網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)中虛擬加工若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、本文首先從虛擬加工的特點(diǎn)入手，在對(duì)虛擬加工系統(tǒng)進(jìn)行需求分析的基礎(chǔ)上，提出一種由界面層、功能層和數(shù)據(jù)層三個(gè)層次組成的虛擬加工系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，討論了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)所需的關(guān)鍵技術(shù)，為論文的研究確定了方向。 虛擬加工環(huán)境模型是網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)數(shù)字模型的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)虛擬加工的基礎(chǔ)。根據(jù)虛擬加工環(huán)境模型的功能需求分析，提出了由部件層、設(shè)備層和環(huán)境層組成的虛擬加工環(huán)境層次模型。部件模型由部件幾何模型和部件物理屬性仿真模型組成。部件幾何模型又進(jìn)一

2、步分為顯示幾何模型和工程語(yǔ)義模型，它不依賴(lài)于具體商用CAD 軟件。設(shè)備模型由設(shè)備配置模型和設(shè)備行為控制模型組成，環(huán)境模型由環(huán)境配置模型和環(huán)境行為控制模型組成。此層次模型具有擴(kuò)展性好、信息完備、支持重構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，為虛擬加工系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了支持。 網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)中數(shù)控設(shè)備的分布性和多樣性要求數(shù)控程序解析器具有通用性。通過(guò)對(duì)數(shù)控程序格式的分析，提出一個(gè)通用數(shù)控程序解析器的框架結(jié)構(gòu)及其處理流程?；谡{(diào)用堆棧對(duì)子程序進(jìn)行檢錯(cuò)和解析處理，高效

3、地實(shí)現(xiàn)了數(shù)控程序段位置的跳轉(zhuǎn)、子程序調(diào)用次數(shù)的控制以及調(diào)用現(xiàn)場(chǎng)的恢復(fù)。提出了用于對(duì)解析器進(jìn)行功能擴(kuò)展的數(shù)控系統(tǒng)定制方法，使用戶(hù)可以方便快捷地建立新數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)則?；谡齽t表達(dá)式對(duì)數(shù)控程序進(jìn)行語(yǔ)法分析，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，效率高。設(shè)計(jì)了支持通用數(shù)控程序解析的規(guī)則數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)。 加工過(guò)程可視化仿真是虛擬加工的核心功能之一。提出了加工表面的細(xì)分方法和通用刀具廓形掃掠體表面方程的求解方法，在此基礎(chǔ)上，提出了基于三角網(wǎng)格模型的優(yōu)化仿真算法。為了提高

4、虛擬加工可視化仿真的實(shí)時(shí)性，提出一個(gè)改進(jìn)的區(qū)域劃分算法，對(duì)三角面片區(qū)域判定、虛擬場(chǎng)景部件遍歷及重繪區(qū)域判定三個(gè)方面的問(wèn)題進(jìn)行了深入探討，并就區(qū)域粒度對(duì)算法性能的影響作了實(shí)驗(yàn)分析。 碰撞檢測(cè)是全面驗(yàn)證數(shù)控工藝和數(shù)控程序所必需的另一關(guān)鍵技術(shù)。提出了一個(gè)面向虛擬加工的混合碰撞檢測(cè)算法。算法由兩部分組成，其一為物體空間的包圍盒檢測(cè)算法，其二為圖像空間的碰撞檢測(cè)算法。采用掃掠和裁剪算法進(jìn)行物體空間的粗判斷，用以快速排除未發(fā)生碰撞的物體對(duì)。

5、繼而采用圖像空間算法精確檢測(cè)物體對(duì)之間的相交狀況。首先判斷圖形硬件是否支持可見(jiàn)性查詢(xún)；如果支持，選用基于可見(jiàn)性查詢(xún)的算法進(jìn)行碰撞檢測(cè)；否則，選用基于深度．模板測(cè)試的算法進(jìn)行檢測(cè)；以此兼顧算法的適應(yīng)性和效率。對(duì)算法的性能作了實(shí)驗(yàn)分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明此算法顯著提高了碰撞檢測(cè)的效率。基于網(wǎng)絡(luò)化異地協(xié)同設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)e-CWS，應(yīng)用本文的研究成果，采用面向?qū)ο蠛徒M件化程序設(shè)計(jì)方法開(kāi)發(fā)了一個(gè)虛擬加工原型系統(tǒng)VMS，并進(jìn)行了虛擬加工可視化仿真的實(shí)例驗(yàn)證