数控加工过程几何仿真系统的研究与开发

摘要

虚拟制造技术与传统制造方式相比,具有系统高度集成、支持敏捷制造和分布式合作的特点,制造过程完全在计算机中完成,大大减少了产品开发周期,提高了生产效率。数控加工过程几何仿真技术是虚拟制造中的底层关键技术,该技术的应用减少了从产品设计到制造的时间并降低了生产成本.因此在数控加工行业得到了越来越普遍的应用。数控加工过程几何仿真技术的研究对增强我国制造技术水平具有积极意义。本论文的主要内容有:
　　1.从仿真系统的需求分析出发进行系统的总体设计,首先分析仿真软件系统的设计需求、功能需求及输入输出需求,在此基础上设计了仿真系统的输入输出流程图及总体功能模型,并设计了软件的人机交互界面。把仿真系统划分为六个模块,对NC代码解析模块、DNC通讯模块、碰撞干涉检测模块、精度验证模块的设计及工作流程进行了简要介绍。介绍了仿真系统的开发平台及OpenGL图形技术,并在VS2010环境下基于OpenGL技术建立了仿真系统的开发环境。
　　2.建立了虚拟机床的几何模型及运动模型。在三维CAD软件中对机床零部件进行建模并转为STL文件,通过仿真系统的CAD接口读入。分析了一种AC轴五轴机床的零部件的装配和约束关系,装配机床各个零部件构成虚拟机床仿真模型。分析了该机床的运动链,采用基于时间分割的线性插补算法计算出每个插补周期内机床每个轴的运动量,从而实现机床的运动仿真。
　　3.研究了将工件和刀具离散为Dexel结构的方法。描述了基于STL模型Dexel模型的构建方法及Dexel数据结构。提出了基于刀具投影包围盒的刀具Dexel结构加速算法,分析了Dexel模型布尔差运算的六种情形并设计了算法流程图。在刀具轨迹每个插补点对刀具和工件的Dexel模型布尔运算后对工件模型进行三角面片重构显示。通过计算机双线程技术及OpenGL双缓冲机制实现切削过程动态显示并给出了一个实例验证。

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第一章 绪论

1.1概述

1.2 论文研究的背景和意义

1.3 论文的研究内容和结构安排

第二章 数控加工过程几何仿真系统的总体设计

2.1 仿真系统的需求分析

2.2 仿真系统的总体结构

2.3 仿真系统的界面设计

2.4 仿真系统的模块设计

2.5 仿真系统的开发平台和图形技术

2.6 本章小结

第三章 虚拟机床的几何建模与运动仿真

3.1 引言

3.2 数控仿真中的几何建模方法

3.3 数控铣削机床的建模

3.4 虚拟机床的运动模型

3.5 本章总结

第四章 切削过程的动态仿真

4.2 刀具与工件的布尔运算

4.3 切削过程的动态显示

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1全文总结

5.2 后续工作展望

致谢

参考文献