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在微机上实现数控铣床加工仿真

时间:2009-5-15 16:59:40 中国废旧物资网  免费注册赢积分 编辑:小博

1、实现加工仿真的多种思路

  近年来,随着CAD/CAM软件行业的发展,加工仿真软件脱颖而出.线切割、车床、铣床相继都有了相对应的仿真软件.其中的各种算法,特别是铣床的加工仿真算法,引起了广大同行们的兴趣.笔者从追求实时显示效果,到追求加工误差测量,到设计仿真平台,设计过多种仿真方案.本文结合作者的经验和对软件的研究,给广大同行们提供一些思路和想法.
  线框方法是一种十分简单而且容易实现的加工仿真方法,即在屏幕上以线框的方式画出加工刀具和零件模型.当程序运行时,刀具不断地按显示的加工轨迹在屏幕上移动,加工仿真模块未对刀具和待加工毛坯进行数学处理,难以进行真实的铣削加工仿真.这种方法只能用于校验G代码有无明显错误,对于过切、余量只能通过眼睛的观察来判断,因此,这种方法很难称得上加工仿真.真实感仿真是在此基础上加入过切判断机制,让刀具在零件的真实效果图上进行切削.如果过切,刀具就会把零件的真实效果图“切掉”一块.这种方法有所改进,但仍然不能显示整个真实的切削过程并对加工结果进行误差测量.
  考虑到待加工毛坯一般为长方体,刀具可以由二次几何体拼凑而成.现在布尔实体造型技术已比较成熟,可以考虑用实体的差来实现加工仿真.这种方法对待加工毛坯和刀具均采用标准的数学模型表示.进行加工仿真时,先求出刀具沿加工路径移动时所形成的扫描体,然后从毛坯中“减去”该扫描体,接着将结果进行真实感显示.利用这种方法进行仿真,可以支持三轴和五轴加工.其加工出的零件表示具有连续性,可以放大或缩小显示,可以任意旋转视角,可以进行加工误差的测量.但这种方法也存在一些问题:(1)对于加工代码少的零件比较适合,对于复杂零件其等待时间和数据量将大大增加;(2)求交过程和离散显示过程所消耗的时间将降低其实时性能;(3)求交过程中计算稳定性将影响整个仿真过程.从理论上讲,这种算法是最精确的加工仿真算法,不应当放弃深挖其潜力的研究.
  现在大多数商业软件主要采用视向离散法.这种方法的主要思路是:将加工刀具和待加工毛坯沿视线方向上进行“等同”离散表示;然后在加工过程中,利用离散后的数据进行图像上的处理,以求达到真实的效果.采用这样的方法可以达到很好的显示效果和实时性能,同时可以支持三轴和五轴加工.但其加工结果不具有连续性,不能放大或缩小显示,不能任意转动视角.除非改变视向后重新进行加工仿真;或者事先设置多个视角同时进行加工;或者利用该算法的特点:仅做一百八十度视角变换.利用加工仿真的结果可以确定加工中的过切、余量,进行截面观察和表面数据测量.笔者利用这种思路完成了本科毕业论文.软件原型于1997年5月参加在北京举行的第5届国际机床展,改进版于同年7月参加在北京举行的全国CAD/CAM软件展.改进后的软件模块嵌入由北京华正模具研究所1998年4月2日所推出的计算机辅助设计和制造软件ME2.0中.
  追求显示效果和实时性能并不是唯一的目的,更主要的目的是进行加工结果误差测量.这时考虑到三轴加工的特点,笔者提出轴向离散算法:把加工刀具和待加工毛坯沿刀轴方向等同离散表示.这种方法仅消除了视向离散方法中所存在的内存问题,其它问题仍未得到解决.将这一方案进一步修改,就得到了近期所提出的三角片离散法:将待加工毛坯上表面用离散的三角片来表示.该方法不但具有视向离散的优点,而且简单易行,加工过程中可以不断地变换观察方式,通过简单的搜索来确定加工后的各种误差.另外,可以加入机床和夹具一起进行仿真,达到真实仿真的效果.这种方法对显示要求较高,如果不采用显示技巧和快速显示硬件的支持,其实时性就较难保证.


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