立式数控铣削仿真加工系统研制

论文摘要

数控机床已经在制造业中获得了广泛的应用,为了避免因机床走刀错误而造成数控设备损坏的危险,在实际加工前得到更直观、可视化的刀具运动过程,提高数控加工效率,缩短产品的生产周期,降低开发成本,减少废品率,需要对数控加工过程进行仿真,以虚拟加工的形式在计算机上完成对数控程序的检验;同时采用虚拟加工技术在对数控机床用户进行培训并指导实际生产及数控类课程的教学中也能大大提高教学效果。本文以立式数控铣床为仿真对象,在分析了数控仿真系统的功能模型及总体结构的基础上,对数控铣削加工的三维仿真关键技术进行了深入研究。主要研究内容和结论如下:1.数控机床三维模型的建立。比较3DSMax建模工具与OpenGL建模的特点,针对3DSMax建模简单而建立后的模型交互性较差,以及OpenGL建模复杂而模型交互性较好的特点,结合实际数控机床,提出一种使用3DSMax建模工具与OpenGL相结合的混合建模方式实现数控机床三维模型的重建。2. 3DS文件的读取。对3DSMax导出的3DS格式的文件进行深入的分析与研究,在此基础上,利用Visual C++6.0与OpenGL编写程序完成3DS文件读取,完成数控机床三维模型的建模工作。实验结果表明:采用3DSMax与OpenGL相结合完全可以建立复杂的模型,并可以实现与模型的交互。3.数控铣削加工过程仿真。针对铣削加工的特点,介绍铣削加工工件的毛坯离散化显示和材料切除过程的仿真。使用OpenGL显示列表技术构建了虚拟组件库,构建了虚拟机床的运动控制模型,实现了加工过程的三维动画仿真。4.仿真动画与铣削加工实例的输出。介绍了计算机动画的基本知识,并重点讨论OpenGL形成动画的基本原理及优化,在此基础上实现铣削加工仿真动画的显示。本文通过对三维数控加工仿真的研究,建立了基于3DSMax与OpenGL相结合对复杂物体建模的仿真加工系统,仿真结果表明,该系统有良好的实时性、交互性,能有效完成数控程序验证要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 数控加工仿真技术概述
• 1.1.1 数控加工仿真技术的提出和分类
• 1.1.2 国内外研究发展现状
• 1.1.3 数控加工仿真技术研究当前存在的主要问题
• 1.2 本课题来源、研究内容及意义
• 1.2.1 课题来源
• 1.2.2 本课题研究内容
• 1.2.3 本课题研究的意义
• 1.3 论文组织结构
• 第2章 数控加工仿真系统总体框架
• 2.1 数控铣削三维仿真系统实现方案
• 2.2 数控加工仿真系统功能模块划分
• 2.3 本章小结
• 第3章 虚拟加工机床三维建模
• 3.1 数控机床三维模型的建立
• 3.1.1 数控铣床建模方式
• 3.1.2 铣床本体几何建模
• 3.1.3 铣床本体的行为建模
• 3.1.4 刀具几何实体建模
• 3.2 机床三维模型的数据格式
• 3.2.1 3DS 格式文件处理方法
• 3.2.2 3DS 格式文件结构
• 主编辑块（0x3D3D）
• 物体块（0x4000）
• 材质块（0xAFFF）
• 网格块（0x4100）
• 3.3 数控机床三维模型的读取
• 3.4 OPENGL 绘制图形
• 3.5 本章小结
• 第4章 数控铣削加工动态仿真
• 4.1 毛坯离散化和毛坯绘制
• 4.2 数控铣削加工过程动态仿真算法
• 4.2.1 材料切除过程仿真算法
• 4.2.2 刀具扫描域计算
• 4.3 仿真动画实现
• 4.3.1 动画实现技术分析
• 4.3.2 仿真动画的优化输出
• 4.4 本章小结
• 第5章 数控铣削仿真实例分析
• 5.1 NC 代码解析模块
• 5.2 辅助功能实现
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文
• 致谢