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数控加工仿真及其相关技术,是机械制造领域CAD/CAM技术中的重要内容和关键技术之一。本文针对数控铣削仿真加工中的关键技术进行了深入地研究,并在此基础上对数控铣削加工的动态仿真及其几何精度验证进行了系统地分析研究。本文主要研究内容及成果如下:
本系统以Windows XP为开发平台,采用Visual C++6.0软件及三维图形软件标准接口OpenGL为开发工具进行系统开发。本文提出并实现了一种用于数控铣削加工仿真的算法,并充分利用了OpenGL提供的颜色缓存、深度缓存、模板缓存和双缓存功能,使得实现的算法不仅运行速度快、稳定,而且仿真过程真实感强。本系统根据选定的数控程序,对毛坯进行三维铣削仿真加工,并在计算机屏幕上实现相应的加工过程的显示;能够验证数控程序是否正确,并对加工后的零件进行几何精度验证。此外,通过对国内外相关文献和方法的分析、比较,提出了相应的解决方案,并进行了仿真实例验证。
论文中给出了一种基于仿真误差控制的曲面离散化方法,保证三角面片集合在一定精度范围内,可以近似表示工件几何模型。材料去除过程的动态仿真是数控加工仿真的基本功能,精度验证是数控加工仿真功能实现的另一方面。论文深入研究了基于曲面三角面片技术和Z向矢量的精度验证算法,采用基于仿真误差控制的均匀离散网格表示毛坯模型,确定了设计曲面信息,并提出了一种新的简捷高效的求解方法:Z向矢量与刀具扫描体包络面求交的求解方法,以确定切削工件信息。此外,分析了影响精度验证结果的因素,并阐述了算法实现过程中,如何提高仿真显示性能的相关技术和方法。
论文针对系统开发中的几个难点问题,提出并采用了以下处理方法:
1.采用基于OpenGL曲面技术的,用离散三角面片带来表示三维曲面,运用曲面Z MAP结构表示离散的毛坯模型。定义结构体数组,用于存储离散后,毛坯被加工表面上所有离散点的坐标、法向量、颜色等相关信息。
2.以 Windows XP为系统开发平台,利用OpenGL曲面技术,建立真实感强的毛坯模型、刀具模型,给用户以直观、真实感强的加工环境。
3.对于毛坯的材料去除过程的仿真,采用刀具扫描体模型与离散的毛坯模型进行求交的运算方法,并实时对离散点的数据信息进行计算,通过OpenGL 的双缓存技术,在后台生成下一步仿真的结果,在前台实现仿真过程的演示,以实现毛坯的材料去除过程的动态仿真。
4.基于毛坯细分方法和存储每个细分点的信息的数据结构,提出了一种局部再细分精确求解的几何精度验证算法,验证精度就可以有较大的提高。其运行效率高于用几何模型法向量与刀具扫描体求交的方法,验证精度大于用Z坐标方向矢量与刀具扫描体求交的算法。