加工中心的虚拟建模仿真分析
2018-5-17 来源：吉林工程技术师范学院 作者： 郭淑颖
摘要：利用有效的三维产品设计功能，将针对加工中心，进行有效的虚拟建模。针对其中的毛坯模型，就要将离散矢量模型化进行有效的优化，利用各种有效的渲染动画效果，有效的控制数据加工中心的加工过程，通过这样的方式，实现加工中心的虚拟建模仿真，在虚拟加工的条件下，针对验证数据程序的时间，可以得到不断的缩短。
关键词：加工中心；虚拟建模；仿真分析
针对虚拟制造，这是一种新的制造技术，计算机放着技术得到广泛的利用，零件具体的加工方法、工序顺序以及选用工装和工艺参数、对其工艺性进行装配，各个连接件之间的连续性等等各个方面都可以实行建模仿真，对于具体的加工缺陷可以提前就发现，在装配过程中出现的问题也可以提前发现，将制造过程进行有效的优化，是加工效率得到有效的提高。
1、 虚拟加工中心仿真系统
数据机床中的一个部分就是加工中心，而我们常说的数控机床指的就是机床中装有数控系统，针对数控加强过程，主要是以制造为中心，是当今虚拟制造中非常重要的一部分，主要利用虚拟现实技术和仿真技术，建立出来的几何模型需要具备加工零件毛坯和夹具以及刀具等，随后快速运算所建立的几何模型。其技术主要是利用真实的感图形进行显示，显示出加工中心的零件模型和夹具模型以及刀具模型，对于模拟零件的实际加工过程进行有效地利用。
针对整个加工中心主要是由四个模块组成，建立虚拟加工中心建模和刀具库，设计出 NC 代码编译器；家农历出毛坯模型；对加工中心仿真进行有效的模拟；还包括加工中心的显示和毛坯的显示以及加工过程的有效显示。
2 、虚拟加工中心的几何建模
完整的铣削加工中心结构，结构比较复杂，但是其结构和功能都是比较独立的，其部件组成的数量也是相对来说比较固定的。针对虚拟模型，需要将加工中心的具体形状特征和功能特征进行有效的表达，需要针对具体的床身、立柱、主轴等进行建模，一些具体的部件和仿真没有什么实际联系，因此不需要对其进行考虑，这些具体的部件例如电气系统和保护罩以及排屑系统等等。
针对虚拟数据加工中心的实际几何模型，主要是由机床、底座以及各种运动组件形成，利用 Pro/E 进行建模，随后将其导出来，建立人格标准的三维数据格式，在虚拟系统当中，可以将 STL 文件直接读取出来，随后再进行加工装配，形成虚拟数控的加工中心。对加工中心的结构进行有效的探索，主要的组成部件主要是由具有运动特征的对象和静止对象组成的。
3 、虚拟毛坯模型的建立
针对毛坯模型的建立，就是通过加工过程，一种具体几何仿真，对毛坯进行离散的过程，需要利用优化离散矢量模型。使曲面在具体的一个坐标平面当中，具有投影面的包围盒，对于离散精度要严格的遵循，进行均匀的划分，可以划分成具体的网格。以离散网格点的法矢方向为基础，使其可以和原曲面进行有效的相交，进行有效的求交，在原曲面上，将这些具体的离散网格点的实际高度值求出来，对于原曲面的是高度值的离散点，可以被称作 Z-MAP 点。以这些实际的 Z-MAP 点，形成的三维包络体，建立出具体的毛坯体。在曲率变化比较大的地方，可以在其网格边上，将非均匀的离散网格点进行添加。利用将离散矢量进行优化的方法，在局部需要加密的网格边点上进行处理，这样一来，数据的存储量也会得到有效的减少，大大改善了仿真的速度和精度。
4 、虚拟加工的关键技术
4.1 几何建模技术
在单个零件的几何模型方面，其基础就是CSG 和 B-Rep 的结合，针对建模方法中比较简洁和易行的方法，就是平扫和回转法，在主要特征和参数造型方面，很多商用的CAD/CAM 软件，还有很多的开源的 CAD 内核代码，具有比较成熟的零件几何建模。在机械设备方面，因此机械设备是比较复杂的，对其主要的装配关系进行表示，需要利用合适的模型。对装配体中的组成元件的相互关系进行表示，主要是利用两种方法：关联矩阵和存储间间的配合。前一种方法可以存储更多的信息，可以产生浮点数，对误差进行有效的累积，自身具有良好的通用性，对于任何一种具体的装配关系都可以进行表示。后者这种方法，会存储比较少的信息，还比较精确，主要是对已知的装配关系进行有效的表示，自身具有很大的限制性。因此前一种方法应用的更加普遍。
针对当前的数控机床的几何表示，缺乏一定的标准模型，数控机床自身具有其结构特点，因此其结合模型要对于其加工过程的快速显示进行有效的适应，对其器主要运动需要进行描述，建立出具体的运动模型，还要针对数控机床出现的几何误差，建立出具体的模型。
4.2 数控代码翻译
针对数控代码翻译，就是在数控加工程序中，对工艺过程中的各种各样的操作和运动特征进行具体的描述。在计算机中，对于虚拟数控机床的加工过程进行有效的实现，正确的翻译 NC 代码，在虚拟翻译器的加工系统中，其核心模块就是 NC代码翻译器。对于虚拟机床的动作和状态进行有效的智慧，机床任何一种动作和状态，NC 代码翻译器都可以进行有效控制。我国数控图形编程和实体的显示技术不断发展，因此我国更是迫切需求 NC代码翻译器，虚拟加工系统中的关键技术就是 NC 代码翻译。
NC代码翻译器需要具备 NC 代码检错和翻译的技能，针对检错技能，就是以数控系统的编程规定，还有数据加工的相关常识为基础，针对 NC 代码，进行有关语意、语法的分析，将 NC 代码中语法错误和逻辑错误等检查出来。通过实际检错的阶段，可以将未被检查出来的错误做出来，进入翻译阶段。而翻译阶段，就是在 NC 代码中将有关机床部件的相关信息和动作进行提取，按照实际的位移和速度的实际变化，经过实际划分，可以分成一系列的时间片段，将各个时间段的机床坐标的位移计算出来，使机床模型可以进行实际运动。
5、结束语
利用加工中心虚拟建模的方法，可以将传统上道具的不足进行有效的改善，传统的上刀具轨迹显示法只能在二维平面上使用，具有很大的局限性，真实感不足，会出现刀具和工件的过多干涉的现象，这些缺点还是比较难去发现的，在大型复杂工件中，试切法是比较复杂的，其实际周期也比较长，其实际成本也比较高，利用加工中心虚拟建模的方式，使加工中心的有效工时和使用寿命得到有效的提高。
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