基于光线跟踪法的多轴铣削加工仿真研究

摘要/Abstract

摘要： 在数控加工中，对数控代码进行集成的几何仿真和物理仿真，可以快速检验加工代码的正确性并对加工参数进行优化。运用光线跟踪法研究了多轴数控铣削加工的几何仿真和物理仿真问题，运用解析法对工件和刀具扫描体进行求交离散，依据数控代码提取刀位信息并计算刀具扫描体。工件与扫描体的布尔减运算，一方面可获得每一步切削结果并进行实时的立体显示，另一方面可依据材料切削速率模型实时计算切削力。

关键词: 光线跟踪, 铣削仿真, 数控加工, 虚拟设计, 虚拟制造, 人机交互

Abstract: In NC machining process, the geometric and physical simulation of NC codes can quickly verify the correctness of the codes and help optimize the selection of key parameters. Raycasting method is adopted to develop a fast and accurate multi-axis milling simulation system. Workpiece and swept volume are both discretized by analytically intersecting with a set of rays. Swept volume is calculated based on the cutter location information derived from the NC codes. Boolean operation is performed to update the workpiece and display the stereo image in a real time manner. Meanwhile, the mean cutting force is also calculated based on material removal rate (MRR) model in this operation.

Key words: raycasting, milling simulation, NC machining, virtual design, virtual manufacturing, human-computerinteraction

中图分类号:

TP391.9

张伟，张为涵，林亨，张智聪. 基于光线跟踪法的多轴铣削加工仿真研究[J]. .

ZHANG Wei，ZHANG Wei-han，LIN Heng，ZHANG Zhi-cong. Multi-axis Milling Simulation Based on Raycasting Method[J]. .

参考文献

［1］BLACKMORE D，LEU M C，WANG L P. The sweep-envelope differential equation algorithm and its application to NC machining verification[J]. Computer-Aided Design, 1997,29 (9):629-637.

[2]ZHOU Chunxiao, ZHOU Yunfei, ZHOU Yanhong. Geometric modeling for swept volume in verification of five-axis NC programs[J]. China Mechanical Engineering, 2000, 11 (3): 298-299(in Chinese).[周春晓，周云飞，周艳红.多轴NC加工仿真中的刀具扫描体计算[J].中国机械工程，2000，11(3):298-299.]

[3]LUO Kun. Algorithms for NC machining verification [J]. Journal of Computer-Aided Design & Computer Graphics, 2000, 12 (3): 203-206(in Chinese).[罗堃.在微机上实现数控铣床加工仿真[J].计算机辅助设计与图形学报，2000，12 (3)：203-206.]

[4]ZHANG Zhihai, ZHENG Li, LI Zhizhong, ZHANG Bopeng. Numerical model to predict milling forces for a wavy-edge milling cutter [J]. Journal of Tsinghua University, 2002, 42 (6): 766-768(in Chinese).[张智海，郑力，李志忠，张伯鹏.波形刃铣刀铣削力的预报数值模型[J].清华大学学报，2002，42 (6):766-768.]

[5]NI Qimin, Li Congxin, RUAN Xueyu. Cutting forces simulation of ball-end milling based on solid modeling [J]. Journal of Shanghai Jiaotong University, 2001, 35 (7):1003-1007(in Chinese).[倪其民，李从心，阮雪榆.基于实体造型的球头铣刀三维铣削力仿真[J].上海交通大学学报，2001，35 (7):1003-1007.]

[6]WANG Fei, ZHANG Wei，LIN Heng. Algorithm and graphics system study on interactive virtual design and simultaneous manufacturing[J]. Machinery Design& Manufacture, 2002,1(2):14-16(in Chinese).[王飞，张伟，林亨.交互式虚拟设计与同步制造技术算法与图形系统研究[J]. 机械设计与制造，2002，1 (2):14-16.]

[1]	李浩,刘根,文笑雨,王昊琪,张玉彦,李客,马文锋,孙春亚,罗国富,黄荣杰. 面向人机交互的数字孪生系统工业安全控制体系与关键技术[J]. 计算机集成制造系统, 2021, 27(2): 374-389.
[2]	张杰,方钰,逄嘉振,季宝宁. 基于飞行操作流程的虚拟现实驾驶舱操纵设备布置评估[J]. 计算机集成制造系统, 2020, 26(第3): 655-663.
[3]	吴继春,王笑江,周会成,方海国. 双转台五轴数控机床的非线性误差补偿[J]. 计算机集成制造系统, 2020, 26(5期): 1185-1190.
[4]	彭先龙,韩飞燕,乔心州,王星,寇发荣. 斜齿面齿轮传动齿面主动修形与边缘接触分析[J]. 计算机集成制造系统, 2020, 26(11): 3040-3048.
[5]	谭征宇,戴宁一,张瑞佛,戴柯颖. 智能网联汽车人机交互研究现状及展望[J]. 计算机集成制造系统, 2020, 26(10): 2615-2632.
[6]	马超民,赵丹华,辛灏. 基于用户体验的智能装备人机交互界面设计[J]. 计算机集成制造系统, 2020, 26(10): 2650-2660.
[7]	肖建新,张辉,李炳燃,李国林. 基于改进圆弧转接的直线段连续过渡算法[J]. 计算机集成制造系统, 2019, 25(第9): 2248-2255.
[8]	刘建康,郝尚华,王树华,富宏亚. 数据驱动的数控加工生产线实时监控与优化控制技术框架[J]. 计算机集成制造系统, 2019, 25(第8): 1875-1884.
[9]	李志明,田梦,王子璇,王晓妍,申利民. 超短脉冲激光器加工工艺参数自适应及其生效技术[J]. 计算机集成制造系统, 2019, 25(第8): 1927-1935.
[10]	潘航,解仑,刘靖,李雪,王志良,任福继. 面向孤独症辅助康复的交互机器人系统[J]. 计算机集成制造系统, 2019, 25(第3): 673-681.
[11]	徐彦伟,刘明明,陈立海,徐爱军,陈孟会,颉潭成. 中凸变椭圆活塞等体积切除率加工模型及仿真[J]. 计算机集成制造系统, 2019, 25(第10): 2623-2632.
[12]	眭东亮,解仑,李连鹏,汪世鹏,王志良. 一种冗余机械臂的耦合规划控制算法[J]. 计算机集成制造系统, 2019, 25(12): 3226-3234.
[13]	李军强,齐恒佳,张改萍,赵海文,郭士杰. 基于力信息的人机协调运动控制方法[J]. 计算机集成制造系统, 2018, 24(第8): 2005-2011.
[14]	柴青,仇晓黎,幸研. 基于螺旋升角的零背隙弧面凸轮非等径加工方法及误差研究[J]. 计算机集成制造系统, 2017, 23(第9期): 1869-1874.
[15]	程时伟,蔡红刚,曹斌. 基于群智感知服务的眼动数据众包计算[J]. 计算机集成制造系统, 2017, 23(第5期): 1103-1112.