[发明专利]产品的数控加工实时切削仿真方法

说明书

技术领域

本发明提供一种产品的数控加工实时切削仿真方法，属于计算机辅助制造领域。 

背景技术

基于CAM系统输出的工件数控加工代码对工件进行加工仿真，是行之有效、最为经济的数控加工程序验证方式，对降低制造成本、缩短产品制造周期和提高产品质量具有重要意义。 

对现有的技术文献检索发现，王太勇等在学术期刊《机床与液压》2006，(9)，P16-18上发表的论文“基于动态四叉树的数控铣削加工仿真的研究”中，采用类似图形消隐Z-buffer思想，将毛坯离散成沿Z轴的长方体，采用四叉树组织小长方体索引结构，在仿真过程中，根据刀具坐标判断小长方体是否被加工，将体素分解并通过计算改变长方体高度，实现仿真过程动态渲染，由于仿真过程需要进行长方体碰撞检测，运算量较大，仿真实时性差。余经虎等在学术期刊《计算机工程与设计》2006，27(23)，P4533-4536上发表的论文“CAM中的切削轨迹仿真”中，采用Dexel结构将毛坯离散成沿视线方向上的长方体，通过改变与刀具发生碰撞的长方体高度实现刀具与毛坯的布尔减操作，并实时显示切削效果，该方法能保证加工仿真实时性，但仿真精度低，加工表面易出现阶梯状区域。任胜乐等在学术期刊《组合机床与自动化加工技术》2007，(3)，P12-14上发表的论文“数控铣削加工仿真中的几何建模与求交计算”中，将毛坯模型离散成三角网格模型，当刀具在某一瞬时位置时，采用刀具截取离散模型上表面网格节点，以交点坐标更新所截取的网格节点坐标，并刷新渲染毛坯模型，该方法仅能准确仿真刀位点处的切削效果，无法仿真两刀位点之间部分的切削效果。罗堃在学术期刊《计算机辅助设计与图形学学报》2001，13(11)，P1024-1028上发表的论文“三角面片离散法实现数控铣床加工仿真”中，将毛坯模型离散成三角网格模型，根据刀具路径构造刀具扫掠体，采用刀具扫掠体截取离散模型上表面网格节点，并更新上表面网格节点高度，刷新渲染网格节点坐标变化后的离散模型效果，实现仿真结果动态渲染，该方法具有较高仿真精度，且仿真实时性好，当该方法仅提供了刀具沿水平方向运动时的刀具扫掠体计算方法，未解决刀轨与毛坯底面成一定角度时切削仿真问题。 

综上所述，现有的数控加工切削仿真方法难以高精度地仿真实际加工效果，且刀轨适应性及仿真实时性差，研究适合于各种走刀方式且精度高、实时性强的数控加工切削仿真方法已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种产品的数控加工实时切削仿真方法，以有效提高数控加工切削仿真的精度和实时性。其技术方案如下： 

一种产品的数控加工实时切削仿真方法，包括以下步骤：1)根据离散精度将毛坯上表面离散成均匀点阵形成毛坯模型上表面节点，按照次序连接上表面节点建立三角网格曲面，毛坯下表面用一个四边形面片表示，将下表面边界按照离散精度离散成与上表面边界节点对应的节点，将上、下表面的边界节点连接形成表达毛坯模型侧面的三角网格；2)采用R^*-树建立毛坯模型上表面网格顶点的动态空间索引结构；其特征在于在步骤2)后又增加了步骤3)和4)，具体是：3)根据被加工产品的刀轨段和刀具信息构造刀具扫掠体在XOY面内的投影区域，以该投影区域的轴向包围盒为切削区域，基于毛坯上表面网格顶点的动态空间索引结构，采用深度优先算法查询落入切削区域内的毛坯上表面网格顶点；4)将球头刀和平头刀看作是圆角刀的特例，采用圆角刀作为刀具统一表示形式构造刀具扫掠体，求解毛坯上表面网格模型的网格顶点被刀具扫掠体截取后所得的新顶点，以该顶点替换所截取的毛坯上表面网格模型的网格顶点，修改毛坯模型，实现切削效果的仿真显示。