无心外圆磨削仿真系统开发
摘要
无心外圆磨削作为一种高精度的精加工工艺方法,在机械制造领域占有重要地位。无心外圆磨削仿真是指无心外圆磨削加工过程在虚拟环境中的映射,无心外圆磨削仿真系统是虚拟制造技术的重要组成部分,对无心磨削过程进行建模仿真,可以帮助设计人员检查制造中的问题,同时找到一种便利的方法来选择最佳的加工参数,必将获得巨大的经济效益。
本文首先介绍了常用的软件开发流程,结合仿真系统开发流程的特点初步建立了无心外圆切入磨削仿真系统的开发流程。对照项目要求,初步拟定了系统的目标功能。通过对系统目标功能的详细分析,确定了无心外圆磨削仿真系统的总体构架和相关模块的设计思想。
随后文章重点探讨了仿真系统实现的几个关键技术。在分析了OpenGL三维建模的优缺点后提出了3DS模型在仿真系统中的应用的思想。并对3DS文件格式构架及3DS模型在仿真系统中的读取与重现的具体方法进行了详细分析。
在对目前主流数控仿真软件中对于工件表面三维形貌变化处理常用的三角网格离散仿真法分析的基础上结合无心外圆磨削的特点,指出了三角网格离散仿真在无心磨削应用中的不足。提出了仿真系统的动画设计思想以及利用OpenGL相关技术实现加工过程工件三维形貌变化的详细过程。同时又分析了布尔运算在加工过程二维动画仿真中的原理及优缺点,并在分析无心磨削加工特点的基础上,采用OpenGL混合技术实现了无心外圆磨削加工过程的二维动画仿真。
在介绍无心磨削中工件中心高的理论计算方法的基础上提出了根据工件中心高的理论优化值计算托板高度的方法,并详细介绍了相关计算机程序的设计。同时通过计算机编程实现了在时域中表现工件真圆度的变化状态和实时的磨削力的输出。此外,文章还对工件自身存在的不平衡对于无心磨削的影响进行了相关分析。将工件的不平衡划分为轴向不平衡、径向不平衡和轴向径向同时不平衡三大类,然后分别对这三种情况进行了动力学分析,并通过Matlab计算绘制了各种情况下稳定磨削区域的范围,为进一步了解无心磨削的特性提供了有益参考。
仿真系统经过测试具有良好的实时性、交互性以及较为真实的三维,二维动画显示能力,基本实现了仿真系统的设计目标。
As a precision machining technique which can get high precision and low roughness, cylindrical centerless grinding has an important position in the field of mechanical manufacturing. The cylindrical centerless grinding simulation indicates a mapping of cylindrical centerless grinding process in the virtual environment. The cylindrical centerless grinding simulation system is an important part of virtual manufacturing. The simulation of centerless grinding processes could help the designer to identify the problems, and find a convenient method for optimal parameters in the processes of centerless grinding, then it will make enormous economic benefits.
This paper first introduced the commonly used software development process, simulation system combining the features of the development process initially established a cylindrical centerless grinding simulation system development process. Then develop the objective function of the system according to the project requirements. Through a detailed analysis of the system goals, determine the cylindrical centerless grinding simulation system.
Then the article focuses on the several key technologies used in simulation of the system.After analysis of the advantages and disadvantages of OpenGL 3D modeling,a method of using 3DS model in the simulation system is propounded. The paper makes a detail analysis of 3DS document format,reading and reproducing 3DS model in the simulation system .
The article use OpenGL-related technology to achieve a detailed three-dimensional shape change process. Also analyzes the traditional method based on Boolean used in simulation of NC processing and brings forward a method based on OpenGL blending in 2D simuluation of centerless grinding processing. Compared with the traditional method this method is easier to carrying out and convenient for dynamic simuluation.
After analysis the theoretical calculation method of the centrhigh, the paper proposed a method of the blade high calculation. At the same time, the method of computer programming in the time domain performance of the workpiece roundness of real-time changes in state and the grinding force of the output was carried out.
In addition, the article also made some relevant analysis in the imbalance in workpieces.The imbalance of workpieces was divided into uneven axial, radial imbalance, radial and axial imbalance and then make a dynamic analysis through Matlab,it provided a useful referencea of the characteristics of centerless grinding.
The running results of simulation system have shown that it has good real-time effectivity, interaction and visualization of 3D and 2D animation, and achieved the desired objectives.
本文首先介绍了常用的软件开发流程,结合仿真系统开发流程的特点初步建立了无心外圆切入磨削仿真系统的开发流程。对照项目要求,初步拟定了系统的目标功能。通过对系统目标功能的详细分析,确定了无心外圆磨削仿真系统的总体构架和相关模块的设计思想。
随后文章重点探讨了仿真系统实现的几个关键技术。在分析了OpenGL三维建模的优缺点后提出了3DS模型在仿真系统中的应用的思想。并对3DS文件格式构架及3DS模型在仿真系统中的读取与重现的具体方法进行了详细分析。
在对目前主流数控仿真软件中对于工件表面三维形貌变化处理常用的三角网格离散仿真法分析的基础上结合无心外圆磨削的特点,指出了三角网格离散仿真在无心磨削应用中的不足。提出了仿真系统的动画设计思想以及利用OpenGL相关技术实现加工过程工件三维形貌变化的详细过程。同时又分析了布尔运算在加工过程二维动画仿真中的原理及优缺点,并在分析无心磨削加工特点的基础上,采用OpenGL混合技术实现了无心外圆磨削加工过程的二维动画仿真。
在介绍无心磨削中工件中心高的理论计算方法的基础上提出了根据工件中心高的理论优化值计算托板高度的方法,并详细介绍了相关计算机程序的设计。同时通过计算机编程实现了在时域中表现工件真圆度的变化状态和实时的磨削力的输出。此外,文章还对工件自身存在的不平衡对于无心磨削的影响进行了相关分析。将工件的不平衡划分为轴向不平衡、径向不平衡和轴向径向同时不平衡三大类,然后分别对这三种情况进行了动力学分析,并通过Matlab计算绘制了各种情况下稳定磨削区域的范围,为进一步了解无心磨削的特性提供了有益参考。
仿真系统经过测试具有良好的实时性、交互性以及较为真实的三维,二维动画显示能力,基本实现了仿真系统的设计目标。
As a precision machining technique which can get high precision and low roughness, cylindrical centerless grinding has an important position in the field of mechanical manufacturing. The cylindrical centerless grinding simulation indicates a mapping of cylindrical centerless grinding process in the virtual environment. The cylindrical centerless grinding simulation system is an important part of virtual manufacturing. The simulation of centerless grinding processes could help the designer to identify the problems, and find a convenient method for optimal parameters in the processes of centerless grinding, then it will make enormous economic benefits.
This paper first introduced the commonly used software development process, simulation system combining the features of the development process initially established a cylindrical centerless grinding simulation system development process. Then develop the objective function of the system according to the project requirements. Through a detailed analysis of the system goals, determine the cylindrical centerless grinding simulation system.
Then the article focuses on the several key technologies used in simulation of the system.After analysis of the advantages and disadvantages of OpenGL 3D modeling,a method of using 3DS model in the simulation system is propounded. The paper makes a detail analysis of 3DS document format,reading and reproducing 3DS model in the simulation system .
The article use OpenGL-related technology to achieve a detailed three-dimensional shape change process. Also analyzes the traditional method based on Boolean used in simulation of NC processing and brings forward a method based on OpenGL blending in 2D simuluation of centerless grinding processing. Compared with the traditional method this method is easier to carrying out and convenient for dynamic simuluation.
After analysis the theoretical calculation method of the centrhigh, the paper proposed a method of the blade high calculation. At the same time, the method of computer programming in the time domain performance of the workpiece roundness of real-time changes in state and the grinding force of the output was carried out.
In addition, the article also made some relevant analysis in the imbalance in workpieces.The imbalance of workpieces was divided into uneven axial, radial imbalance, radial and axial imbalance and then make a dynamic analysis through Matlab,it provided a useful referencea of the characteristics of centerless grinding.
The running results of simulation system have shown that it has good real-time effectivity, interaction and visualization of 3D and 2D animation, and achieved the desired objectives.
引文
[1]夏新涛.无心磨削的理论与实践[M].国防工业出版社,2002
[2]梁式.外圆切入磨削过程的计算机仿真[J].新技术新工艺,1998,3
[3] S.Malkin, C.Guo.外圆磨削加工的仿真、优化及控制[J].张一飞,译.金刚石与磨料磨具工程,2001.05
[4]张一飞.仿真技术及其在磨削加工中的应用[J].金刚石与磨料磨具工程,2002.04
[5]王惠刚.计算机仿真原理及应用[M].国防科技大学出版社,1994
[6]王子才.仿真技术发展及应用[J].中国工程科学,2003,5(2):40-43
[7]游景玉.论仿真技术在知识经济发展中的地位[J].系统仿真学报,2001.01
[8]吴重光.仿真技术[M].化学工业出版社,2000.05
[9]王卫红.建模与仿真[M].科学出版社,2002
[10]肖田元,张燕云.系统仿真导论[M].清华大学出版社,2000
[11]吕雁.计算机仿真与建模技术综述[J].电子科技, 2001.11
[12]宋天虎.积极发展适合我国国情的虚拟制造技术[J].现代制造,1999.01
[13]夏新涛.轴承零件无心磨削工艺参数的最优化设计[J].精密制造与自动化,1990.04
[14]王龙山,李国发.磨削过程优化及其计算机仿真[J].中国机械工程,2002.06
[15] S.S.Pande. Computer simulation of the plunge centreless grinding process[J].Journal of Materials Processing Technology,39(1993):179-189
[16] G.Warnecke, U.Zitt. Kinematic Simulation for Analyzing and Predicting High-Performance Grinding Processes[J].Annals of the CIRP 1998,47(1)
[17]杨静,姬雪敏,陈立忠,孙长嵩.基于面向对象方法的CSG建模[J].哈尔滨工程大学学报,2002.03
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[20]李衷怡,张浩等.体绘制的任意曲面切割方法[J].计算机工程与应用,2005.03
[21]蔡鸿明,何援军,吴勇.面向网络交互设计的扩展CSG模型构造[J].上海交通大学学报,2004.12
[22]黄正东,田韶鹏.参数化CSG模型之间等价参数域求解方法[J].华中科技大学学报(自然科学版),2004.03
[23]吴湘,赵万生,魏莉.三维几何表示法[J].航天制造技术,2002.04
[24]田雪竹.切屑折断过程及其仿真的研究[D].哈尔滨理工大学, 2006
[25]张朝.虚拟数控车削加工系统研究与实现[D].苏州大学, 2006
[26]蔡春刚.数控编程实验教学仿真系统的研究与开发[D].哈尔滨工业大学, 2006
[27]郝万军.数控铣削加工三维仿真软件系统的研制[D].吉林大学, 2006
[28]毛明辉.数控仿真建模及实现技术研究[D].南京理工大学, 2004
[29]靳交通.数控车床加工仿真系统的研究与开发[D].昆明理工大学, 2007
[30]罗绳礼.虚拟加工过程控制技术研究[D].南京理工大学, 2005
[31]梁万勤.虚拟数控铣削加工物理仿真关键技术的研究[D].沈阳航空工业学院, 2007
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[44] Dave Shreiner, Mason Woo, Jackie Neider, Tom Davis.OpenGL编程指南[M].邓郑详,译.(第四版).人民邮电出版社,2005,04
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[46]汤彬,伍建青.使用MFC的OpenGL编程技术[J].实验室研究与探索, 2004.09
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[69]张胜,陈文亮,曾建江.数控加工过程可视化的实现方法[J].计算机应用研究, 2000.09
[70]王时英,吕明.数控车床加工的三维模型建立及动态仿真[J].太原理工大学学报, 2002.03
[71]姜明.工件中心高对无心磨削加工的影响及其确定[J].机械工程师,2003.09
[72]钱安宇.无心磨削[M].青海人民出版社,1982.02
[73] Furukawa Y.,Miyashita M.,Shiozaki S.Vibration Analysis and Work-Rounding Mechanism in Centerless Grinding,Int.J.Mach.Tool Des.Res.,vol.11,pp.145-175.
[74]高巢周平.存在不平衡工件的无心磨削[J].肖德郎,译.磨床与磨削,1994.02
[75]陈亚维.无心磨削中影响工件形状精度的因素分析[J].金刚石与磨料磨具工程,2005.10
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[77]增广银.无心磨削外圆有缺口的工件[J].磨床技术,1992
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[79]黄少刚.Rhino3D工业级造型与设计[M] .清华大学出版社出版,2005.04
[80]火星时代.3DS Max8白金手册[M].人民邮电出版社,2006.10
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[29]靳交通.数控车床加工仿真系统的研究与开发[D].昆明理工大学, 2007
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[63]任胜乐,路华,王永章,蔡春刚.数控铣削加工仿真中的几何建模与求交计算[J].组合机床与自动化加工技术, 2007.03
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[67]王宇,杨树财等.数控机床加工过程仿真系统的研究[J].哈尔滨理工大学学报, 2003.04
[68]马玉林,孙宏伟.基于质量保证的数控切削仿真技术研究与展望[J].制造业自动化, 2000.04
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[80]火星时代.3DS Max8白金手册[M].人民邮电出版社,2006.10
[81]程鹏辉.3DS Max8.0标准实例教程[M].机械工业出版社,2006.06