1、實(shí)現(xiàn)加工仿真的多種思路

　　近年來，隨著CAD/CAM軟件行業(yè)的發(fā)展，加工仿真軟件脫穎而出.線切割、車床、銑床相繼都有了相對應(yīng)的仿真軟件.其中的各種算法，特別是銑床的加工仿真算法，引起了廣大同行們的興趣.筆者從追求實(shí)時(shí)顯示效果，到追求加工誤差測量，到設(shè)計(jì)仿真平臺，設(shè)計(jì)過多種仿真方案.本文結(jié)合作者的經(jīng)驗(yàn)和對軟件的研究，給廣大同行們提供一些思路和想法.
　　線框方法是一種十分簡單而且容易實(shí)現(xiàn)的加工仿真方法，即在屏幕上以線框的方式畫出加工刀具和零件模型.當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，刀具不斷地按顯示的加工軌跡在屏幕上移動，加工仿真模塊未對刀具和待加工毛坯進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，難以進(jìn)行真實(shí)的銑削加工仿真.這種方法只能用于校驗(yàn)G代碼有無明顯錯(cuò)誤，對于過切、余量只能通過眼睛的觀察來判斷，因此，這種方法很難稱得上加工仿真.真實(shí)感仿真是在此基礎(chǔ)上加入過切判斷機(jī)制，讓刀具在零件的真實(shí)效果圖上進(jìn)行切削.如果過切，刀具就會把零件的真實(shí)效果圖“切掉”一塊.這種方法有所改進(jìn)，但仍然不能顯示整個(gè)真實(shí)的切削過程并對加工結(jié)果進(jìn)行誤差測量.
　　考慮到待加工毛坯一般為長方體，刀具可以由二次幾何體拼湊而成.現(xiàn)在布爾實(shí)體造型技術(shù)已比較成熟，可以考慮用實(shí)體的差來實(shí)現(xiàn)加工仿真.這種方法對待加工毛坯和刀具均采用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型表示.進(jìn)行加工仿真時(shí)，先求出刀具沿加工路徑移動時(shí)所形成的掃描體，然后從毛坯中“減去”該掃描體，接著將結(jié)果進(jìn)行真實(shí)感顯示.利用這種方法進(jìn)行仿真，可以支持三軸和五軸加工.其加工出的零件表示具有連續(xù)性，可以放大或縮小顯示，可以任意旋轉(zhuǎn)視角，可以進(jìn)行加工誤差的測量.但這種方法也存在一些問題：(1)對于加工代碼少的零件比較適合，對于復(fù)雜零件其等待時(shí)間和數(shù)據(jù)量將大大增加；(2)求交過程和離散顯示過程所消耗的時(shí)間將降低其實(shí)時(shí)性能；(3)求交過程中計(jì)算穩(wěn)定性將影響整個(gè)仿真過程.從理論上講，這種算法是最精確的加工仿真算法，不應(yīng)當(dāng)放棄深挖其潛力的研究.
　　現(xiàn)在大多數(shù)商業(yè)軟件主要采用視向離散法.這種方法的主要思路是：將加工刀具和待加工毛坯沿視線方向上進(jìn)行“等同”離散表示；然后在加工過程中，利用離散后的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像上的處理，以求達(dá)到真實(shí)的效果.采用這樣的方法可以達(dá)到很好的顯示效果和實(shí)時(shí)性能，同時(shí)可以支持三軸和五軸加工.但其加工結(jié)果不具有連續(xù)性，不能放大或縮小顯示，不能任意轉(zhuǎn)動視角.除非改變視向后重新進(jìn)行加工仿真；或者事先設(shè)置多個(gè)視角同時(shí)進(jìn)行加工；或者利用該算法的特點(diǎn)：僅做一百八十度視角變換.利用加工仿真的結(jié)果可以確定加工中的過切、余量，進(jìn)行截面觀察和表面數(shù)據(jù)測量.筆者利用這種思路完成了本科畢業(yè)論文.軟件原型于1997年5月參加在北京舉行的第5屆國際機(jī)床展，改進(jìn)版于同年7月參加在北京舉行的全國CAD／CAM軟件展.改進(jìn)后的軟件模塊嵌入由北京華正模具研究所1998年4月2日所推出的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造軟件ME2.0中.
　　追求顯示效果和實(shí)時(shí)性能并不是唯一的目的，更主要的目的是進(jìn)行加工結(jié)果誤差測量.這時(shí)考慮到三軸加工的特點(diǎn)，筆者提出軸向離散算法：把加工刀具和待加工毛坯沿刀軸方向等同離散表示.這種方法僅消除了視向離散方法中所存在的內(nèi)存問題，其它問題仍未得到解決.將這一方案進(jìn)一步修改，就得到了近期所提出的三角片離散法：將待加工毛坯上表面用離散的三角片來表示.該方法不但具有視向離散的優(yōu)點(diǎn)，而且簡單易行，加工過程中可以不斷地變換觀察方式，通過簡單的搜索來確定加工后的各種誤差.另外，可以加入機(jī)床和夾具一起進(jìn)行仿真，達(dá)到真實(shí)仿真的效果.這種方法對顯示要求較高，如果不采用顯示技巧和快速顯示硬件的支持，其實(shí)時(shí)性就較難保證.