用户就可以利用这一开发工具,借助这些OpenGL(2,3,4),(3,4,5),(4,5,6),(5,6,7),(6,7,8),(7,函数对整个图形进行着色渲染,从而可方便地绘
7、出8,9),(8,9,10),⋯,依此类推。图中坐标系是逼真客观世界的三维景象。本文就是利用VisualOpenGL系统规定的坐标系,各个顶点的三维坐标++C6.0实现了数控车床加工的三维动态仿真。值保存在一个结构体数组中,三维模型的加工仿真就是依靠该数组中信息的改变而实现的。4三维动态仿真的实现原理另外,由于要实现光照和颜色的填充,所以必须411三维场景中建立仿真模型算出各个三角形平面的法向量,如图3所示。如图4所示为在三维场景中建立了三爪卡盘、工件和回转刀架的实体模型,其中三爪和卡盘体是分离的,以便实现工件夹紧的动态过程;工件采用上述的网格模型,
8、通过仿真程序修改网格节点坐标,实现工件的动态加工效果;刀架是根据选定的加工刀图3程序中向量的计算具自动生成,
