基于实例的车削仿真中碰撞干涉检查研究

蓝色的天空

基于实例的车削仿真中碰撞干涉检查研究

　　摘 要：碰撞和干涉检查是加工过程彷真的主要內容，采用区域干涉检查法，将车削仿真过程中三堆实体间的碰撞检查简化为二堆多边形之间的碰撞检查，并以UG为平台对仿真过程中可能发生的碰撞干涉进行了实例分析，验证了算法的正确性和有效性。
　　关键词：车削加工，仿真，碰撞检查
　　
　　数控车削过程仿真可以较真实地反映出实际的切削加工过程，检查数控代码的正确性，还可以检查加工过程中刀具与工件、机床及夹具之间是否有干涉现象。具有提高生产效率。保证加工质量，适应现代市场对产品开发制造的要求而被广泛的应用。碰撞和干涉检查是加工过程仿真的主要内容，对避免在真实加工中发生碰撞，造成工件报废和设备损坏，甚至威胁到操作者的人身安全具有重要意义。
　　本文以UG为平台对车削加工中的碰撞和干涉检查的算法进行了分析和研究，把三维实体间的碰撞检查简化为二维多边形之间的碰撞检查，即在车削仿真过程中将两物体间的检查变成平面内多边形间的重叠性检查，只要生成部件实体模型的多边形之间没有重叠现象，则两个实体之间就不会存在碰撞干涉，反之则一定存在碰撞干涉，最后，通过仿真实例说明所提方法的合理性与有效性。
　　
　　1 碰撞干涉的定义
　　R·K·Culley从时空的角度给出了发生碰撞干涉的定义，即在某一个时刻t，如果空间中位于L1，L2，L3，…，Ln的n个物体S1，S2，S3…，Sn中，存在一对或多对物体同时占据某块空间，那么就认为发生了碰撞干涉，在加工过程仿真中干涉检查具体为检查加工过程中的刀具、工件、夹具、机床元件以及环境物体之间的碰撞。由于干涉检查往往都有实时性的要求，而且也是干涉回避及其它空间规划问题的基础，因此，算法的效率及可靠性(无漏判或误判)是干涉检查算法研究的核心。
　　
　　2 碰撞干涉检查的算法
　　
　　零件加工过程包括加工过程的碰撞监测和加工过程干涉碰撞检查，加工过程的碰撞监测是考虑具体的加工环境因素的影响，包括机床工作加工空间、所用夹具和加工刀具等因素，加工过程的碰撞监测可以采用区域干涉检验的方法，即在任意时刻，将切削刀具包围轮廓和静止件(机床和夹具等)包围轮廓作二维布尔运算，如有相交情况，则说明该加工位置有碰撞情况发生，对应的加工指令需要修改。进行干涉检查时需要在插值点将加工刀具主偏角和副偏角的直线倾斜角进行比较，对于圆弧段轮廓，则与该插值点在圆弧轮廓的切线的倾斜角进行比较。
　　

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　　　对于圆弧段轮廓有顺时针圆和逆时针圆两种情况。干涉检查时根据加工零件轮廓的内外表面和刀具切削加工方向(从左向右切削和从右向左切削)，对刀具角度和加工轨迹倾斜角度的比较要进行调整，以右手刀外轮廓加工为例，对于直线和圆弧的干涉检查如图1所示。图中a，b，c分别是被加工表面为直线、外凸弧线和内凹弧线的情况，Kr为主偏角，krt为副偏角，E为刀尖角，A为与切削加工方向相反的倾斜角，月为与切削加工方向相同的倾斜角，当A＞krt时。刀具的副切削刃和零件表面就发生干涉，当180°+B＜180°－Kr时，刀具的主切削刃和零件表面干涉，这时车削就会发生过切。对于加工方向和加工轮廓的不同，以上判别式要进行调整，零件加工过程干涉碰撞检查是刀具在切削加工过程中，刀具与已加工过的表面或待加工的表面间的干涉与碰撞检查，其具体检查算法流程如图2所示。
　　
　　3 碰撞检查的实例
　　
　　本文以UG为平台对数控车削仿真过程中的干涉检查进行了理论分析和实例验证，为了进行车削仿真过程中的干涉检查，作者建立了车床，刀具，工件和夹紧装置的三维模型，仿真过程中碰撞检查的部件模型如图3所示，分别为仿真系统中参与碰撞干涉检查的各个部件的实体模型。端而发生的碰撞，此时，系统会弹出碰撞警告消息，并且在代码显示区域显示错误的代码行，在进行外表面车削时刀具与卡盘发生碰撞的检查结果，系统同样会弹出警告消息，并且在代码显示区域显示错误的代码行。
　　
　　
　　4 结语
　　
　　本文对车削加工仿真中碰撞干涉检查的算法进行了深入的研究，并以UG为平台，通过实例对车削加工仿真过程中可能发生的碰撞干涉进行了实例分析，进一步验证了仿真算法的正确和有效性，这一算法的实际应用能减少加工中刀具和原材料的浪费，提高生产效率，对虚拟加工和制造也具有很重要的意义。