Algoritmo de simulación en tiempo real del modelo de procesamiento de fresado CNC
1. Introducción
La realidad virtual, como nueva tecnología de alta tecnología, se ha utilizado ampliamente en muchos campos como la aviación, el aeroespacial y la fabricación. Una aplicación importante de esta tecnología es la simulación de algunos fenómenos en la industria manufacturera. El más típico es la simulación del proceso de mecanizado CNC. En la actualidad, la tecnología de simulación basada en el modelado de superficies y el modelado de sólidos se ha utilizado ampliamente en la simulación CNC, y también existen buenos algoritmos para la simulación del mecanizado de una cara de las fresadoras CNC de tres ejes.
Este documento propone un nuevo tipo de algoritmo de modificación en tiempo real del modelo sólido, que puede resolver el problema de realización del mecanizado multifacético de la fresadora CNC, y este algoritmo se ha aplicado bien en el software de simulación de mecanizado CNC. Este artículo desarrollará las ideas específicas del algoritmo de procesamiento multifacético y el procesamiento realista de gráficos, y dará una descripción gráfica específica.
2. Características del algoritmo de programación CNC y sus pasos de implementación:
2.1 Características del algoritmo de la programación CNC
Este método utiliza principalmente rejillas de matriz para construir la superficie de la pieza de trabajo procesada y muestra la forma del objeto procesado modificando oportunamente la profundidad del nodo que pasa por la fresa. Al mismo tiempo, este algoritmo también puede realizar fácilmente la aceleración, desaceleración y pausa de la fresa, así como el zoom y la rotación en tiempo real de la pieza de trabajo procesada, proporcionando a los usuarios diferentes ángulos de visión y métodos de observación.
Las principales características del algoritmo de modificación en tiempo real del modelo de entidad que propusimos son las siguientes:
1) La velocidad de modificación de la entidad no tiene nada que ver con la cantidad de códigos de procesamiento.
2) El proceso de cálculo es estable y confiable.
3) La visualización de los resultados de los cálculos de programación no tiene nada que ver con el método de observación y la dirección de la línea de visión. Puede hacer zoom, rotar y desplazarse en tiempo real durante o después de la modificación.
2.2 La definición de la estructura del algoritmo de programación
La fresadora CNC de tres ejes se mueve en los ejes X, Y y Z. El blanco procesado es generalmente un cuboide. En el proceso de simulación por computadora, elegimos la fresa de punta plana más utilizada. La superficie del blanco se representa como una cuadrícula de matriz m × n como se muestra en la Figura 1. Cada intersección se llama nodo. Para cada nodo, las coordenadas relativas del punto de la superficie superior son fijas y lo que cambia es su profundidad y el método de dibujo. En el proceso de simulación, la profundidad del nodo cambia constantemente para expresar la situación real del blanco que se está procesando. Aumente la densidad de la cuadrícula de la matriz aumentando myn, mejorando así la precisión de la simulación.
Primero use la lista vinculada relacionada para guardar el punto de caída de la cuchilla y sus atributos relacionados. Utilice una matriz bidimensional para registrar todos los puntos relevantes en cada superficie y la información de la lista vinculada correspondiente a cada punto. La lista vinculada se utiliza para almacenar todos los puntos procesados en el blanco en una línea recta perpendicular a la superficie con este punto como punto de partida. Los nodos de la lista vinculada registran las coordenadas de los puntos de procesamiento.
2.3 Pasos del algoritmo:
Paso 1: Inicializar, leer en el programa de CNC, los atributos de la pieza en bruto a procesar y la información relevante sobre la herramienta y el punto de caída de la herramienta, incluida la selección de la superficie a procesar.
Paso 2: Según la información de inicialización, ejecutar el algoritmo de toma de puntos, registrar aquellos puntos que han sido procesados y aquellos puntos que no han sido procesados, es decir, selección de nodo
En un cálculo por computadora, la fresa recorrió una distancia recta. Solo aquellos nodos en la superficie de la trayectoria deben considerar la modificación de su profundidad y llamar a estos puntos como puntos modificados. Si la superficie de mecanizado se selecciona como ZOY, la fresa de extremo plano recorre una línea recta y la proyección de su superficie de seguimiento en el plano X-Y es un área compuesta por un rectángulo y dos semicírculos. Para simplificar el cálculo, podemos mover el sistema de coordenadas como se muestra en la Figura 2:
Donde S es la proyección del punto inicial de la fresa en el plano ZY, E es la proyección del punto final de la fresa en el plano ZY, la distancia entre S y E es 2L y el origen es el punto medio de S y E. Para cualquier nodo P (y, z) que cumpla una de las siguientes condiciones, se convierte en un punto de modificación:
I. －R <= z <= R y －L <= y <= L
II.-R <= z <= R y | PS | <= R
III.-R <= z <= R y | PE | <= R
De manera similar, si elige procesar otras superficies, el método es similar, excepto que se cambian las coordenadas correspondientes.
Paso 3: modificar el cálculo de profundidad del punto
La superficie de la pista de la fresa de fondo plano tiene tal propiedad: Si la superficie de procesamiento seleccionada es XOY, el plano z = Z0 será una superficie con un radio de R (como se muestra en la Figura 3). Suponga que el ángulo entre SE y el plano X-Y es a, y el punto de modificación es P (x, y, z),
Entonces I. Si la distancia horizontal entre P y S es menor que R, la profundidad de P debería ser la misma que S.
II.Si la distancia horizontal entre P y S no es menor que R, entonces la profundidad Z de P se puede obtener mediante la ecuación | (P-S) - (Z-Zs) / sinan | = R.
De manera similar, si elige procesar otras superficies, el método es similar, excepto que se cambian las coordenadas correspondientes.
Paso 4: Conecte el intervalo procesado en cada fila y columna en la superficie de la pieza, y la profundidad máxima de procesamiento correspondiente en el intervalo, respectivamente, en forma de una lista vinculada por fila y una lista vinculada por columna. Y registre la profundidad máxima correspondiente al intervalo en la fila (o columna) en el nodo principal de la lista vinculada correspondiente.
Como se muestra en la Figura 4, para cualquier cara, la fila m: Suponiendo que en esta fila, la profundidad máxima entre datal y data2 es h1, la profundidad máxima entre data3 y data4 es h2, y h1> h2, se generará la siguiente lista enlazada:
La generación de la lista vinculada es dinámica y se modificará continuamente a medida que avanza el procesamiento. Luego, haga una tabla hash para cada superficie para registrar todos los puntos relevantes en cada superficie y la lista vinculada de la información del punto de profundidad correspondiente a cada punto.
Paso 5: Se realiza el dibujo de las piezas.
El proceso se divide en dos partes: la superficie exterior sin procesar de la parte de pintura y la superficie envolvente formada después de que se procesa la pintura. Cuando se procesan piezas, los puntos límite laterales de la superficie del sobre deben recopilarse continuamente. En este momento, se utiliza la información de la tabla hash correspondiente a cada cara. Al dibujar, de acuerdo con el procesamiento de diferentes superficies, las coordenadas deben convertirse para que aparezcan en el mismo espacio.
2.4 Procesamiento realista:
Las herramientas de implementación de este algoritmo son VC ++ 6.0 y OpenGL. La cuadrícula matricial simplemente construye la "estructura" del objeto. Si desea que los objetos sean realistas en la computadora, debe considerar el procesamiento de la luz. Para cada nodo, defina un vector normal para él. Al modificar el valor del vector normal mientras se modifica la profundidad del nodo, el procesamiento de luz se puede agregar a la simulación.
En el ejemplo descrito en la Figura 5, el tamaño del blanco es 300 mm × 300 mm × 200 mm y la cuadrícula de matriz es 256 × 256. Se utilizan dos fresas de punta plana con diferentes diámetros (diámetros: 14 mm y 6 mm). El resultado después de procesar los espacios en blanco de diferentes superficies.
3 Conclusión
En la simulación de mecanizado NC, además de los requisitos de precisión de la simulación, el proceso de mecanizado debe controlarse en todo momento. En el método de este artículo, cambiar la densidad de la cuadrícula de la matriz puede mejorar la precisión de la simulación Para necesidades generales, una cuadrícula de densidad de 512╳512 es suficiente. Dado que se utiliza una cuadrícula de matriz para representar la pieza de trabajo procesada, las operaciones de zoom y rotación de la pieza de trabajo se vuelven muy simples, lo cual es beneficioso para el usuario observarlo cuidadosamente. Este algoritmo se ha aplicado en la práctica y ha obtenido buenos resultados.
La realidad virtual, como nueva tecnología de alta tecnología, se ha utilizado ampliamente en muchos campos como la aviación, el aeroespacial y la fabricación. Una aplicación importante de esta tecnología es la simulación de algunos fenómenos en la industria manufacturera. El más típico es la simulación del proceso de mecanizado CNC. En la actualidad, la tecnología de simulación basada en el modelado de superficies y el modelado de sólidos se ha utilizado ampliamente en la simulación CNC, y también existen buenos algoritmos para la simulación del mecanizado de una cara de las fresadoras CNC de tres ejes.
Este documento propone un nuevo tipo de algoritmo de modificación en tiempo real del modelo sólido, que puede resolver el problema de realización del mecanizado multifacético de la fresadora CNC, y este algoritmo se ha aplicado bien en el software de simulación de mecanizado CNC. Este artículo desarrollará las ideas específicas del algoritmo de procesamiento multifacético y el procesamiento realista de gráficos, y dará una descripción gráfica específica.
2. Características del algoritmo de programación CNC y sus pasos de implementación:
2.1 Características del algoritmo de la programación CNC
Este método utiliza principalmente rejillas de matriz para construir la superficie de la pieza de trabajo procesada y muestra la forma del objeto procesado modificando oportunamente la profundidad del nodo que pasa por la fresa. Al mismo tiempo, este algoritmo también puede realizar fácilmente la aceleración, desaceleración y pausa de la fresa, así como el zoom y la rotación en tiempo real de la pieza de trabajo procesada, proporcionando a los usuarios diferentes ángulos de visión y métodos de observación.
Las principales características del algoritmo de modificación en tiempo real del modelo de entidad que propusimos son las siguientes:
1) La velocidad de modificación de la entidad no tiene nada que ver con la cantidad de códigos de procesamiento.
2) El proceso de cálculo es estable y confiable.
3) La visualización de los resultados de los cálculos de programación no tiene nada que ver con el método de observación y la dirección de la línea de visión. Puede hacer zoom, rotar y desplazarse en tiempo real durante o después de la modificación.
2.2 La definición de la estructura del algoritmo de programación
La fresadora CNC de tres ejes se mueve en los ejes X, Y y Z. El blanco procesado es generalmente un cuboide. En el proceso de simulación por computadora, elegimos la fresa de punta plana más utilizada. La superficie del blanco se representa como una cuadrícula de matriz m × n como se muestra en la Figura 1. Cada intersección se llama nodo. Para cada nodo, las coordenadas relativas del punto de la superficie superior son fijas y lo que cambia es su profundidad y el método de dibujo. En el proceso de simulación, la profundidad del nodo cambia constantemente para expresar la situación real del blanco que se está procesando. Aumente la densidad de la cuadrícula de la matriz aumentando myn, mejorando así la precisión de la simulación.
Primero use la lista vinculada relacionada para guardar el punto de caída de la cuchilla y sus atributos relacionados. Utilice una matriz bidimensional para registrar todos los puntos relevantes en cada superficie y la información de la lista vinculada correspondiente a cada punto. La lista vinculada se utiliza para almacenar todos los puntos procesados en el blanco en una línea recta perpendicular a la superficie con este punto como punto de partida. Los nodos de la lista vinculada registran las coordenadas de los puntos de procesamiento.
2.3 Pasos del algoritmo:
Paso 1: Inicializar, leer en el programa de CNC, los atributos de la pieza en bruto a procesar y la información relevante sobre la herramienta y el punto de caída de la herramienta, incluida la selección de la superficie a procesar.
Paso 2: Según la información de inicialización, ejecutar el algoritmo de toma de puntos, registrar aquellos puntos que han sido procesados y aquellos puntos que no han sido procesados, es decir, selección de nodo
En un cálculo por computadora, la fresa recorrió una distancia recta. Solo aquellos nodos en la superficie de la trayectoria deben considerar la modificación de su profundidad y llamar a estos puntos como puntos modificados. Si la superficie de mecanizado se selecciona como ZOY, la fresa de extremo plano recorre una línea recta y la proyección de su superficie de seguimiento en el plano X-Y es un área compuesta por un rectángulo y dos semicírculos. Para simplificar el cálculo, podemos mover el sistema de coordenadas como se muestra en la Figura 2:
Donde S es la proyección del punto inicial de la fresa en el plano ZY, E es la proyección del punto final de la fresa en el plano ZY, la distancia entre S y E es 2L y el origen es el punto medio de S y E. Para cualquier nodo P (y, z) que cumpla una de las siguientes condiciones, se convierte en un punto de modificación:
I. －R <= z <= R y －L <= y <= L
II.-R <= z <= R y | PS | <= R
III.-R <= z <= R y | PE | <= R
De manera similar, si elige procesar otras superficies, el método es similar, excepto que se cambian las coordenadas correspondientes.
Paso 3: modificar el cálculo de profundidad del punto
La superficie de la pista de la fresa de fondo plano tiene tal propiedad: Si la superficie de procesamiento seleccionada es XOY, el plano z = Z0 será una superficie con un radio de R (como se muestra en la Figura 3). Suponga que el ángulo entre SE y el plano X-Y es a, y el punto de modificación es P (x, y, z),
Entonces I. Si la distancia horizontal entre P y S es menor que R, la profundidad de P debería ser la misma que S.
II.Si la distancia horizontal entre P y S no es menor que R, entonces la profundidad Z de P se puede obtener mediante la ecuación | (P-S) - (Z-Zs) / sinan | = R.
De manera similar, si elige procesar otras superficies, el método es similar, excepto que se cambian las coordenadas correspondientes.
Paso 4: Conecte el intervalo procesado en cada fila y columna en la superficie de la pieza, y la profundidad máxima de procesamiento correspondiente en el intervalo, respectivamente, en forma de una lista vinculada por fila y una lista vinculada por columna. Y registre la profundidad máxima correspondiente al intervalo en la fila (o columna) en el nodo principal de la lista vinculada correspondiente.
Como se muestra en la Figura 4, para cualquier cara, la fila m: Suponiendo que en esta fila, la profundidad máxima entre datal y data2 es h1, la profundidad máxima entre data3 y data4 es h2, y h1> h2, se generará la siguiente lista enlazada:
La generación de la lista vinculada es dinámica y se modificará continuamente a medida que avanza el procesamiento. Luego, haga una tabla hash para cada superficie para registrar todos los puntos relevantes en cada superficie y la lista vinculada de la información del punto de profundidad correspondiente a cada punto.
Paso 5: Se realiza el dibujo de las piezas.
El proceso se divide en dos partes: la superficie exterior sin procesar de la parte de pintura y la superficie envolvente formada después de que se procesa la pintura. Cuando se procesan piezas, los puntos límite laterales de la superficie del sobre deben recopilarse continuamente. En este momento, se utiliza la información de la tabla hash correspondiente a cada cara. Al dibujar, de acuerdo con el procesamiento de diferentes superficies, las coordenadas deben convertirse para que aparezcan en el mismo espacio.
2.4 Procesamiento realista:
Las herramientas de implementación de este algoritmo son VC ++ 6.0 y OpenGL. La cuadrícula matricial simplemente construye la "estructura" del objeto. Si desea que los objetos sean realistas en la computadora, debe considerar el procesamiento de la luz. Para cada nodo, defina un vector normal para él. Al modificar el valor del vector normal mientras se modifica la profundidad del nodo, el procesamiento de luz se puede agregar a la simulación.
En el ejemplo descrito en la Figura 5, el tamaño del blanco es 300 mm × 300 mm × 200 mm y la cuadrícula de matriz es 256 × 256. Se utilizan dos fresas de punta plana con diferentes diámetros (diámetros: 14 mm y 6 mm). El resultado después de procesar los espacios en blanco de diferentes superficies.
3 Conclusión
En la simulación de mecanizado NC, además de los requisitos de precisión de la simulación, el proceso de mecanizado debe controlarse en todo momento. En el método de este artículo, cambiar la densidad de la cuadrícula de la matriz puede mejorar la precisión de la simulación Para necesidades generales, una cuadrícula de densidad de 512╳512 es suficiente. Dado que se utiliza una cuadrícula de matriz para representar la pieza de trabajo procesada, las operaciones de zoom y rotación de la pieza de trabajo se vuelven muy simples, lo cual es beneficioso para el usuario observarlo cuidadosamente. Este algoritmo se ha aplicado en la práctica y ha obtenido buenos resultados.
