[发明专利]面向加工实时监控的切削仿真实现方法

说明书

一种面向加工实时监控的切削仿真实现方法，首先对刀具建立刀具的几何仿真模型，同时对工件建立工件的DEXEL改进模型，然后使用刀具的几何仿真模型和工件的DEXEL改进模型进行切削仿真运算，并得到更新后的工件的DEXEL改进模型，最后将其构造为三角面片显示模型，实现实时显示。本发明通过优化多面体三向深度元素(Depth Element，Dexel)化实时建模算法的数据存储和搜索结构、以及刀具的几何仿真模型，提高数控切削(包括车削和铣削)实时仿真过程的仿真速度，实现面向加工实时监控的切削仿真。

技术领域

本发明涉及的是一种机械加工领域的技术，具体是一种面向加工实时监控的切削仿真实现方法。

背景技术

切削仿真技术是制造工艺的仿真优化技术中的重要内容，相比于常规的切削仿真算法，面向加工实时监控的切削仿真技术提出了更多的要求：首先，实时要求切削算法需要有更快的计算速度，以实现与实际加工过程的同步显示；其次，在实际生产中，制造车间智能化的过程通常并非一步到位，而是在现有制造设备的基础上逐步升级，考虑到工厂现有的切削设备种类繁多，自带控制系统接口的兼容性不一，不便于共享预设的切削工艺参数、例如刀具的预设轨迹等，这就要求切削算法能够缺失预定切削工艺参数的条件下完成仿真计算。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种面向加工实时监控的切削仿真实现方法，通过优化多面体三向深度元素(Depth Element，Dexel)化实时建模算法的数据存储和搜索结构、以及刀具的几何仿真模型，提高数控切削(包括车削和铣削)实时仿真过程的仿真速度，实现面向加工实时监控的切削仿真。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种面向加工实时监控的切削仿真实现方法，首先对刀具建立刀具的几何仿真模型，同时对工件建立工件的DEXEL改进模型，然后使用刀具的几何仿真模型和工件的 DEXEL改进模型进行切削仿真运算，并得到更新后的工件的DEXEL改进模型，最后将其构造为三角面片显示模型，实现实时显示。

所述的刀具的几何仿真模型，指由已知刀具的初始几何模型和刀具位姿的实时传感信息运算得到的近似替代刀具的包络体的刀具实时仿真模型的集合。

所述的工件DEXEL改进模型，通过DEXEL改进模型的预处理得到，整个切削仿真过程只需要进行一次DEXEL改进模型的预处理，具体过程包括：

1)在工件的坐标系内，构造工件的AABB包围盒；

2)构造包围盒内分别沿X、Y、Z三个轴向直线段组群，这些直线段组群由包围盒截取 DEXEL射线组群而得到；

3)构造二叉树结构存储有效线段：对3D包围盒的XOY面进行二叉空间分割，构造时按照XOY面上的X向和Y向进行二分法取直线，该直线段与2D包围盒XOY面上的二叉分割树对应；

4)构造有效线段，取每末层小包围盒的中心点，作为生成射线在XOY面上的坐标，有效线段是由生成射线与工件面片组群求交后得到的线段，它代表工件一段实体。对于一条生成线，可以存在0条或多条有效线段。使用二叉树存储模型存储有效线段。

所述的构造二叉树结构存储有效线段，具体的过程包括：

第1步：确定最终分割尺度，即未来相邻生成线之间的间距值δ；

第2步：对于包围盒的XY-Zmin面，校验X向长度和Y向长度，对较长的一个进行一次分割，校验分割后获得小包围盒边长，并当两个边长都小于分割尺度值δ时停止分割，最后将多个2D包围盒按照层次组成2D包围盒二叉树模型。

经过改进后的DEXEL模型，不仅继承了原有模型的全部优点，还由于使用了二叉树结构的存储和搜索方式，显著提高了仿真运算速度，适用于三轴铣削、钻削过程的实时仿真。

所述的切削仿真运算，具体过程包括：