多轴精密机床的仿真技术的研究

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数控技术对于生产加工具有非常重要的意义,它的出现大大提高了生产的效率,并且使得一些复杂零件的加工成为可能。数控仿真是在实际加工之前,在虚拟环境下对数控代码进行一系列虚拟加工,并根据结果检验数控代码是否满足需求以及是否存在碰撞现象。因此,数控仿真技术对于数控加工具有非常重要的意义,它不仅可以检验数控代码是否正确,加工出来的零件是否满足精度要求,同时也可以检验加工过程中刀具与机床各部件间是否存在碰撞。  国内外学者对数控仿真技术做了许多研究,并获得了许多成果,如在三维实体切削问题上,提出了直接实体建模法、离散矢量求交法和空间离散法等,在碰撞干涉问题上,提出了距离跟踪法、空间剖分法和层次包围盒法等。同时,国内外也研究开发出许多数控仿真系统,如美国CGTECH公司开发的VERICUT数控加工仿真系统。本文基于五轴精密数控机床,对数控仿真技术进行了深入研究,并开发出一套五轴精密数控机床三维实体仿真系统。  本文对数控加工仿真中的G代码生成、G代码解析、实体模型建立、三维实体切削仿真算法和碰撞检测算法进行深入研究。在G代码生成问题上,通过研究实现了一些回转曲面的G代码生成。在G代码解析问题上,通过词法分析、语法分析和语义分析过程,实现了五轴精密数控机床的G代码解析功能。通过对STL文件的分析,实现了机床三维模型的导入算法,使得虚拟加工环境中能够进行机床模型的仿真。通过对三维仿真算法研究,使用Z-MAP方法,将工件与刀具扫描体之间的三维布尔运算进行降维处理,实现了切削仿真效果,并且算法效率不会因为切削次数增多而变低。在碰撞检测的研究中,利用了包围盒方法与三角形求交法解决了三维实体的碰撞检测问题,并使得检测过程高效而精确。  基于上述研究成果,利用QT和OpenGL开发了一套五轴精密数控机床的三维实体仿真系统,系统可以对G代码进行解析,并对加工过程进行三维实体仿真和碰撞检测,以验证G代码的正确性。经实际验证,该数控仿真系统能够正确实现仿真验证功能。
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