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虚拟加工中心系统及四轴联动切削运动学研究

作　者: 罗珺
导　师: 王太勇
学　校: 天津大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 虚拟数控技术刀具库虚拟加工中心 OpenGL 四轴联动直纹抛物面
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

虚拟数控加工最突出的特点,即在计算机中重现或模拟工件加工的全过程。虚拟数控技术的使用,可以大幅降低生产成本,对于提高制造企业竞争力有着极大的现实意义。本文以三轴铣削加工中心为主要对象,以加工过程的动态实时建模为主要内容,研究了虚拟加工中心的建模方法与构建方案实现,在此基础上研究并建立了四轴联动机床切削仿真运动模型。主要完成了以下几个方面的内容:1.定义了虚拟加工中心。针对加工中心的装配关系和约束关系,以及三轴联动加工中心的运动模型,采用层次化建模方法,建立了自身的逻辑数据结构,实现了加工中心实际运动的三维重现。2.建立了刀具库并实现换刀。提出刀具和刀具库的表达方法,利用关系型数据库模型建立起刀具库系统,并实现了对刀具的添加、删除、修改、查找等管理功能。建立了自动换刀装置模型,实现了加工过程中换刀动作的模拟。3.实现了加工过程中毛坯的实时动态建模。本论文对影响实时建模效率的因素进行深入研究,在基于图象空间的建模理论基础上,采用改进的三角片离散法来实现加工过程中毛坯的实时动态建模,有效的减少了仿真过程中的计算量,提高了显示速度,并运用OpenGL进行图形的渲染和输出,具有真实感强,可实时控制等特点。4.分析了四轴联动加工的运动过程。本文在虚拟加工技术基础上,以直纹抛物面为研究对象,建立了四轴联动机床对其进行加工的运动模型。在三轴加工中心的基础上添加了X轴的旋转轴A,建立起四轴联动虚拟加工插补运动的数学模型,并在Matlab中对此模型进行仿真。

全文目录

中文摘要  2-3
ABSTRACT  3-7
第一章绪论  7-14
  1.1 引言  7
  1.2 虚拟数控技术  7-11
    1.2.1 虚拟数控技术的发展历程  8-9
    1.2.2 虚拟数控技术的国内外研究现状  9-10
    1.2.3 虚拟数控系统的主要框架和内容  10-11
  1.3 开发加工仿真软件的方法介绍  11-12
  1.4 论文的提出和主要内容  12-14
    1.4.1 课题的提出  12
    1.4.2 论文的内容和工作  12-14
第二章虚拟加工中心模型的建立  14-22
  2.1 引言  14
  2.2 虚拟加工中心几何模型的建立  14-18
    2.2.1 常用几何建模方法  14-16
    2.2.2 虚拟加工中心几何模型  16-17
    2.2.3 几何建模的实现手段  17-18
  2.3 运动模型的建立  18-21
    2.3.1 坐标系的定义  18-20
    2.3.2 虚拟加工中心的运动模型  20-21
  2.4 本章小结  21-22
第三章刀具库的建立和管理  22-33
  3.1 引言  22
  3.2 刀具库的设计  22-28
    3.2.1 数据管理技术的概念及发展  22-24
    3.2.2 刀具库的实现手段  24
    3.2.3 刀具几何模型的建立  24-25
    3.2.4 刀具库的结构和建立  25-26
    3.2.5 刀具库的功能  26-28
  3.3 自动换刀装置  28-32
    3.3.1 换刀机构的结构分析  28-29
    3.3.2 自动换刀装置的设计与几何建模  29-30
    3.3.3 自动换刀装置的运动仿真  30-32
  3.4 本章小结  32-33
第四章虚拟加工过程的算法研究及实现  33-50
  4.1 引言  33
  4.2 切削仿真算法综述  33-39
    4.2.1 基于实体建模的表示方法  33-37
    4.2.2 基于图像空间的表示方法  37-39
  4.3 三角片离散法介绍和实现过程  39-45
    4.3.1 三角片离散法的基本原理  39-40
    4.3.2 包围盒的计算  40-42
    4.3.3 毛坯与刀具扫描体的几何求交运算  42-45
  4.4 提高实时建模效率的研究  45-47
    4.4.1 显示列表刷新方法  45
    4.4.2 局部点阵搜索算法  45-46
    4.4.3 三角片法矢的计算  46-47
  4.5 仿真效果图  47-49
  4.6 本章小结  49-50
第五章四轴联动加工直纹抛物面  50-60
  5.1 引言  50
  5.2 直纹面简介  50-51
  5.3 直纹抛物面的形成及其性质  51-52
  5.4 直纹抛物面多坐标数控加工工艺  52
  5.5 四轴联动加工直纹抛物面  52-54
  5.6 四轴联动插补的数学模型  54-56
    5.6.1 X 轴方向的插补增量  54
    5.6.2 旋转轴A 方向的插补增量  54-55
    5.6.3 Y 轴方向的插补增量  55-56
    5.6.4 Z 轴方向的插补增量  56
  5.7 插补数学模型仿真  56-58
  5.8 加工仿真  58-59
  5.9 本章小结  59-60
第六章结论与展望  60-62
  6.1 结论  60-61
  6.2 展望  61-62
参考文献  62-66
发表论文和科研情况说明  66-67
致谢  67

虚拟加工中心系统及四轴联动切削运动学研究

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