加工中心的虛擬建模仿真分析
2018-5-17 來源：吉林工程技術師范學院 作者： 郭淑穎
摘要：利用有效的三維產品設計功能，將針對加工中心，進行有效的虛擬建模。針對其中的毛坯模型，就要將離散矢量模型化進行有效的優化，利用各種有效的渲染動畫效果，有效的控制數據加工中心的加工過程，通過這樣的方式，實現加工中心的虛擬建模仿真，在虛擬加工的條件下，針對驗證數據程序的時間，可以得到不斷的縮短。
關鍵詞：加工中心；虛擬建模；仿真分析
針對虛擬制造，這是一種新的制造技術，計算機放著技術得到廣泛的利用，零件具體的加工方法、工序順序以及選用工裝和工藝參數、對其工藝性進行裝配，各個連接件之間的連續性等等各個方面都可以實行建模仿真，對于具體的加工缺陷可以提前就發現，在裝配過程中出現的問題也可以提前發現，將制造過程進行有效的優化，是加工效率得到有效的提高。
1、 虛擬加工中心仿真系統
數據機床中的一個部分就是加工中心，而我們常說的數控機床指的就是機床中裝有數控系統，針對數控加強過程，主要是以制造為中心，是當今虛擬制造中非常重要的一部分，主要利用虛擬現實技術和仿真技術，建立出來的幾何模型需要具備加工零件毛坯和夾具以及刀具等，隨后快速運算所建立的幾何模型。其技術主要是利用真實的感圖形進行顯示，顯示出加工中心的零件模型和夾具模型以及刀具模型，對于模擬零件的實際加工過程進行有效地利用。
針對整個加工中心主要是由四個模塊組成，建立虛擬加工中心建模和刀具庫，設計出 NC 代碼編譯器；家農歷出毛坯模型；對加工中心仿真進行有效的模擬；還包括加工中心的顯示和毛坯的顯示以及加工過程的有效顯示。
2 、虛擬加工中心的幾何建模
完整的銑削加工中心結構，結構比較復雜，但是其結構和功能都是比較獨立的，其部件組成的數量也是相對來說比較固定的。針對虛擬模型，需要將加工中心的具體形狀特征和功能特征進行有效的表達，需要針對具體的床身、立柱、主軸等進行建模，一些具體的部件和仿真沒有什么實際聯系，因此不需要對其進行考慮，這些具體的部件例如電氣系統和保護罩以及排屑系統等等。
針對虛擬數據加工中心的實際幾何模型，主要是由機床、底座以及各種運動組件形成，利用 Pro/E 進行建模，隨后將其導出來，建立人格標準的三維數據格式，在虛擬系統當中，可以將 STL 文件直接讀取出來，隨后再進行加工裝配，形成虛擬數控的加工中心。對加工中心的結構進行有效的探索，主要的組成部件主要是由具有運動特征的對象和靜止對象組成的。
3 、虛擬毛坯模型的建立
針對毛坯模型的建立，就是通過加工過程，一種具體幾何仿真，對毛坯進行離散的過程，需要利用優化離散矢量模型。使曲面在具體的一個坐標平面當中，具有投影面的包圍盒，對于離散精度要嚴格的遵循，進行均勻的劃分，可以劃分成具體的網格。以離散網格點的法矢方向為基礎，使其可以和原曲面進行有效的相交，進行有效的求交，在原曲面上，將這些具體的離散網格點的實際高度值求出來，對于原曲面的是高度值的離散點，可以被稱作 Z-MAP 點。以這些實際的 Z-MAP 點，形成的三維包絡體，建立出具體的毛坯體。在曲率變化比較大的地方，可以在其網格邊上，將非均勻的離散網格點進行添加。利用將離散矢量進行優化的方法，在局部需要加密的網格邊點上進行處理，這樣一來，數據的存儲量也會得到有效的減少，大大改善了仿真的速度和精度。
4 、虛擬加工的關鍵技術
4.1 幾何建模技術
在單個零件的幾何模型方面，其基礎就是CSG 和 B-Rep 的結合，針對建模方法中比較簡潔和易行的方法，就是平掃和回轉法，在主要特征和參數造型方面，很多商用的CAD/CAM 軟件，還有很多的開源的 CAD 內核代碼，具有比較成熟的零件幾何建模。在機械設備方面，因此機械設備是比較復雜的，對其主要的裝配關系進行表示，需要利用合適的模型。對裝配體中的組成元件的相互關系進行表示，主要是利用兩種方法：關聯矩陣和存儲間間的配合。前一種方法可以存儲更多的信息，可以產生浮點數，對誤差進行有效的累積，自身具有良好的通用性，對于任何一種具體的裝配關系都可以進行表示。后者這種方法，會存儲比較少的信息，還比較精確，主要是對已知的裝配關系進行有效的表示，自身具有很大的限制性。因此前一種方法應用的更加普遍。
針對當前的數控機床的幾何表示，缺乏一定的標準模型，數控機床自身具有其結構特點，因此其結合模型要對于其加工過程的快速顯示進行有效的適應，對其器主要運動需要進行描述，建立出具體的運動模型，還要針對數控機床出現的幾何誤差，建立出具體的模型。
4.2 數控代碼翻譯
針對數控代碼翻譯，就是在數控加工程序中，對工藝過程中的各種各樣的操作和運動特征進行具體的描述。在計算機中，對于虛擬數控機床的加工過程進行有效的實現，正確的翻譯 NC 代碼，在虛擬翻譯器的加工系統中，其核心模塊就是 NC代碼翻譯器。對于虛擬機床的動作和狀態進行有效的智慧，機床任何一種動作和狀態，NC 代碼翻譯器都可以進行有效控制。我國數控圖形編程和實體的顯示技術不斷發展，因此我國更是迫切需求 NC代碼翻譯器，虛擬加工系統中的關鍵技術就是 NC 代碼翻譯。
NC代碼翻譯器需要具備 NC 代碼檢錯和翻譯的技能，針對檢錯技能，就是以數控系統的編程規定，還有數據加工的相關常識為基礎，針對 NC 代碼，進行有關語意、語法的分析，將 NC 代碼中語法錯誤和邏輯錯誤等檢查出來。通過實際檢錯的階段，可以將未被檢查出來的錯誤做出來，進入翻譯階段。而翻譯階段，就是在 NC 代碼中將有關機床部件的相關信息和動作進行提取，按照實際的位移和速度的實際變化，經過實際劃分，可以分成一系列的時間片段，將各個時間段的機床坐標的位移計算出來，使機床模型可以進行實際運動。
5、結束語
利用加工中心虛擬建模的方法，可以將傳統上道具的不足進行有效的改善，傳統的上刀具軌跡顯示法只能在二維平面上使用，具有很大的局限性，真實感不足，會出現刀具和工件的過多干涉的現象，這些缺點還是比較難去發現的，在大型復雜工件中，試切法是比較復雜的，其實際周期也比較長，其實際成本也比較高，利用加工中心虛擬建模的方式，使加工中心的有效工時和使用壽命得到有效的提高。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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