基于實(shí)例的車削仿真中碰撞干涉檢查研究

黃　金

摘要：碰撞和干涉檢查是加工過程彷真的主要內(nèi)容，采用區(qū)域干涉檢查法，將車削仿真過程中三堆實(shí)體間的碰撞檢查簡化為二堆多邊形之間的碰撞檢查，并以UG為平臺(tái)對(duì)仿真過程中可能發(fā)生的碰撞干涉進(jìn)行了實(shí)例分析，驗(yàn)證了算法的正確性和有效性。

關(guān)鍵詞：車削加工，仿真，碰撞檢查

中圖分類號(hào)：TQ056.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3198(2009)07-0288-01

數(shù)控車削過程仿真可以較真實(shí)地反映出實(shí)際的切削加工過程，檢查數(shù)控代碼的正確性，還可以檢查加工過程中刀具與工件、機(jī)床及夾具之間是否有干涉現(xiàn)象。具有提高生產(chǎn)效率。保證加工質(zhì)量，適應(yīng)現(xiàn)代市場對(duì)產(chǎn)品開發(fā)制造的要求而被廣泛的應(yīng)用。碰撞和干涉檢查是加工過程仿真的主要內(nèi)容，對(duì)避免在真實(shí)加工中發(fā)生碰撞，造成工件報(bào)廢和設(shè)備損壞，甚至威脅到操作者的人身安全具有重要意義。

本文以UG為平臺(tái)對(duì)車削加工中的碰撞和干涉檢查的算法進(jìn)行了分析和研究，把三維實(shí)體間的碰撞檢查簡化為二維多邊形之間的碰撞檢查，即在車削仿真過程中將兩物體間的檢查變成平面內(nèi)多邊形間的重疊性檢查，只要生成部件實(shí)體模型的多邊形之間沒有重疊現(xiàn)象，則兩個(gè)實(shí)體之間就不會(huì)存在碰撞干涉，反之則一定存在碰撞干涉，最后，通過仿真實(shí)例說明所提方法的合理性與有效性。

1碰撞干涉的定義

R·K·Culley從時(shí)空的角度給出了發(fā)生碰撞干涉的定義，即在某一個(gè)時(shí)刻t，如果空間中位于L₁，L₂，L₃，…，L_n的n個(gè)物體S₁，S₂，S₃…，S_n中，存在一對(duì)或多對(duì)物體同時(shí)占據(jù)某塊空間，那么就認(rèn)為發(fā)生了碰撞干涉，在加工過程仿真中干涉檢查具體為檢查加工過程中的刀具、工件、夾具、機(jī)床元件以及環(huán)境物體之間的碰撞。由于干涉檢查往往都有實(shí)時(shí)性的要求，而且也是干涉回避及其它空間規(guī)劃問題的基礎(chǔ)，因此，算法的效率及可靠性(無漏判或誤判)是干涉檢查算法研究的核心。

2碰撞干涉檢查的算法

零件加工過程包括加工過程的碰撞監(jiān)測和加工過程干涉碰撞檢查，加工過程的碰撞監(jiān)測是考慮具體的加工環(huán)境因素的影響，包括機(jī)床工作加工空間、所用夾具和加工刀具等因素，加工過程的碰撞監(jiān)測可以采用區(qū)域干涉檢驗(yàn)的方法，即在任意時(shí)刻，將切削刀具包圍輪廓和靜止件(機(jī)床和夾具等)包圍輪廓作二維布爾運(yùn)算，如有相交情況，則說明該加工位置有碰撞情況發(fā)生，對(duì)應(yīng)的加工指令需要修改。進(jìn)行干涉檢查時(shí)需要在插值點(diǎn)將加工刀具主偏角和副偏角的直線傾斜角進(jìn)行比較，對(duì)于圓弧段輪廓，則與該插值點(diǎn)在圓弧輪廓的切線的傾斜角進(jìn)行比較。

對(duì)于圓弧段輪廓有順時(shí)針圓和逆時(shí)針圓兩種情況。干涉檢查時(shí)根據(jù)加工零件輪廓的內(nèi)外表面和刀具切削加工方向(從左向右切削和從右向左切削)，對(duì)刀具角度和加工軌跡傾斜角度的比較要進(jìn)行調(diào)整，以右手刀外輪廓加工為例，對(duì)于直線和圓弧的干涉檢查如圖1所示。圖中a，b，c分別是被加工表面為直線、外凸弧線和內(nèi)凹弧線的情況，Kr為主偏角，kr^t為副偏角，E為刀尖角，A為與切削加工方向相反的傾斜角，月為與切削加工方向相同的傾斜角，當(dāng)A＞kr^t時(shí)。刀具的副切削刃和零件表面就發(fā)生干涉，當(dāng)180°+B＜180°－Kr時(shí)，刀具的主切削刃和零件表面干涉，這時(shí)車削就會(huì)發(fā)生過切。對(duì)于加工方向和加工輪廓的不同，以上判別式要進(jìn)行調(diào)整，零件加工過程干涉碰撞檢查是刀具在切削加工過程中，刀具與已加工過的表面或待加工的表面間的干涉與碰撞檢查，其具體檢查算法流程如圖2所示。

3碰撞檢查的實(shí)例

本文以UG為平臺(tái)對(duì)數(shù)控車削仿真過程中的干涉檢查進(jìn)行了理論分析和實(shí)例驗(yàn)證，為了進(jìn)行車削仿真過程中的干涉檢查，作者建立了車床，刀具，工件和夾緊裝置的三維模型，仿真過程中碰撞檢查的部件模型如圖3所示，分別為仿真系統(tǒng)中參與碰撞干涉檢查的各個(gè)部件的實(shí)體模型。端而發(fā)生的碰撞，此時(shí)，系統(tǒng)會(huì)彈出碰撞警告消息，并且在代碼顯示區(qū)域顯示錯(cuò)誤的代碼行，在進(jìn)行外表面車削時(shí)刀具與卡盤發(fā)生碰撞的檢查結(jié)果，系統(tǒng)同樣會(huì)彈出警告消息，并且在代碼顯示區(qū)域顯示錯(cuò)誤的代碼行。

4結(jié)語

本文對(duì)車削加工仿真中碰撞干涉檢查的算法進(jìn)行了深入的研究，并以UG為平臺(tái)，通過實(shí)例對(duì)車削加工仿真過程中可能發(fā)生的碰撞干涉進(jìn)行了實(shí)例分析，進(jìn)一步驗(yàn)證了仿真算法的正確和有效性，這一算法的實(shí)際應(yīng)用能減少加工中刀具和原材料的浪費(fèi)，提高生產(chǎn)效率，對(duì)虛擬加工和制造也具有很重要的意義。