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五自由度并聯機床虛擬樣機建模與仿真

時間:2010-06-02 08:00:00 來源:

    3.2數控加工仿真數據流模型
   
    在數控加工仿真系統中,首先選定加工所用的刀具和刀柄,調入毛坯,根據所要加工零件的模型進行刀具的軌跡規劃,生成相應的NC代碼;然后經并聯機床的后置處理器將其轉換為驅動桿的桿長值,用驅動桿的桿長值控制機床虛擬加工,仿真過程中將刀具和毛坯模型進行布爾差運算,模擬材料的去除過程,同時記錄加工過程,并進行干涉碰撞檢驗,主要檢驗加工過程中各桿件的桿長極限約束,球鉸和虎克鉸的轉角極限約束;最后給出仿真報告,并生成并聯機床加工所用的數控代碼。仿真系統數據流如圖3所示,其中翻譯模塊設計了一個通用繪圖函數包,此函數包是仿真系統與三維CAD軟件SolidWork,的直接通訊接口,將SolidWorks的底層圖形函數封裝為翻譯模塊可以直接調用的高級繪圖指令。
   
    3.3運動仿真的實現
   
    按照機床的實際尺寸在三維CAD軟件SolidWorks平臺下建立并聯機床樣機實體模型;然后,讀取仿真NC程序,提取其中的刀位數據,并對刀位數據進行粗插補后得到細化的刀位數據,應用反解數學模型得到對應刀具位姿時各個驅動桿的桿長值;最后調用三維CAD軟件SolidWorks的API函數把各個驅動桿伸長到規定的值。由于裝配約束的作用,刀具在5個驅動桿的驅動下將得到正確的位姿。
   
    3.4刀具軌跡顯示的實現方法
   
    零件的數控加工程序經過粗插補得到細化的刀位數據以后,從中取出刀尖點位置坐標數據,將刀尖點位置坐標按樣條曲線連接形成刀具軌跡線,并在圖形顯示器上顯示出來。運動仿真過程中刀具模型與刀位軌跡組合顯示,隨著刀具模型單步或連續地移動,刀具軌跡也單步或連續地顯示。
   
    3.5材料切除過程三維實體圖形仿真的實現
   
    采用計算機圖形仿真數控設備的加工過程,就是模擬刀具在一定形狀的毛坯上按照數控程序所規定的走刀路線對毛坯進行切削加工的過程,從圖形處理的角度來看,就是刀具沿規定路徑走刀所形成的掃描體與坯實體的布爾減運算。在三維機械CAD軟件SolidWorks環境下,根據NC程序中刀尖點的坐標值創建刀具路徑,據所選刀具類型創建刀具縱向截面后,使用"切除-掃描"命令即可形成刀具沿規定路徑對毛坯的切削模擬顯示。這樣形成的刀具掃描體還不完整,在路徑的終點處還應有一個刀具本身所形成的包絡體與毛坯的布爾減運算,如此連續掃描切除即可產生完整、真實的切削過程。NC加工過程的動畫顯示是以單條加工指令的處理來分步實現的,沒有采用多幀連放的完全動畫顯示,而是直接將每步加工結果顯示出來。
   


    3.6三維刀具和刀柄庫的開發
   
    刀具和刀柄標準件庫系統主要由三維參數化標準件圖素庫、標準件特性參數庫、用戶界面及管理系統組成。通過對標準球頭銑刀和標準平底銑刀名稱的選擇,自動顯示出該刀具的關鍵參數,并在機床裝配體中設計出該刀具的三維實體模型;根據自定義刀柄(與刀具相連)的關鍵參數,在機床裝配體中自動生成刀具和刀柄的三維裝配體模型,完成對機床樣機中刀具和刀柄的參數化設計,從而實現5-UPS/PRPU并聯機床數控加工仿真中自動換刀的操作。平底銑刀設計和安裝刀柄的平底銑刀設計的操作過程與球頭銑刀的相同,生成的實體模型如圖4,5所示。