| |
|
|
|
|
|
| |
| 沈陽(yáng)第一機(jī)床廠虛擬數(shù)控加工過(guò)程的研究 | | 發(fā)布者：admin 日期：2012/6/12 點(diǎn)擊：381 | | | 沈陽(yáng)第一機(jī)床廠數(shù)控加工過(guò)程隱含在數(shù)控程序中，數(shù)控程序中的沈陽(yáng)第一機(jī)床廠錯(cuò)誤不容易發(fā)現(xiàn)，目前常采用計(jì)算機(jī)圖形模擬刀具軌跡顯示法和機(jī)床試切法對(duì)數(shù)控程序進(jìn)行校驗(yàn)，但兩者都有缺點(diǎn)。計(jì)算機(jī)圖形模擬刀具軌跡顯示法缺少真實(shí)感，刀具與工件的干涉和過(guò)切難以發(fā)現(xiàn)；試切法成本高，周期長(zhǎng)。
虛擬加工技術(shù)是指數(shù)控機(jī)床在虛擬環(huán)境中的映射，它集制造技術(shù)、機(jī)床數(shù)控理論、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)和建模與仿真技術(shù)于一體。人能夠憑直覺(jué)感知計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的三維仿真模型的虛擬環(huán)境，在設(shè)計(jì)新的方案或更改方案時(shí)，就能夠在真實(shí)制造運(yùn)行之前沈陽(yáng)第一機(jī)床廠進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的虛擬設(shè)計(jì)，在虛擬環(huán)境中進(jìn)行零件的數(shù)控加工，并對(duì)數(shù)控程序加以檢驗(yàn)，檢查數(shù)控加工過(guò)程中可能出現(xiàn)的碰撞、干涉危險(xiǎn)，分析零件的可加工性和工序的合理性。虛擬加工技術(shù)的采用可縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
在國(guó)內(nèi)虛擬機(jī)床技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，筆者對(duì)數(shù)控加工過(guò)程的可視化進(jìn)行了研究，總結(jié)出一套虛擬加工技術(shù)的初步實(shí)施方案。本系統(tǒng)以Windows98為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，采用Visual C++軟件及三維圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)接口OpenGL為工具，初步設(shè)計(jì)了整個(gè)虛擬加工的過(guò)程。我們所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)沈陽(yáng)第一機(jī)床廠采用特征造型方式，即用零件、刀具和夾具產(chǎn)品模型來(lái)構(gòu)造加工過(guò)程，將加工過(guò)程視為一個(gè)四維時(shí)空，即空間三維和時(shí)間維。
系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)模塊組成(見(jiàn)圖1)：
虛擬加工環(huán)境：虛擬加工環(huán)境由機(jī)床、工件、刀具和夾具構(gòu)成，采用OpenGL和AutoCAD對(duì)機(jī)床、夾具、刀具和工件進(jìn)行特征造型。
虛擬加工過(guò)程：此模塊包括數(shù)控程序譯碼、三維動(dòng)畫仿真、碰撞干涉檢查、加工精度分析、加工工時(shí)統(tǒng)計(jì)分析五個(gè)模塊。數(shù)控加工過(guò)程仿真沈陽(yáng)第一機(jī)床廠包括幾何仿真和物理仿真兩個(gè)部分。幾何仿真將刀具與零件視為剛體，不考慮切削參數(shù)、切削力及其它因素對(duì)切削加工的影響，只是對(duì)數(shù)控程序進(jìn)行翻譯，產(chǎn)生刀具位置數(shù)據(jù)，并以此數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件和刀架運(yùn)動(dòng)，刀具對(duì)工件進(jìn)行虛擬切削，同時(shí)檢查是否有碰撞、干涉。物理仿真包括加工精度分析，切削過(guò)程的熱變形，切削力作用下的系統(tǒng)彈性變形、夾緊變形，以及機(jī)床的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)分析等。
3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
數(shù)控加工過(guò)程仿真包括加工環(huán)境數(shù)據(jù)描述、圖形消隱和沈陽(yáng)第一機(jī)床廠動(dòng)畫顯示等各個(gè)部分。下面將對(duì)幾個(gè)主要部分的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行討論。
加工環(huán)境的數(shù)據(jù)描述
雙刀架數(shù)控車床實(shí)現(xiàn)多刀同時(shí)進(jìn)行加工，加工環(huán)境復(fù)雜，這要求有功能強(qiáng)、效率高的圖形工具對(duì)其進(jìn)行描述。OpenGL在三維真實(shí)感圖形制作中的優(yōu)秀性能，使它已成為新一代工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的三維計(jì)算機(jī)圖形軟件接口。利用它可以方便地對(duì)加工環(huán)境進(jìn)行描述。
OpenGL的圖形庫(kù)除了提供基本的幾何要素(點(diǎn)、線、多邊形、圖象、位圖)的繪制函數(shù)外，也提供了繪制復(fù)雜的三維物體(如球、錐、多面體)以及復(fù)雜曲線曲面(如Bezier,Nurbs)繪制函數(shù)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)者可以建立起復(fù)雜的三維模型，并可以設(shè)置光照模型及材質(zhì)屬性沈陽(yáng)第一機(jī)床廠以生成更逼真的圖象。對(duì)于加工環(huán)境中較復(fù)雜的三維圖形部分，則采用AutoCAD，再通過(guò)相關(guān)軟件將其轉(zhuǎn)換為OpenGL的數(shù)據(jù)格式。
OpenGL的顯示列表是一個(gè)非常有用的工具，它是一系列可反復(fù)執(zhí)行的命令的高速緩存。這些OpenGL命令對(duì)所有命令的執(zhí)行只存儲(chǔ)其最終結(jié)果，因此可以避免在繪圖過(guò)程中因反復(fù)執(zhí)行相同命令而浪費(fèi)大量時(shí)間。OpenGL用如下語(yǔ)句將省略號(hào)替代的部分定義為一個(gè)顯示列表：
glNewList (listIndex,Mode):......glEndList();
例如對(duì)數(shù)控機(jī)床的四方刀架(見(jiàn)圖2)，若在計(jì)算機(jī)中畫幾把相同的刀具，由于每繪制一把刀具都需要大量的計(jì)算而浪費(fèi)時(shí)間。如使用顯示列表，OpenGL只需繪制一把刀具，就會(huì)繪沈陽(yáng)第一機(jī)床廠制其他主體結(jié)構(gòu)相似的刀具，因而節(jié)省了時(shí)間。
圖形消隱
圖形消隱的目的是找出并消除要顯示的物體中不可見(jiàn)的部分，以增強(qiáng)圖形的真實(shí)性。OpenGL本身提供了這一功能，即通過(guò)深度檢驗(yàn)。屏幕上每個(gè)像素的深度，即觀察點(diǎn)與像素的距離保存在深度緩沖區(qū)(Z-Buffer)中，可根據(jù)像素與觀察點(diǎn)的距離，用較近的像素覆蓋較遠(yuǎn)的像素，達(dá)到沈陽(yáng)第一機(jī)床廠曲面消隱的目的。現(xiàn)在很多微機(jī)用戶添裝了OpenGL圖形加速卡，極大的提高了消隱的能力。
動(dòng)畫的實(shí)現(xiàn)
電腦動(dòng)畫的生成通常有兩種生成方式，一種是逐幀動(dòng)畫，另一種是實(shí)時(shí)動(dòng)畫。逐幀動(dòng)畫就是當(dāng)計(jì)算機(jī)每生成一幅畫面，就及時(shí)地將它記錄下來(lái)，最后再將所有畫面連續(xù)地插放出來(lái)，它的優(yōu)點(diǎn)是顯示速度較快，但不能根據(jù)用戶的要求交互改變，應(yīng)用范圍比較小。實(shí)時(shí)動(dòng)畫是一邊計(jì)算一邊在計(jì)算機(jī)終端上直接產(chǎn)生動(dòng)畫，優(yōu)點(diǎn)是交互能力強(qiáng)，可以根據(jù)用戶的要求實(shí)時(shí)改變畫面，但對(duì)計(jì)算機(jī)的圖形處理能力沈陽(yáng)第一機(jī)床廠提出了更高的要求。根據(jù)以上的分析，結(jié)合所做課題交互性的要求，我們采用實(shí)時(shí)動(dòng)畫方式。OpenGL中實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫是用雙緩存區(qū)實(shí)現(xiàn)的，即前臺(tái)顯示緩沖區(qū)和后臺(tái)顯示緩沖區(qū)。當(dāng)后臺(tái)緩沖區(qū)執(zhí)行當(dāng)前的繪制命令時(shí)，在前臺(tái)顯示緩沖區(qū)中進(jìn)行圖形顯示，這樣就增強(qiáng)了雙刀架數(shù)控車床加工過(guò)程三維動(dòng)畫顯示的連續(xù)性和運(yùn)動(dòng)感。
圖2 虛擬數(shù)控加工過(guò)程仿真
圖2所示是一個(gè)雙刀架數(shù)控加工過(guò)程仿真，由圖可清楚看到金屬光滑表面在加工過(guò)程中所形成的高光帶，光源所形成場(chǎng)景中的各個(gè)物體的陰影及物體表面每個(gè)像素的亮度沈陽(yáng)第一機(jī)床廠值都單獨(dú)計(jì)算所形成的層次感，使仿真程度更加逼真。
4 系統(tǒng)的特點(diǎn)
易移植性：本系統(tǒng)雖然是在Windows98平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的，但采用OpenGL生成圖形，它獨(dú)立于窗口系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)，因此十分方便的在各種平臺(tái)間移值。
自定義性：由于本系統(tǒng)采用交互式設(shè)計(jì)，允許用戶按自己特定的要求選擇或修改加工環(huán)境結(jié)構(gòu)，因此極大限度的滿足用戶的需求。
真實(shí)性：由于采用實(shí)體造型，結(jié)合光照、紋理、顏沈陽(yáng)第一機(jī)床廠色等一系列特殊處理，使得仿真加工環(huán)境更接近真實(shí)。
易開(kāi)發(fā)性：OpenGL的使用，使系統(tǒng)圖形的編程量減少，開(kāi)發(fā)者無(wú)須掌握大量的圖形學(xué)知識(shí)，而可以集中精力掌握困難的算法問(wèn)題。
5 總結(jié)
雙刀架數(shù)控車床，由于采用多刀加工，加工過(guò)程復(fù)雜，此仿真系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)具有實(shí)用價(jià)值，不僅沈陽(yáng)第一機(jī)床廠可以提高生產(chǎn)效率，也為虛擬數(shù)控機(jī)床技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展起著推動(dòng)作用。 | | | | [返回] [打印] |
|
|
