数控加工仿真关键技术研究与软件开发

【摘要】： 本文对数控加工过程的几何仿真和NC程序的编程精度验证方法进行了深入研究，在国家“九五”重大科技攻关专题、江苏省“九五”科技攻关项目的支持下，研究开发了超人2000CAD／CAM集成系统数控加工仿真子系统RealCut1．0。本文的主要工作体现在下述几个方面： 1．应用面向对象的系统分析和设计技术对数控铣削加工仿真系统进行了总体分析和设计。对数控加工仿真的问题域、结构和对象进行了详细分析，设计了友好的用户界面，使得该系统具备了进一步商品化的基础。 2．以工程实际应用为背景，提出并实现了数控车削加工仿真的一些关键算法，包括快速真实感图形显示算法，快速的材料去除算法。 3．对数控铣削加工仿真的切削过程几何表示及真实感图形显示算法进行了深入研究，提出并实现了一种数控铣削仿真切削过程几何表示及真实感图形显示算法。该算法生成的真实感图形显示效果好，接近光线追踪生成的真实感图形。算法在交点的计算上进行了简化，提高了计算速度。尤其是该算法计算切削后生成的小三角片的法向量成为计算交点的一个副产品，几乎不再占用额外的计算时间，为做到平滑地动态显示高质量的真实感图形提供了可能。 4．提出并实现了一种用于数控铣削加工仿真的快速局部消隐算法。我们充分利用了OpenGL提供的高速处理颜色缓存、深度缓存和模板缓有的功能，使得实现的算法不仅运行速度快、稳定，而且克服了等轴测投影算法不能在任意角度显示工件加工过程的缺陷，具有一定的先进性。 5．为了进一步提高系统的运行效率，我们还采用了一系列加快仿真计算和图形生成显示的技术。包括利用OpenGL的显示表技术加快显示刀具的速度；利用图象拷贝技术显示刀具的运动；应用局部刷新技术加快材料去除的动画图形显示。 6．提出了一种毛坯细分方法和存储每个细分点信息的数据结构。在此基础上，提出了一种局部再细分精确求解的编程精度验证算法(ZN方法)，该方法不需增加细分密度，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掠体求交的方法，验证精度大于用Z坐标方向矢量与刀具扫掠体求交的算法。 以上数控加工仿真关键技术研究的成果已经成功地应用于RealCut1．0软件的开发。大量的应用实例表明，所研制开发的数控仿真软件，图形显示的质量高，仿真效果真实，仿真结果与数控加工的实际结果吻合，凡是加工中出现的过切等错误在仿真中都能真实地反映出来，从而有利于发现数控加工编程软件的问题，对改进完善数控加工编程软件和保证零件加工质量起到了重要的作用。