CNC磨頭談數(shù)控加工中的幾何仿真

        數(shù)控加工的幾何仿真是指根據(jù)刀具運(yùn)動的軌跡與刀具的外型對工件進(jìn)行切除的模擬過程。傳統(tǒng)的方法是使用試切法，即使用便宜的材料使用實際的機(jī)床進(jìn)行切削，以檢測是否存在碰撞或是干涉。這種方法費(fèi)用高耗時長，降低了生產(chǎn)效率。

        現(xiàn)在利用計算機(jī)對數(shù)控加工過程的模擬,即利用計算機(jī)模擬刀具沿著加工路徑與被加工工件(毛坯)之間的相對運(yùn)動,實現(xiàn)對加工中的刀具移動、切削等過程的監(jiān)控和對加工代碼正確性的驗證。這種方法大大的縮短了生產(chǎn)的準(zhǔn)備時間。常用的方法有兩種：離散法和實體造型法。

       1.離散法

      離散法通常包括視向離散法和三角片離散法兩種。

      基于圖像空間的視向離散法是較為常見的方法,其基本工作原理是:沿視線方向離散工件和刀具,取二者中最前的顏色作為布爾運(yùn)算的結(jié)果并直接寫入光柵顯示器的顯示緩存。由于只在視線方向上作一維布爾運(yùn)算,并且運(yùn)算與顯示合二為一,所以這種方法有很高的實時性。其缺點是:因為毛坯的原始數(shù)據(jù)都已經(jīng)轉(zhuǎn)化為像素值,而這些像素點是依賴于顯示屏幕的,所以對加工結(jié)果無法進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、放大等操作,同時難以進(jìn)行加工誤差檢驗。

      另一種方法為三角片離散法。三角片離散法是指，將工件用三角片離散化，將上表面離散為均勻點陣，再將這些點陣連接成三角網(wǎng)格。當(dāng)模擬切削時，根據(jù)刀具的高度不斷的改變上表面點陣的高度，再對三角網(wǎng)格進(jìn)行真實感渲染，以此仿真數(shù)控加工的過程。

     在三角片離散法中，其關(guān)鍵是三角片的精度與計算速度間的矛盾。即，三角片越密集，圖象的清晰準(zhǔn)確度越高，而運(yùn)算速度越慢，相反，三角片越稀疏，圖象準(zhǔn)確度越低，但運(yùn)算速度卻可以加快?；谶@個矛盾，[1]中提出了在有必要精確描述的形狀復(fù)雜的區(qū)域多使用三角片，而在形狀簡單的區(qū)域少使用三角片的方法。再[2]中也使用了區(qū)域搜索所需重繪的三角形的方法來提高運(yùn)算效率，并提出了評定三角片算法的三個指標(biāo)：緊致性、保守性和評估效率。

      離散法較實體造型法效率通常要高許多，基本都可以實現(xiàn)顯示的實時性，但由于將實體向平面離散，使得結(jié)果中缺乏了許多工件原有的三維信息。

      2.實體造型法

     實體造型法可以提供三維形體最完整的幾何和拓?fù)湫畔?，可以進(jìn)行準(zhǔn)確的過程仿真和刀位軌跡驗證。仿真中的模型有精確模型和近似模型，其中精確模型包括GSC與B-rep,近似模型包括八叉樹，單元體等。在早期的實體仿真中，主要對精確模型進(jìn)行操作。在體素構(gòu)造表示中，切削可以看做是一個布爾減的過程，邊界表示法中，切削可以看做工件表面的重構(gòu)。