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基于虚拟现实技术的螺旋锥齿轮CNC加工仿真理论与方法研究

熊越东  
【摘要】:螺旋锥齿轮是机械产品中的基础件,应用广泛。但其复杂的齿面形状给三维实体造型带来了一定的困难。虽然市场上有许多加工模拟商用软件,可是很难提供螺旋锥齿轮的精确造型。如采用数值计算并借助商用软件生成三维实体,需要做大量繁琐的工作,且最大的缺点还在于其重用性差,一旦需要改变参数时,就必须从头开始。此外,在实际生产中,为了加工出合格的齿面,需要进行大量的试切来调整设计加工数据,这一过程费工费时,也无法适应目前市场对产品发展的要求。因此,有必要开发专用的仿真系统。本文根据螺旋锥齿轮数控加工特点,运用计算机图形学、空间运动学、面向对象技术与虚拟现实技术等方法,对螺旋锥齿轮数控加工仿真的理论与方法进行了深入的研究,建立了具有真实感的加工仿真系统。通过切齿实验证明了仿真理论和方法是正确有效的。 本文提出了传统机械式铣齿机与CNC铣齿机的运动转换原理。并由此原理推出了精确的转换公式。与其它转化方法比,原理清晰,公式简单。 从空间运动学角度,把转换前后的运动关系通过牵连运动和相对运动的合成联系起来,提出了速度求导法。该方法求解机床各运动轴表达式系数的精度比直接求导法高。而且此法为分析复杂系统开辟了一条新的路径,在分析方法学上具有一定的普遍性意义。 利用Matlab简洁而高效的编程方式,将其所编写的各运动轴表达式系数的求解程序嵌入VC的主程序中,既解决了VC不善于处理复杂数学模型的问题,也解决了机床加工调整参数无法实时传送的问题。 用三维真实感造型技术,提出了简化的整体光照明模型。该模型可以比较真实、准确地模拟数控加工场景。 从工件和刀具的空间位置对金属切削进行了分析,提出了通过控制刀具和工件毛坯实体的相对位置关系驱动机床运动;并将连续的运动离散成一定时段,在这些时段上刀具和工件毛坯实体进行相减布尔运算来模拟切削过程。 根据实际生产情况提出了盘铣刀和齿坯实体造型的简化原理,建立了开放式盘铣刀和齿坯实体数据库。面向对象思想渗透到系统的所有模块,使系统具有开放性、可扩充性,为系统的升级提供了便利条件。


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