虚拟制造技术.doc

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1、虚拟制造(VirtualManufacturingVM)技术是虚拟显示技术与计算机仿真技术在制造领域的综合发展和应用。VM的实质是“计算中的制造”，即在计算机中借助建模与仿真技术及时地完成制造全过程的模拟和示范，并预测评价产品性能和产品的可制造性。数控(NC)车削程序的编制过程与工艺过程相似，都具有经验性和动态性，在程序编制过程中经常发生错误。为此，在数控机床上加工零件之前一般要进行数控程序(NC代码)校验，并进行首件试切。但这种传统的试切方法来检验刀具路径既费时又费力。随着数控编程技术的发展，

2、人们采用视觉检查NC刀具轨迹的二维线框图，这种方法主要依赖于程序员对易错区选择的判断和对该区域复杂的刀具轨迹线框图的理解程度，一般的用户无法判断其正确性。通过数控加工三维几何仿真能够使NC编程人员和机床操作者通过图形显示进行干涉和碰撞检查，校验数控程序，故可以大大减少上述情况的发生，提高数控编程效率和质量。1系统总体结构由于OpenGL适用于多种硬件平台及操作系统，其图形库能够制作出高质量的三维图形和高质量的动画效果。因而整个虚拟加工的3D显示引擎选用OpenGL来实现。考虑到Visua1C++

3、功能强大，开发出的系统执行效率高，且便于控制OpenGL,因而选用VisualC++作为整个虚拟加工系统的开发工具。通过对或攵控车床及其加工过程进行仿真，动态显示产品加工过程和结果，以实现产品零件的虚拟加工，并验证NC程序的正确性。图1为系统的设计流程图。2系统功能实现2.1NC程序编译由于虚拟加工系统主要用于工业培训及NC代码的正确性检查，故要求系统能够在加工之前通知操作人员NC程序中是否存在语法错误，上下程序段间的逻辑关系是否正确等，故选用编译方式而不是解释方式来对NC程序进行编码。图

4、系统

5、总体结构才艮据编译原理的思想[1,2],构造出NC程序编译模块，对NC程序进行语法和词法检查。比如;^查地址符字母是否大写，上下程序段之间的逻辑关系是否正确，圆弧的终点、圆心、半径值等是否匹配，子程序调用时子程序号是否正确，程序开始字符，程序号，程序主体，程序结束代码和程序结束字符等是否完整等等。通过词法和语法检查指出错误发生的位置，给出错误的原因。使得虚拟加工系统能够辅助用户学习NC程序的编制。2.2虚拟车床本体的搭建在数控加工几何仿真系统中，首先要建立虚拟加工环境，实现虚拟数控机床。由于机床

6、是由许多零部件组成，结构较为复杂，用OpenGL函数进行造型工作量太大，故先在CAD软件Pro/E中造型出数控机床各个零部件，将其导出成标准的三维数据格式STL,在程序中直接读取STL文件，并将其装配起来。在绘制机床时利用了Ope门GL显示列表技术，将每个零部件都生成一个OpenGL的显示列表，这样可以大幅度提高重绘效率，满足实时绘制的要求。图2为虚拟车床的效果图。图2虚拟乍床实现效果2.3数控加工过程仿真实现数控车床的毛坯常用棒料或铸锻件，加工余量较大，但加工的零件形状较为简单，一般都是回转体

7、零件。为了避免材料切除过程中毛坯与刀具运动形成扫掠体之间耗时的布尔运算，将毛坯沿Z向进行离散，将毛坯离散成单位高度的小圆柱，每个小圆柱称为一个薄片，每个薄片的厚度扌艮据精度和显示效果的要求来确定，精度越高，切的越薄。每个薄片的数据结构如下：structPieceCylinder{doublem-dZSt;III////起始Z坐标doublem-dZEd;//////结束Z坐标doubleni-dROutSt;////夕卜圆起点半径值doublem.dROutEd;///外圆终点半径值double

8、m.dlnSl;///内圆起点半径值doublem-dlnEd;////内圆终点半径值BOOLm.blsDelete;//////该部分薄片是否被切除PiesCy1inder*m.pNext;III//下一个薄片数据｝；由于车削加工的回转体常常有内孔，车削时也能进行钱孔和钻孔操作，因而每个薄片不但要记录在位置的外圆半径，还要记录内孔的半径。为了光的显示加工的复杂回转面，如圆弧面、双曲面等，个薄片在Z轴方向分为起点和终点。其起点和终点外圆、内孔的半径根据加工中的刀路轨迹单独计算存储。在车削加工过程

9、中，一方面工件绕其自身的回轴高速旋转，另一方面刀具在工件的轴平面内沿XZ轴运动，并逐渐从工件上切除多元的材料，加工所需的外形，每一步刀具所扫掠出的均是一个多边扌艮据每一步的插补指令，求解出该步刀具所扫掠出多边形。将刀具扫掠出的多边形和离散后的工件模求交，并相应修改工件上所有和刀具扫掠多边形相部分的半径值。将修改半径后的工件重新绘制出来即可完成仿真过程的实时绘制。3运行实例为了验证系统的仿真效果，进行了两个加工实研究。由于固定循环的实现比较有代表性，故这里用固定循环来进行研究。程序01234是G7