[发明专利]一种基于Unity3D的机床动态切削模拟系统及模拟方法

权利要求书

1.一种基于Unity3D的机床动态切削模拟方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：在Unity 3D开发环境下，创建与实际机床组件对应的虚拟机床组件三维模型，并采用圆台离散法对虚拟车削工件体进行建模；

步骤二：建立实际机床总装中顶尖组件与虚拟机床组件模型中虚拟车床的顶尖组件的动作关系；用于模拟对虚拟车削工件的固定动作；具体方法包括如下步骤：

D1:在实际机床中，控制尾座顶尖移动手轮上装有第一编码器，根据第一编码器数值可以确定顶尖的前后移动；

D2：读取第一编码器的当前数值D_n，将其与上一次的数值D_n-1进行比较得到△D，

D3:虚拟机床尾座顶尖的移动d距离通过式(2)得到：

d＝△D*0.00003 (2)

D4:读取三维模型中当前尾座顶尖的位置E_n；通过式(3)得到最终位置E_n+：

E_n+1＝E_n+d； (3)

D5:计算三维模型中控制顶尖移动手轮的旋转角度；具体方法为：设当前在三维模型里面控制顶尖移动手轮的角度在xyz方向上分别为(α3，β3，γ3)；旋转手柄只在x方向上存在变化，所以α3＝-D_n；持续变化，最终旋转手柄的角度为(-D_n，β3，γ3)；

步骤三：确定虚拟机床组件模型中机床主轴转速；并关联到所述虚拟机床组件模型中；采用公式(1)确定虚拟机床组件模型中机床主轴转速：

m＝0.12n°/t (1)

其中，t＝20ms,n为实际机床转速，m为虚拟机床转速；

步骤四：确定虚拟机床组件模型中虚拟机床刀具的角度；并关联到所述虚拟机床组件模型中；

步骤五：确定虚拟机床组件模型中虚拟机床刀具相对于虚拟机床主轴的当前位置；并关联到所述虚拟机床组件模型中；

步骤六：判断模型中虚拟机床刀具是否与虚拟机床主轴发生碰撞；

步骤七：若发生碰撞，则虚拟机床主轴与虚拟机床刀具接触点处的外径持续缩小；直至虚拟机床刀具与虚拟机床主轴分离。

2.根据权利要求1所述的一种基于Unity3D的机床动态切削模拟方法，其特征在于：步骤一中采用圆台离散法对虚拟车削工件体进行建模的方法包括如下步骤：

S1：建立一单位薄片，所述单位薄片的形状根据切削工件的截面形状确定；

S2：以步骤S1中建立的单位薄片为基点，沿固定方向进行若干单位薄片叠加；形成待加工车削工件。

3.根据权利要求1所述的一种基于Unity3D的机床动态切削模拟方法，其特征在于：步骤四中判断模型中虚拟机床刀具是否与虚拟机床主轴发生碰撞的方法包括如下步骤；

A1：在各个单位薄片中添加第一触发器；

A2：在虚拟机床刀具刀尖上添加刚体属性和第二触发器；

A3：若虚拟机床刀具刀尖与其中一单位薄片发生碰撞，则触发碰撞检测，碰撞检测中，获取被碰撞单位薄片的物体属性；

A4：根据单位薄片的物体属性对步骤A3中被碰撞单位薄片进行缩小；

其中，以单位薄片的中心点为圆心建立坐标系，设定单位薄片在X轴和Y轴方向上的初始值为x₀和y₀；设定单位薄片在X轴和Y轴方向上的当前值为x_n和y_n，并将单位薄片在X轴和Y轴上的变化量作为单位薄片缩小的指标；

模拟切削过程中；每隔T₁ms,检测一次被碰撞单位薄片的物体属性；

若为碰撞状态，且x_n0时，则单位薄片在X轴和Y轴方向上的值为y_n＝x_n＝x_n-1-0.008。