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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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