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关于数控铣削加工几何仿真系统的研究

李刚 崔辽 刘建信 石磊

山西航天清华装备有限责任公司,山西长治,046000

摘要: 对于机械加工工作的开展来说,数控铣削加工是比较常见的一种加工方式,基于铣削加工方式对于加工技术的精准性要求以及对于加工工作的技术执行效果的要求,在加工工作开展前,需要对于加工中所需要用到相关工具、参数以及相关的模型完成建立的工作。通常情况下,这些工作都需要依托一个几何仿真系统达到构建的目的。只有在仿真系统中通过计算和分析得到了一个具有合理性的结论,才意味着在铣削加工的实际工作开展中能够达到良好的效果。
关键词: 数控技术;铣削加工;几何仿真系统
DOI:10.12721/ccn.2021.157003
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引言:

铣削加工的仿真系统构建中,模型的建立是最为基础的环节,仿真系统的运行需要建立在模型构建完成的基础上,相关工作人员需要掌握合理的建模方法,并按照科学的步骤完成建模,方可达到良好的建模效果。

一、仿真建模的具体方法阐述

模型建立的过程是非常具有专业性的。不同类型模型的建立,意味着其在实际问题分析中所需要应用的方法也不同。为了适应不同的数据分析和加工状态的呈现需求,在模型的建立方面应当注意不同类型方法的选取。

(一)线框建模方式

这种建模方式是基于CAD和CAM技术形成的一种建模方式,模型的建立,是基于系统结构中的顶点与边线、棱线的集合来完成模型的建立的。由于模型在整体结构上是以线条的形式呈现的,因此,被称为是线框模型[1]。这种模型的主要特点在于,由于整体结构比较规范,因此,在数据分布上的均匀性和科学性也更强,这也就意味着在数据计算的环节中,数据计算结果的准确性更高,整体的计算效率也更快。但这种模型在应用中如果遇到零件结构比较复杂的加工对象,可能会出现几何体构建的重复或重合,导致在实际的加工流程中的工作量和工作复杂性同步增大。另外,对于一些结构体本身的问题部位,这种建模方式不能实现在模型成型后对于这些区域的消隐。由此可见,从现阶段的发展状态上来看,基于线框的建模方式对于模型结构简单的铣削加工比较适用。

(二)实体建模的方式

这种建模方式的主要特点是通过模型的建立构造出一个实体的几何体。模型的形成则依靠对其便捷的标识来实现,这种方式指导下的建模效果,在真实性上更强,且能够消除模型图形线条之间的相互干扰,通过模型建立过程的规范,对模型建立的效果提供保障。而从问题和不足的角度分析,这种建模方式的基础上,存在大量的模型数据计算,且运算方法为专业性非常强的求交运算方法,不仅整体的运算量非常大,且运算过程本身的复杂程度也是非常高的。另外,如果加工的工件本身发生形状上的改建,则需要重新进行一次刀具工具与工件之间的运算过程,这一过程意味着前期的数据计算失去了很大实际意义,并且运算结果本身的时效性也有所降低[2]

(三)图像建模的方式

利用图像建模方式的形成,主要是基于图像能够达到消隐的效果,但这个过程中需要将图像中的刀具图像和工件图像按照屏幕的像素率分散形成一种Z-Buffer结构,这种结构的形成,能够从根本上减低图像模型中所涉及到的计算量,并且能够保证计算数据在一定的应用范围内保持时效性。而从问题和不足的角度上分析,这种类型的图像建模方式,容易受到视点位置的影响,一旦视点的位置得到了确认,则整体的数据结构也就无法进行调整和改变[3]。一旦整个网络分布点中的位置和方向发生转变,则意味着整个模型的数据系统与计算都要同步进行重新计算和确认。而且在信息技术的方面,这种建模的方式只能获得基于图像的信息,将工件与刀具之间的关系进行有效的呈现,但并不能够同步包含零件本身的几何信息。这就会影响计算结果本身的连续性,当模型建立完成后,例如旋转、缩放这种基本的动态操作,在这种模型建立的基础上都不能直接完成。

二、三角网络视角下的建模技术优化阐述

几何系统的构建过程是一个非常复杂且存在变化的过程,下文主要选取刀具的建模为研究对象,将工件对象锁定在毛坯体的范围内,研究如何优化建模的方法。

(一)离散化的实现

之所以选用三角网络的离散分析方式,与三角形本身的稳定性特征有直接的关系,带这种离散分割方法的指导下,毛坯体的离散可以从六个角度和层面上完成。其中,最上面的是代加工的毛坯表面,这个表面的情况对于整个三角网格的建立都有会产生非常重要的影响,这个表面保持在一个比较稳定的状态下,则意味着网络中的每一个独立的网格系统都能实现均匀的分布和排列,这就能够为后续的模型建立和数据分析提供一定的便利条件。另外,从网格结构标识的角度分析,均匀分布的三角网格,能够保证网格内部的不同点都得到均匀且具有唯一性的标识效果,这种规范性便于后期的数据检索和模型状态分析中但对于数据和模型信息的查找和分析。

(二)毛坯的制作

这个环节的主要操作,是通过毛坯的图形绘制的方式完成的,在达到了基本的离散效果后,绘制的工作才能进一步进行。具体的来说,绘制过程中所需要绘制的具体表面结构也包括了六个部分[4]。这种多角度的绘制方式也有利于后期模型本身达到一定的立体效果。具体的绘制工作开展时,需要设定好工件上的顶点,并且以顶点为基准,对于后续的各个不同区域的坐标原点进行确认,确认的限制方式为,确认坐标的0点和最大值为0的点。在这种条件要求下,能够形成一个表面和侧面分别产生一个三角或四边平面的逼近趋势的效果。这种趋势效果会在具体的计算方法的支持下达到精确度和稳定度不断提高的状态。另外,毛坯的制作环节,还包括了一部分下表面的制作工作。这个环节一般会出现两种不同的情况,第一,下表面出现通孔现象,第二,上表面顶点高度达到了毛坯高度的负值。在这两种情况下,一般不会继续进行绘制工作,而需要通过查询和分析找到绘制中的漏洞和问题,进行进一步的优化调整,待调整完成后方可进入进一步的计算和绘制图形的环节。

三、结束语

总的来说,对于数控铣削加工技术的实施来说,为了保证技术实施的效果和效率,并且保证工件加工本身的精确性和完整性,需要在实际开展加工操作之前通过建立模型的方式为铣削加工的工作提供指导和参考,技术人员应当注重选取适当的仿真计算模型,力求取得更为具有科学性的计算结果和模型建立效果。

参考文献:

[1]庄燕,赵志旺.多个相似轮廓零件的数控铣削加工研究[J].机械工程与自动化,2017(1):153-154.

[2]陈刚.数控铣床加工刀具的选择分析与研究[J].科学技术创新,2017(17):101-101.

[3]张南洋.数控车削中切削用量与切削力关系的仿真研究[J].工程技术研究,2018(4).

[4]苗运歌.数控铣削加工过程的曲面离散技术[J].2017(21):168-168.