CNC磨头谈数控加工中的几何仿真

        CNC磨头谈数控加工中的几何仿真

        数控加工的几何仿真是指根据刀具运动的轨迹与刀具的外型对工件进行切除的模拟过程。传统的方法是使用试切法，即使用便宜的材料使用实际的机床进行切削，以检测是否存在碰撞或是干涉。这种方法费用高耗时长，降低了生产效率。

        现在利用计算机对数控加工过程的模拟,即利用计算机模拟刀具沿着加工路径与被加工工件(毛坯)之间的相对运动,实现对加工中的刀具移动、切削等过程的监控和对加工代码正确性的验证。这种方法大大的缩短了生产的准备时间。常用的方法有两种：离散法和实体造型法。

       1.离散法

      离散法通常包括视向离散法和三角片离散法两种。

      基于图像空间的视向离散法是较为常见的方法,其基本工作原理是:沿视线方向离散工件和刀具,取二者中最前的颜色作为布尔运算的结果并直接写入光栅显示器的显示缓存。由于只在视线方向上作一维布尔运算,并且运算与显示合二为一,所以这种方法有很高的实时性。其缺点是:因为毛坯的原始数据都已经转化为像素值,而这些像素点是依赖于显示屏幕的,所以对加工结果无法进行旋转、放大等操作,同时难以进行加工误差检验。

      另一种方法为三角片离散法。三角片离散法是指，将工件用三角片离散化，将上表面离散为均匀点阵，再将这些点阵连接成三角网格。当模拟切削时，根据刀具的高度不断的改变上表面点阵的高度，再对三角网格进行真实感渲染，以此仿真数控加工的过程。

     在三角片离散法中，其关键是三角片的精度与计算速度间的矛盾。即，三角片越密集，图象的清晰准确度越高，而运算速度越慢，相反，三角片越稀疏，图象准确度越低，但运算速度却可以加快。基于这个矛盾，[1]中提出了在有必要精确描述的形状复杂的区域多使用三角片，而在形状简单的区域少使用三角片的方法。再[2]中也使用了区域搜索所需重绘的三角形的方法来提高运算效率，并提出了评定三角片算法的三个指标：紧致性、保守性和评估效率。

      离散法较实体造型法效率通常要高许多，基本都可以实现显示的实时性，但由于将实体向平面离散，使得结果中缺乏了许多工件原有的三维信息。

      2.实体造型法

     实体造型法可以提供三维形体最完整的几何和拓扑信息，可以进行准确的过程仿真和刀位轨迹验证。仿真中的模型有精确模型和近似模型，其中精确模型包括GSC与B-rep,近似模型包括八叉树，单元体等。在早期的实体仿真中，主要对精确模型进行操作。在体素构造表示中，切削可以看做是一个布尔减的过程，边界表示法中，切削可以看做工件表面的重构。