Геометрическое моделирование технологического процесса фрезерной обработки на станках с ЧПУ

• Автор: Емелин, Алексей Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 132 с. : ил.

Ф Глава 1. Модели и методы в моделировании технологического процесса

фрезерования. Литературный обзор

1.1. Общий взгляд на моделирование технологических процессов в машиностроении

1.2. Существующие модели симуляции удаления материала

1.3. Математические модели, используемые для определения объёма, заметаемого движущимся телом

1.3.1. Дифференциальное уравнение заметания и его расширение

1.3.2. Методы, использующие параметрическое и неявное представление

щ 1.3.3. Идентификация и отсечение внутренних объектов

1.3.4. Приближённые методы построения заметаемого объёма

1.4. Представление объёмной геометрии

1.4.1. Модели представления геометрии

1.4.2. Традиционные методы формирования математических моделей твёрдых тел
1.5. Постановка задачи исследования
Глава 2. Построение тела, заметаемого инструментом
на участке траектории УП
щ 2.1. Основные положения в задаче определения поверхности,

заметаемой инструментом
2.2. Построение аналитической поверхности, образованной в ходе
движения инструмента
2.2.1. Построение поверхности, заметаемой
коническим инструментом

2.2.2. Построение поверхности, заметаемой
сферическим инструментом
2.2.3. Построение заметаемой поверхности в общем случае
2.3. Построение заметаемого объёма на одном участке траектории
^ Глава 3. Построение результатов обработки
для последовательности кадров
3.1. Общий взгляд на возможность построения
3.2. Формирование динамического ВБР-дерева
3.3. Критерий построения непротиворечивого ВБР-дерева
3.4. Уточнение
3.5. Булевы операции
3.5.1. Объединение деревьев
3.5.2. Двоичное разбиение ВБР-дерева
3.5.3. Реализация булевой операции в вершинах дерева
Глава 4. Практические результаты

4.1. Программные модули симуляции фрезерной
обработки на станках с ЧПУ
4.2. Оценка возможностей предложенного метода
4.2.1. Оценки скоростей выполнения разных этапов моделирования
4.2.2. Оценка возможностей булевых операций
Заключение
Приложение 1 Перечень сокращений, принятых в тексте
Приложение 2 Документы об использовании результатов работы
Приложение 3 Вид системы, выполняющей симуляцию и
верификацию УП для станков с ЧПУ
Библиографический список

В различных отраслях промышленности применяется обработка со снятием материала (обработка резанием). Одним из основных видов этой обработки является фрезерная обработка [4], которая по своим возможностям позволяет получать детали достаточно сложной формы.
В силу своей универсальности развитие фрезерной обработки привело к появлению фрезерных станков с числовым программным управлением (ЧПУ), а в настоящее время подобные станки используются, пожалуй, на каждом крупном машиностроительном и других предприятиях.
Однако, несмотря на широкое распространение подобного класса оборудования, остаётся сложным вопрос качественного управления этими станками, в первую очередь из-за сложностей, вызванных оценкой правильности разрабатываемой управляющей программы (УП) без её выполнения непосредственно на станке.
Для решения этой проблемы ведутся разработки моделей и методов моделирования процесса фрезерной обработки [4], каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки. Основным инструментом для реализации этого моделирования является компьютерная техника.
В основе всех методов геометрического моделирования и имитирования фрезерной обработки лежит задача определения объёма, удаляемого инструментом в ходе обработки [37, 38, 79, 53, 83, 84]. Выделяют два главных подхода в решении указанной задачи: методы, использующие точный аналитический подход и приближённые методы.
В целом, для аналитических методов, таких как: методы, основанные на конструктивной объемной схеме представления геометрии (СОБ) [65], методы, определяющие точное представление границ заметаемого объёма [82, 88, 63, 94, 44, 56], методы, использующие П-функции [80] и др. свойственны большие временные затраты и дополнительные требования к вычислительным ресурсам компьютера.

Для определения задней поверхности будут использоваться точки
* * * *
Г ’ Г2 1ГЪ ’ Г4 > которые в случае перемещения инструмента по отрезку прямой
будут получены при смещении на вектор перемещения соответствующих то-
* * * *
чек , г2, г3) Г4. Задняя поверхность будет образована дугами >] г2 , г, г4 и
образующими конуса гх г3 и г2 г4 . Построение этой поверхности можно произвести по формулам, аналогичным (2.3).
Боковая поверхность, заметаемая конусным инструментом, будет состоять из двух плоскостей, образованных точками г2, г3, г4 и
* * * * б ,г2 >гг ’г4 соответственно.
Результат построения приведён на рис. 2.6.
Рис 2.6. Пример построенной поверхности для случая конуса
2.2.2. Построение поверхности, заметаемой сферическим инструментом
Построение поверхности, заметаемой сферическим инструментом, будет производиться с учётом того, что сферическая часть инструмента усечена плоскостью, проходящей через центр сферы. Случаи, отличающиеся от приведённого (сечение сферы другой плоскостью, или несколькими), относятся к