[发明专利]一种基于OpenGL的圆柱形工件螺旋加工截面廓形计算方法

说明书

本发明提供一种基于OpenGL的圆柱形工件螺旋加工截面廓形计算方法，包括，步骤1，在模型空间建立圆柱形工件的模型坐标系，形成刀具扫掠体与工件轴截面的三维几何体，并进行工件设计参数的初始设置；步骤2，将模型空间中刀具扫掠体与工件轴截面的三维几何体按照视景体和视口的方式进行组织，实现垂直于工件轴截面的正交渲染；对刀具扫掠体与工件轴截面的交点进行标识；步骤3，将刀具扫掠体与工件轴截面的交点进行提取，并转换到模型空间，进行无效点的剔除，得到最终的轴截面加工廓形。本发明不受制于解析法中的奇异性问题约束，具有良好的普适性。该方法无需针对每一问题的特定计算，编程简单并且计算效率高。

技术领域

本发明涉及计算机辅助设计与制造和计算机图形学领域，具体为一种基于OpenGL的圆柱形工件螺旋加工截面廓形计算方法。

背景技术

螺旋槽结构是机械系统中一种非常重要的结构形式，譬如斜齿轮的齿槽、各种铣刀的容屑槽、螺旋拉刀的容屑槽和压缩机转子的齿型等。这些螺旋结构具有固定的螺距和半径，它们通过回转刀具(砂轮)沿着指定的螺旋运动轨迹实现加工。螺旋槽结构的精确制造对其自身的工作性能有着决定性的影响。这些螺旋结构的加工工问题分为正向问题和逆向问题两类。正向问题是已知刀具廓形和安装位置，求解加工出的工件截面廓形；逆向问题是已知目标工件截面廓形，求解合适的砂轮廓形和安装位置。其中正向问题也是逆向问题求解的一个重要基础。对于正向问题，目前的主要解法有基于包络原理的解析方法，基于接触点共法线准则的解析法，以及将刀具离散为一系列薄片与工件截面求交点的离散方法几种。其中，解析法可以获取精确的廓型解，但是方程求解复杂，涉及到超越方程的求解，刀具廓形存在奇异点时甚至会出现不收敛的情形，无法得到可行解的情形；离散法在提高精算精度的前提下，可以支持工程使用，但是方程求解计算量也非常巨大。这些方法每处理一个新的计算案例时，所有的计算方程都需要进行改动，必要的求解调节控制参数也需要人为设定，实现过程复杂。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于OpenGL的圆柱形工件螺旋加工截面廓形计算方法，能够良好的运行于多种操作系统，易于软件化的跨平台，虽然属于离散法系列，但是其计算精度可以设定调节，满足工程应用。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种基于OpenGL的圆柱形工件螺旋加工截面廓形计算方法，包括，

步骤1，在模型空间建立圆柱形工件的模型坐标系，形成刀具扫掠体与工件轴截面的三维几何体，并进行工件设计参数的初始设置；

步骤2，基于计算机图形学渲染机制，将模型空间中刀具扫掠体与工件轴截面的三维几何体按照视景体和视口的方式进行组织，实现垂直于工件轴截面的正交渲染；基于计算机渲染中的Z-buff，通过OpenGL的深度测试和模板测试设置条件组合，对刀具扫掠体与工件轴截面的交点进行标识；

步骤3，通过标识建立OpenGL中视景体像素点索引与模型空间之间点的映射关系，将刀具扫掠体与工件轴截面的交点进行提取，并转换到模型空间，进行无效点的剔除，得到最终的轴截面加工廓形。

优选的，步骤1具体包括如下步骤，

步骤1.1，在模型空间中，按照刀具相对于工件的螺旋运动，构建n个密化的刀具空间离散几何体，以此近似等效刀具的空间扫掠体；其中，起始位置和终止位置的刀具几何体S_c,1和S_c,n完全位于工件轴截面S_w的两侧；

步骤1.2，在模型空间中建立工件轴截面，并选择工件轴截面的局部矩形区域K；所述的局部矩形区域K包含完整的轴截面加工廓形，由其模型坐标系中的左下角坐标[x_s,y_s]和右上角的坐标[x_e,y_e]确定。

进一步的，步骤2具体包括如下步骤，