数控加工仿真系统的研究与应用.pdf

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1、小型 微型 计 算机系 统 J o u r n a l o f Ch i n e s e Co mp u t e r S y s t e ms 2 0 1 0年 6月 第 6期 VO L 3 1 No 6 2 0 1 0 数控加工仿真系统的研究与应用 彭健钧 ，郭锐锋，张世民 ，邵志香，丁万夫(中国科学院 研究生院，北京 1 0 0 3 9)(中国科学院 沈阳计算技术研究所，辽宁 沈阳 1 1 0 1 7 1)(大连工业大学 信息科学与工程学院，辽宁 大连 1 1 6 0 3 4)E ma i l：p e n g j i a n j u n s i c t a c c n 摘要：介绍数控加工仿

2、真系统的整体设计，提 出格栅 v o x e l 三维实体建模方法，刀具扫描体的生成算法，实现了刀具切削工件 过程的动态仿真，并对碰撞检查算法进行 了初步的研究 基于以上方法，建立了蓝天数控系统的加工仿真系统，在加工前对加工 程序进行验证，在h ：r-时对刀具轨迹的执行、工件的切削过程等进行实时监控 关 键 词：数控加工仿真系统；格栅 v o x e l；刀具扫描体；碰撞检测 中图分类号：T P 3 1 1 文献标识码：A 文 章 编 号：1 0 0 0 1 2 2 0(2 0 1 0)0 6 1 2 4 0-0 5 R e s e a r c h a n d Ap p l i c a t i

3、 o n o f NC(Nu me r i c a l C o n t r o 1)Ma c h i n i n g S i mu l a t i o n S y s t e m P E N G J i a n-j u n ，G UO R u i f e n g ，Z H AN G S h i mi n ，S H A O Z h i x i a n g ，D I NG Wa n f u 0(Gr a d u a t e U n i v e r s i t yof C h in e s e Ac a d e m y o fS c i e n c e s，B e ij i n g1 0 0 0 3

4、 9，C h i n a)(S h e n y a n g I n s t i t u t e of C o m p u t i n g T e c h n o l o g y，C h i n e s e A c a d e m y ofS c i e n c e s，S h e n y a n g 1 1 0 1 7 1，C h i n a)(I n f o r m a t i o n S c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g C o l l e g e，Da l ia n P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t

5、 y，Da l i a n 1 1 6 0 3 4，C h i n a)A b s t r a c t：T h i s p a p e r i n o d u c e s t h e wh o l e d e s i g n o f n u me r i c a l c o n t r o l(N C)ma c h i n i n g s i mu l a t i o n，p r o p o s e s g r i d v o x e l t h r e e d i me n s i o n s mo d e l i n g me tho d，ge n e r a t i o n a l g

6、o r i t h m o f s we pt vo l u me，t h e r e a l i z a tio n o f t o ol c ut t ing wor kp i e c e dy na mi c s i mul a t i o n，an d pr e l i mi na r y s t u d y on c o l l i s i on d e t e c tio n Ba s e d on t h e s e me tho ds，ma c h i ni ng s i mu l a t i o n o f LT NC s ys t e m i s i mpl e me n

7、t e d，whic h c a n v e r i-f y the ma c h i n i n g p r o g r a m b e f o r e p r o c e s s i n g and mo n i t o r t o o l t r a j e c t o r y a n d c u t t i n g p r o c e s s o n p r o c e s s i n g r e a l t i me l y Ke y wo r d s：NC ma c hin i n g s i mu l a t i o n s y s tem；g r i d v o x e l；s

8、 we p t v o l u me；c o l l i s i o n d e t e c t i o n l 引 言 当今全球制造业竞争激烈，迫使制造商必须提高加工效 率 提高竞争水平最有效的方法是使用最先进的设备和加工 技术来提高加工效率和加工质量 五轴数控机床能够高速、有 效地加工复杂的几何体，完成多维高精度的加工 随着五轴数 控机床的倍受青睐，数控编程也更加复杂化，N C代码的错误 率也越来越高 J 一旦出错，将会带来巨大的损失 数控仿真系统能够减少甚至完全消除试切和人工验证的 过程 在新的数控加工程序进行实际加工前，程序员可采用数 控加工仿真系统在计算机上虚拟其加工环境、加工过程，

9、检测 出程序设计中的错误、可能出现的各种问题，比如过切、欠切 等现象，刀具的损坏，或加工出废的产品，零件与刀具、刀具与 夹具、刀具与工作台的干涉和碰撞 程序员甚至可以根据仿真 系统确认切削完成的加工产品和原设计意图是否吻合，进行 细节分析，尽可能保证程序在第一次投入正式的加工时就是 正确无误的 在实际加工时，数控加工仿真系统还可以对刀具 轨迹的执行、工件的切削过程等进行实时监控 J 本文提出了格栅 v o x e l 实体建模方法，基于此方法实现 了蓝天数控系统的三维实体仿真系统 蓝天数控系统是嵌入 式系统，它的硬件资源有限，要求具有实时性 五轴数控系统 不同于三轴数控系统，刀轴的方向是不断变

10、换的 格栅 v o x e l 实体建模方法具有简单的数据结构，能表示复杂的几何物体，具有快速更新和占用较少内存空间等特点，适用于五轴数控 加工仿真系统 本文阐述了五轴数控系统刀具扫描体的几何 计算方法，基于格栅 v o x e l 实体建模方法和刀具扫描体的几 何计算，实现了碰撞检测和加工过程的动态显示，将复杂的三 维不规则几何体计算转换为规则几何体间的计算，加快仿真 速度，实现仿真的真实性 2数控加工仿真系统的设计 2 1 整体 结构 基于蓝天数控系统，解释器读取工件程序进行词法分析、语法分析等检查工作，提取数控程序中加工工艺信息和刀具 信息 数控加工仿真系统对工件、刀具等物体建立初始实体

11、模 型，根据系统各组成部件的位置信息和几何信息，形成加工环 境的三维实体显示，通过 NML(N e u t r al Me s s a g e L a n g u a g e)通 道获得刀具轨迹的刀位点信息，计算刀具扫描体的几何体 刀 具沿刀位点移动，检测刀具在运动过程中是否与工件之间发 收稿 日期：2 0 0 9-0 7-0 9 基金项 目：中科 院知识创新工程项 目(KG C X2 一 Y、一 1 1 9)资助作者简介：彭健钧，女，1 9 7 8年生，博士研究 生，讲师，研究方向为数控技术；郭锐锋，男，1 9 6 8 年生，博士生导师，研究员，研究方向为数控技术与实时系统；张世民，男，1

12、9 8 5年生，硕士研究生，研究方 向为数控技术；绍志香，女，1 9 8 1 年生，博士研究生，研究方向为数控技术与实时系统；丁万夫，男，1 9 8 2 年生，博士研究生，研究方向为实时调度 算法 6期 彭健钧 等：数控加工仿真系统的研究与应用 1 2 4 l 生了碰撞，判断工件程序的正确性 工件实体不断与刀具扫描 体进行布尔差运算，仿真系统对工件实体加工过程进行动态 显示 数控加工仿真系统的整体设计如图 1 所示 2 2 数据传输 蓝天数控系统的设计基于 R C S(R e a l T i me C o n t r o l S y s t e rn)方法，加工仿 真部分和任务协调 部 分 是

13、 独 立 的 R C S模块，它们之 间的通信就是通过 标准 的通信 语 言 N M L实现的 加工 仿真系统与任务控 制器系统的通信是 通过共享缓冲区实 图 1 数控加工仿真系统整体设计图 现 的，基 于 N ML F i g 1 w h o l e d e s i g n o f N C 消息机制，总体上 ma c h i n i n g s i mu l a ti O il 分为命令、状态和错误三种消息，即从三维实体仿真模块发出 的控制命令信息，以及任务控制器返回的所有状态信息和错 误信息 在数控加工仿真系统初始化的时候，命令、状态、错误 三个信道都将依据 系统的 N ML通信配置文件进

14、行初始化，创建一段连续的，可被任务部分共享的缓冲区，通过对缓冲区 的全局变量进行读写就可以轻松地实现两者之间的通信 成 功地读操作检索到的刚好是由写操作发送数据 在数控仿真 系统退出时N ML通道关闭 3 格栅 v o x e l 实体建模方法 三维实体建模方法是材料去除动态仿真和碰撞检测算法 的基础，直接影响材料去除动态仿真的速度和碰撞检测算法 的性能 三维实体建模是整个数控加工仿真系统最关键部分 实体建模方法包括直接实体建模方法和空间分割法，格 栅 v o x e l 表示法属于空间分割法，是对物体的三维实体建模 方法M 5 采用格栅 v o x e l 实体模型对工件、刀具和机床部件 等

15、进行实体建模，将物体的形状及其属性，例如颜色、材质、精 度等，存储在计算机内形成物体的三维几何模型 该模型为数 控加工仿真提供几何信息、拓扑信息和加工信息 数控加工仿真系统三维实体建模过程是对工件、刀具等 物体首先用边界表示法构建几何模型，通过体、面、边、顶点的 层次结构记录物体的几何信息和拓扑结构 J 再将物体已有 的边界表示模型转换为格栅 v o x e l 实体模型 求交运算、碰撞 检测算法都是依据格栅 v o x e l 实体模型完成 格栅 v o x e l 实体模型描述如下 任一物体，把它放入一个 适合其外形的长方体包络盒中，根据该长方体包络盒建立格 子坐标系，格子坐标系的坐标轴由

16、世界坐标系的相应轴平移 得到(见 图 2)从 X轴的负方向看，长方体包络盒的第一个面定义为 x 面，类似定义 Y面和 Z面 将 x、Y和 z面细分成一定数量的 正方形网格 处于 x、Y、z三个面内的网格定义为格子 x面、Y面 和 Z面 即为格子平 面 从每个格子的中心点引发条射线，该射线与格子垂直 的坐标轴平行，方向与坐标轴的正方向相同 格子射线会与物 体相交，或者不相交 一般来说，格子射线与物体相交必定有 偶数个交点 如果物体形状简单，格子射线会穿过物体，和物 体相交于两个交点，一个人点，一个出点，合称为交点对 每个 交点的法向量可由物体的边界表示模型确定 如果物体相对 复杂，格子射线可能穿

17、过物体多次，形成多了交点对 多个交 点形成交点对链表结构 如果射线和物体有奇数个交点，把落 单的交点复制，形成交点对(a)格子坐标系(b)Z面射线、交点对和面片 图2 格栅 v o x e l 实体模型示意图 Fi g 2 s c h e ma tic d i a g r a m o f gr i d vo xe l mo de l i n g 对与物体相交的格子射线，把相应格子沿格子射线方向 平行地复制到物体的每个交点处，格子的复制品定义为面片 物体的表面就是由这些面片逼近而形成的 数控仿真系统中 的消影、投影、光栅化、颜色值计算等都是基于面片完成的 面片的法向量定义为正面和背面，只有面片的

18、正面才可 见 入点对应的面片的正面由相应格子射线的负方向指出 出 点对应的面片的正面由相应格子射线的正方向指出 面片是格栅 v o x e l 实体模型的核心，由格子平面引出射 线，射线与物体相交得到交点对，在交点对处复制格子形成面 片，格栅 v o x e l 实体模型就是记录这些面片相对于格子坐标 系的位置，由面片构成物体 只要格子的边长取值适 当，就可 以精确的描述物体的任何局部 格栅 v o x e l 实体模型数据结 构简单，占用较少的内存资源 4 刀具扫描体 三轴数控机床刀具的运动只有平移，而五轴数控机床刀 具的运动除了平移还有两个 自由度的转载，也就是说刀具在 做平移运动的同时会

19、有旋转，生成的刀具扫描体也会有 自交 的可能 在数控加工仿真中，材料去除过程是通过工件与刀具 扫描体做布尔减运算实现的，刀具扫描体生成算法的优劣将 直接影响数控加工仿真精度 4 1 刀具包络 面临界线 在数控加工中，根据刀位点文件，刀具从起点到终点经过 的空间叫做刀具扫描体，而刀具扫描体的表面称为刀具包络 面 刀具包络面由三部分构成：刀具在起始位置的边界曲面、刀 具在运动过程中形成的曲面和刀具在终止位置的边界曲面 刀具刀位点数据是通过 NML通道获取的，采用0 1 m的 时间间隔采样 这样一条 NC程序生成的刀具包络面被离散 囱 一 一 一 一 一一一 I 圜 1 2 4 2 小型微型计算机系

20、统 2 0 1 0拄 为若干相邻采样点临界线间构成的空间体求解问题，在较短 的时间采样点，就避免了刀具 自交的情况 再利用构造法，将 三维复杂几何体问题转换为三维规则几何体和二维规则几何 平面的计算 该方法改善了计算机的执行效率，能进行五轴数 控加工刀具扫描体的构造 4 2 临界线的算法 求刀具扫描体的关键就是计算刀具包络面临界线 J 临界线上的任意一点 P满足等式：(P)-V(P)=0 其中 N(P)是 P的表面法向量，V(P)是 P的速度矢量 也就是说，点 P的表面法向量和速度矢量的方向是垂直的 如 图 4所示 图 3 球头 刀 Fi g 3 b a l l e n d t o ol 图4

21、临界线 F i g 4 t h e c fifi c c h i v e 球头刀是高速多轴的数控加工中最常用的 球头刀的刀 柄是圆柱体，刀头是半球体 图 3给出了球头刀的几何参数 在实现的数控加工仿真系统中，分别求刀具的刀柄和刀头形 成的扫描体，为加工过程的碰撞检查和刀具切削工件过程的 动态仿真做好必要准备 假设 V=(V ，V ，V：)是刀具运动的法向量 对于刀具的 刀头部分，球体的表面如下定义 f，凰 i n 0 c o s+1 S=S(，)=l R s in 0 s in 4,f(I)t,R c o s 0 1 R是球体半径，0 E(0，0 0)，(0，2 仃)N(P)V(P)=s i

22、n 0 c o s 4,+v,R s i n O s i n 4,+尺。s i n 0 c o s 0 (2)4,=-arcsin(南 伽 秒 c 志 ctg O)-arc ty (3)S=S(咖)：l R s in 4,(R c o s 4,(4)日 H是刀具轴 向的刀柄的高度，R是圆柱体 的半径，(0，2 7 r)N(P)V(P)=c o s+v s in4,=0 (5)4,=a rc培(一 专)a 咖=仃+rctg(专)cr专 。(6)称为临界角，由临界角确定临界线，在较短的时间采用 点 刀具扫描体 的包 络面可 以看 作是临界线 的i 车 接线 包络形 成的表面 相邻的临界线间的关系有

23、三种，只有平移，只有旋转和既 有平移又有旋转 J 对于既有平移又有旋转的情况，再进行 离散，转换为只有平移和旋转的计算(见图5)这样复杂的不规则的刀具扫描体的求解问题就转换为圆 柱体、半球、二维平面等规则几何体的计算+态仿真实际上就是刀具 图5 刀具扫描体的离散求解 在沿刀具轨迹移动过程 F i g 5 d i s c r e t i z a t i o n 中，工件实体模型与刀 o f w。P t 。l u me 具扫描体不断进行布尔 差运算的结果 不断更新工件的三维实体模型数据，数据修改 后，利用相关的图形库，实现工件的刷新显示 5 1 动态仿真的算法设计 格栅 v o x e l 实体模

24、型中面片的数据结构如下 s t r u c t g m int ing r e s s；i n t e gre s s；v e c t o r v i；Ve C t of re；s t r uc t g r i d ne xt；ing r e s s 表示人点的坐标，e g r e s s 表示出点的坐标，也就是 说 i n g r e s s 和 e g r e s s 表示交点到相应格子平面的距离 ing r e s s 和 e g r e s s 的连接线表示物体的内部 i n g r e s s 的值始终小于 e g r e s s 的值，把入口端称为物体的底端，出口端称为物体的顶 端

25、 v i 和 v e 表示交点对应面片的法向方向 n e x t 表示射线对 应的下一个交点对 物体的绘制就是通过面片来完成的 物体的描述中关键 的数据是三个格子平面的链表 s t r u c t g r i d g r i d f a c e X ；s t r u c t g r i d g r i d f a c e Y ；s t mc t g r i d g fi d f a c e Z ；g r i d f a c e X i J 表示从 x格子平面位置为(i，j)的格子 发出的射线穿过物体，与物体相交形成的交点对链表和面片 信息 g r i d f a c e X 、g r i d

26、f a c e X 、g r i d f a c e X 分别表 示从格子坐标系的 x、Y、Z三个格子平面发出的所有射线与 物体形成的交点对和面子的信息 刀具扫描体分成两个部分，刀柄部分与工件进行碰撞检 测，刀头部分与工件进行求交运算，更新工件的三维实体模 型，形成刀具切削工件的动态仿真 刀头切削工件的动态仿真部分计算的前提是刀头扫描体 的包络盒与工件的包络盒的格子边长值必须相同，格子坐标 系的相应坐标轴必须平行且方向相同 首先要确定相交的区 域，利用刀头和工件的长方体包络盒，缩减相交区域，快速找 忸真 旗 一 6期 彭健钧 等：数控加工仿真系统的研究与应用 1 2 4 3 到加工工件与刀具扫

27、描体的重叠部分 以刀头切削工件一次求交的过程为例，说明根据切削位 置的不同，工件实体模型的更新变化 1 首先计算刀头扫描体包络盒与工件包络盒对应的三 个轴坐标值相差是否是格子边长值的整数倍 如果不是，将其 调整满足相差整数倍的条件 2 判断刀具的包络盒与工件的包络盒是否相交 3 如果刀具的包络盒与工件的包络盒的不相交，刀具不 切削工件，工件的格栅 v o x e l 实体模型不需要更新 4 如果刀具的包络盒与工件的包络盒的相交，那么根据 各 自的包络盒，确定刀头扫描体和工件的相交包络盒 相交包 络盒、刀具的包络盒与工件的包络盒的格子射线必定在同一 条直线上，射线与物体相交形成交点对链表 入点面

28、片、出点 面片和两点面片位置的连线就构成了物体的三维实体内部 根据刀具切削工件位置的不同，工件格栅 v o x e l 实体模 型的更新具有以下几种情况，见图 6 囤 需 团 (d 全 部 切 削 掉 图6 切削工件实体模型更新示意图 F i g 6 t h e u p d a t e o f t h e wo r k p i e c e g r i d v o x e l mo d e l i n g (a)实体模型的顶部被刀具切削(b)实体模型的底部被刀具切削 (c)实体模型的中间部分被刀具切削，格栅 v o x e l 实体模 型被一分为二，形成两个新的交点对(d)实体模型被刀具完全切削

29、 口 图7 仿真效果图 F i g 7 s i mul a t i o n i ma g e 对于(a)和(b)两种情况，直接修改交点对的信息；对于(C)情况，先删除格子链表内的交点对信息，然后在链表 内的 删除点处插入新增的交点对信息；情况(d)，直接删除交点对 数据 5 2实现 利用以上格栅 v o x e l 实体模型和动态切削算法，实现 了 基于蓝天数控系统的三维实体加工仿真系统 蓝天数控系统 采用 R E D HA T L i n u x 7 0操作系统，主频 6 5 0 MB Hz C P U，2 5 6 M 内存和 3 2 M 的显卡 三维实体仿真系统采用 C+语 言编写，图形渲

30、染等组件采用自行开发的图形库 假设稳定后队列 中缓存的刀位点数据的个数为 6，一次 绘制的平均时间为 7 0 0毫秒，一次切削运算的均平均时间为 1 0毫秒，结果 毛坯面片数 1 3 9 8 5 6，刀具面 片数 3 5 3 7，产生 2 0 0 x 2 0 0分辨率图像 采用格栅 v o x e l 实体模型可表示表面复杂的物体，根据 格子边长的不同，可以调整物体的显示效果 切削算法简单，几乎没有浮点运算，计算速度快 6 碰撞检测 在五轴数控机床中有两个附加的旋转轴，五轴数控加工 比三轴数控加工更有优势，比五轴数控机床的刀具所能到达 的范围更广，具有更快 的材料切削率、可减少加工时间，提高

31、表面精度等 然而，由于两个附加的 自由度，在五轴数控加工 中碰撞更容易发生 加工过程中一旦发生碰撞，轻则损坏刀具 与工件，重则损坏工作台面，损坏主轴，造成机床损伤 在五轴数控加工中，碰撞问题可以归结为两类；局部碰撞 和全局碰撞 局部碰撞或局部欠切指的是刀具边缘和工件在相 邻的刀具接触点处的干涉 全局碰撞指的是刀具和工件之间，工件和接触零件之间，或是运动机床零件之间的意外接触 五轴数控加工仿真系统碰撞检测算法复杂，计算量大，消 耗资源多，考虑到由于蓝天数控机床的硬件资源有限，所以采 用 AC I S+Ho o p s 图形库在 P C上实现五轴数控三维实体加工 仿真的原型系统 6 1 碰撞检测算

32、法 机床包括许多的部件，但不同的部件问碰撞检测算法相 似，本系统中以刀具、工件和夹具为主要研究对象，检测它们 可能发生的全局碰撞 碰撞检测算法描述如下，参见图8 图8 碰撞检测流程图 F i g 8 t h e fl o w d i a g r a m o ft h e c o l l i s i o n d e t e c t i o n 1 根据从 N ML通道读取的刀位点信息，分别求解刀头 扫描体的格栅 v o x e l 模型和刀柄扫描体的格栅 v o x e l 模型 刀 柄扫描体用于检测刀具和工件、夹具是否发生全局碰撞，刀头 扫描体用于与工件间的求交运算 2 v o x e l 模

33、型中一个特征属性就是长方体包络盒，利用包 络盒先进行粗略判断 如果包络盒不相交，包围在包络盒内部 的物体必然不相交，此时仅更新物体包络盒的位置数据信息，小型微型计算机系统 2 0 1 0拄 其他信息不变，为下一个刀位点扫描体的生成、碰撞检测做准 备 利用粗略判断可以加快检测的速度 3 如果物体的包络盒有相交的部分，必须继续做精确判 断 直接利用物体 v o x e l 模型中交点对和面片的数据信息进 行精确判断 对于格子坐标系中 x面、Y面和 z面的每一条 格子射线进行检测 判断同一条格子射线与不同物件线相交 形成的交点对处面片的连接线是否有重叠部分 如果有重叠 就发生碰撞；如果对于每一条格子

34、射线都没有重叠部分，物件 就不发生碰撞 图 9 碰撞检测效果图 Fi g 9 c ol l i s i o n de c ti on i m a ge 4 一旦发生碰撞，系统停止读取数据，报告错误信息和 发生碰撞的精确位置 如果不发生碰撞，系统继续进行刀头与 工件之间的求交运算 6 2 ACI S和 HOOP S A C I S是美 国 S p a t i a l T e c h n o l o g y公司于 1 9 8 9年推出的 3 D几何造型引擎，它集线框、曲面和实体造型于一体，并允许 这三种表示共存于统一的数据结构中，为各种 3 D造型应用 的开发提供几何造型平台 A C I S的每个

35、组件都包括 A C I S 类、A P I(a p p l i c a ti o n p r o c e d u r a l i n t e r f a c e)函数和 D I(d i r e c t i n-t e ff a c e)函数 A C I S类可以描述实体模型的几何、拓扑和物理 属性信息，从而可以方便的定义实体模型的数据结构 A C I S 提供的 A P I 函数，作为 A C I S和用户程序的接口，在用户程序 开发中十分重要，它几乎封装了所有实体模型数据的重要操 作，包括创建几何模型、修改模型属性和提取模型信息 D I函 数作用和A P I 函数相似，但是由于在不同版本中D

36、 I 函数功能 的不稳定性，因此，开发时尽量不采用 D I函数，而是使 用 A C I S类和 A P I函数 HO O P S组件是建立在 O p e n G L、D i r e c t 3 D等图形编程接 口之上的更高级别的应用程序框架，由美国T S A公司开发并 由T S A和 S p a t i a l 公司负责发布和提供技术支持 H OO P S是 一个功能强大的图形浏览平台，不仅为软件开发人员提供了 强大的图形功能，如高质量的模型显示、便捷的人机交互、包 括 Op e n GL和Dir e c t 3 D在内的多种渲染管道 的支持、高级渲 染、2 D图形的矢量化输出、动画、动态干涉

37、检查以及图形数据 流化处理等，H O O P S中还内嵌了多边形优化和大模型处理等 技术，能够提高3 D可视化的性能 6 3 实现 基于 Mi c r o s o ft Win d o w s X P操作 系统，1 6 6 G H z的 C P U，2 0 G的内存和高端显卡，采用 V i s u a l S t u d i o 2 0 0 5集成 开发环境，AC I S+H o o p s 图形库，现实了五轴数控加工仿真验 证系统 在系统中，对不断运动的部件，在加工过程中一边显 示加工过程，一边进行碰撞干涉检测 能够迅速确定干涉碰撞 发生的位置和时间，并报告产生碰撞时相应的NC程序 算法 能

38、够节省系统的检测时间，满足了仿真系统检测过程的“实 时性”和“快速检测”的要求 7 小结 本文中提到的各种算法已经应用在蓝天数控系统上，实 现了较好的性能和仿真效果 基于格栅 v o x e l 模型的动态仿 真算法，三维实体模型更新速度快 刀具扫描体的计算方法将 复杂几何体转换为相对简单几何体间的计算 今后的开发工 作中，在对碰撞检测进行了初步研究的基础上，结合运动学研 究机床各部件间的运动关系，建立完整的五轴联动数控加工 仿真验证系统 Re f e r e n c e s：IHo u Z X，Kr a u s e F L，Ya h F X，e t a1 A n e w c o mp r e

39、 s s e d v o x e l-b a s e d me tho d f o r s we pt v o l u me mo d e li n g o f d r u m c u t t e r a n d i t s印 一 p l i c a t i o n C P r o c e e d i n g s o f C o m p u t e r-A i d e d I n d u s tr i a l D e s i g n an d Co n c e p t u al De s i g n，2 0 0 6：1-5 2 P a u l o H S U Wa n t a i Y R e

40、a l t i m e 3 D s i m u l a t i o n o f 3 一 a x i s m i ll i n g U s i n g i s o m e c p r o j e c ti o n J C o m p u t er A i d e d D e s ig n，1 9 9 3，2 5 (4)：2 1 5-2 2 4 3 Wa n g W P，Wa n g K K，E l ect r i c G G e o m e m c m o d e li n g f o r s w e p t v o l u m e o f m o v i n g s o l i d s J C

41、 o m p u t e r G r a p hi c s and A p p l i c a ti o n s，1 9 8 6，6(1 2)：8 1 7 4J a n g D，K i m K，J u n g J Vo x e l b a s ed v ir t u al mu l ti a x i s ma c h i n i n g J T h e I n te rna t i o n al J o u r n al o f A d v anc e dManu c t t t r i n gT ech n o l o g y，2 0 0 0，1 6(1 O)：7 0 9-7 1 3 5 Z

42、 h u W V i r t u al s c u l p ti n g a n d p o l y h e d r al m a c h i ni n g p l ann i n g s y s te m wi t hh a p ti eint e rfa c e D N o r t hC a r o l i n a S t a t eU niv e r s i t y，2 0 0 3 6 Z h u H，Me n q C H B r e p m o d e l s i m p li fi c a ti o n b y a u t o m a ti c fi l l e t r o u n

43、d s u p p r e s s i n g f o r e ffic i e n t a u t o m a ti c f e a tu r e r e c o gni ti o n J C o mp u t e r Aid e d De s i g n，2 0 0 2，3 4(2)：1 0 9 1 2 3 7 We i n e r t K，D u S，D a m m P，e t a1 S w e p t v o l u m e g e n e r a ti o n fo r th e s i m u l a ti o n o f m a c h i ni n g p ro c e s s

44、 e s J I n t e r n a ti o n al J o u rn al o f Ma-c h i n e T o o l s and Manu f a c t u r e，2 0 0 4，4 4(6)：6 1 7-6 2 8 8R o s s i g n a c J，K i m J J，S o n g S C，S u h K C，e t a1 B o und a r y o f the v o l u m e s w e p t b y a f r e e-fo r m s o l i d i n s c r e w m o ti o n J C o m p u t e r Ai

45、d e d De s i gn，2 0 0 7，3 9(9)：7 4 5-7 5 5 9 Z h u W，L e e Y S D e x e l-b a s ed fo r c e t o r q u e re n d e ri n g a n d v o l u m e u p d a ti n g f o r 5-DOF h a p fi c p r o d u c t p rot o t y p i n g a n d v i r t u al seu l p ri n g J C o m p u t e r s i n I n d u s t r y，2 o o 4，5 5(2)：1

46、2 5 1 4 5 1 0 Y u k s e k K，We i h an Z，R i d z al s k i B I，A n e w c o n t o u r r e c o n s t r u c ti o n a p p roa c h f r o m d e x e l dat a蕊v i r t u al s c u l p ti n g C P r o c e e d i n g s o f G e o me t r i c Mo d e fi n g and I m a#n g，2 0 0 8：8 2 8 6 1 1 T ang TD，B o h e z EL J，K o o

47、 m s a p P T h e s w e e p p l ane a l g o r i t h mfo r g l o b al c o l l i s i o n d e t e c t i o n wi t h wo r k p i eo e g eo me t r y u p d a t e for fiv e a x i s N C m a c hi ni n g J C o m p u t e r A i d ed D e s i gn，2 0 0 7，3 9(1 1)：1 0 1 2 1 02 4 1 2 J o n a th a n c o me y and th e o d o re li m 3 D m o d e fi n g w i th A C I S M S a x e Co bu r g P u b l i c 撕 o n P r e s s 2 0 0 2