一种回转类零件虚拟加工方法

技术领域

本发明涉及虚拟加工领域，具体涉及回转类零件虚拟加工方法。

背景技术

虚拟现实技术的快速发展使其在制造领域的应用程度越来越广泛，许多车企也将虚拟现实系统作为产品设计展示、规划的重要方式，具有沉浸性、交互性等特点的。实时仿真技术是将输入的数据，与指令通过特定的映射规则计算后驱动模型进行运动的技术，具有仿真时钟与实际时钟完全一致、模型仿真速度与实际系统运行速度相同的特点。

以虚拟现实技术和实时仿真技术为基础，可以在计算机上搭建完整的虚拟制造仿真系统来实现产品的生产制造过程仿真。虚拟制造仿真系统虚拟制造系统已经广泛的应用于工业领域，特别是在汽车设计领域，可以通过虚拟加工实时仿真系统预先验证加工零件结构的合理性、验证加工工艺的可行性，进一步加速汽车结构设计流程，促进汽车产品的敏捷设计与验证。

现在虚拟车削、钻孔加工方式通常有：1、采用视频、动画的形式进行虚拟加工展示，不具备实时性及交互性。2、通过预建模的方式，提前在虚拟系统中储存好可能用到的三维模型，仿真时再调用这些模型，在视觉上表现出车削加工仿真的效果，实际上只是模型的替换，而并不能够进行任意尺寸、形状的实时车削加工制造，只是一种视觉上的伪仿真。3、采用圆台离散等方式重新设计工件，但是此方式难以实现钻孔的虚拟加工。

CN113485246A公开了一种基于Unity3D的机床动态切削模拟系统及模拟方法，重点描述了机床动态切削模拟系统的三维模型的建立及系统的搭建，并通过对工件进行圆台离散及碰撞检测实现动态加工模拟。采用圆台离散对工件进行重新设计可以在虚拟系统中实现车外圆、端面等车削加工的虚拟仿真，但是不能实现钻孔等工艺的虚拟加工仿真。

发明内容

本发明的目的是提供一种回转类零件虚拟加工方法，其能够实现回转类零件多种加工工艺的虚拟加工仿真，应用广泛。

本发明所述的回转类零件虚拟加工方法，其包括如下步骤：

S1，基于回转类零件的实际尺寸，构建回转类零件的三维离散化模型；

S2，构建包括刀具组件模块和夹具组件模块的车床模型，将三维离散化模型通过夹具组件模块与车床模型连接；

S3，通过车床模型上挂载的脚本控制回转类零件的三维离散化模型作旋转运动，控制刀具组件模块作直线运动，若刀具组件模块的切削面在直线运动过程中与三维离散化模型中的单个离散圆环发生碰撞时，去除该离散圆环碰撞位置的部分，实现回转类零件的虚拟加工。

进一步，所述三维离散化模型由多个柱形单元沿轴向叠合构成，所述柱形单元包括多个由外至内依次套合的离散圆环，位于最外层的离散圆环的外径与回转类零件的截面外圆直径相等，位于最内层的离散圆环的内径与回转类零件的截面内圆直径相等。

进一步，所述柱形单元的构建具体为：将基础圆环的外圆半径设定为

第i个离散圆弧的外圆半径设定为

位于最内层的离散圆环的的外圆半径设定为

本发明与现有技术相比具有如下有益效果。

1、本发明构建的回转类零件的三维离散化模型为虚拟加工对象，结合3ds max及Unity3d等引擎平台，通过编程语言开发出虚拟加工仿真系统，实现了回转类零件的虚拟加工，且虚拟加工仿真系统具有良好的交互性及实时性

2、本发明采用参数化离散圆环设计的虚拟工件能够实现任意尺寸、任意形状的实时加工仿真；通过改变离散圆环参数，能够完成车外圆、端面、槽、球体、过渡曲面尤其是钻孔等多种复杂工艺的虚拟加工仿真，真正实现了回转类零件的切削加工及钻孔的实时仿真。

附图说明

图1是是圆柱毛胚工件圆环离散的前后对比示意图；

图2是三维离散化模型的生成过程图

图3是虚拟加工仿真系统的结构示意图；

图4是虚拟车削加工的示意图。

图中，1—基础圆环，2—柱形单元，3—三维离散化模型，4—刀具组件模块，5—夹具组件模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明。

一种回转类零件虚拟加工方法，其包括如下步骤：

S1，基于棒状工件的实际尺寸，构建棒状工件的三维离散化模型。参见图1，所述棒状工件的三维离散化模型由多个柱形单元沿轴向叠合构成，所述柱形单元包括多个由外至内依次套合的离散圆环，位于最外层的离散圆环的外径与回转类零件的截面外圆直径相等，位于最内层的离散圆环的内径与回转类零件的截面内圆直径相等。棒状工件的三维离散化模型在虚拟系统中被渲染后，宏观上表现为完整的圆柱体，微观上是有限多个离散圆环。

参见图2，所述棒状工件的三维离散化模型的生成具体为：

读取软件中的基础圆环1数据，并将基础圆环的外圆半径设定为

柱形单元2是由m个基础圆环1通过缩放、复制组成，由脚本根据边界条件通过特定算法生产，具体生成过程是：将基础圆环1作为柱形单元2最外层的离散圆环，然后复制一个基础圆环作为邻近最外层的离散圆环内的第二个离散圆环，第二离散圆环的外圆半径设定为

位于最内层的离散圆环的的外圆半径设定为

三维离散化模型3是由n个柱形单元2沿轴向叠合构成，获取柱形单元2的端面圆心坐标O，然后以O为原点、以车床坐标系的X轴正方向为正方向建立一维坐标系，在此一维坐标系下，第一个柱形单元2的端面圆心坐标为0，然后复制一个柱形单元2作为第二个柱形单元，将第二个柱形单元的端面圆心坐标设置为t，同理复制第三个柱形单元，将端面圆心坐标设置为2t，依次类推，第n个柱形单元端面圆心坐标为(n-1)t。经过上述步骤，得到了一个由m*n个离散圆环组成的截面直径为D、长度为L的棒状工件的三维离散化模型3。三维离散化模型的构建，使得虚拟加工对象由圆柱整体变为了单个足够小的离散圆环，解决了虚拟加工系统实时加工仿真的问题，能够实现车外圆、端面、槽、球体、过渡曲面尤其是钻孔等工艺的虚拟加工仿真。

S2，构建包括刀具组件模块4和夹具组件模块5的车床模型，将三维离散化模型3通过夹具组件模块5与车床模型连接。

S3，参见图3，通过车床模型上挂载的脚本控制棒状工件的三维离散化模型3作旋转运动，控制刀具组件模块4作直线运动，若刀具组件模块4的切削面在直线运动过程中与三维离散化模型3中的单个离散圆环发生碰撞时，去除该离散圆环碰撞位置的部分，实现回转类零件的虚拟加工。刀具组件模块主要包括能够完成碰撞检测的各种车刀、钻头等，虚拟运动通过挂载在虚拟车床模型上的各种脚本实现，虚拟车床模型是在外部建模后，再在Unity 3D引擎中重组、贴图、渲染完成。

以车削加工为例，参见图4，刀具组件模块4选用虚拟车刀，夹具组件模块5为三爪卡盘，挂载在虚拟车床模型及虚拟车刀上的脚本控制车床及虚拟运动，车床主轴通过三爪卡盘带动虚拟工件即棒状工件的三维离散化模型作作旋转运动，托盘带动虚拟车刀作直线运动，当虚拟车刀上的特定线段与虚拟工件的单个离散圆环发生碰撞时，去除离散圆环位于碰撞处的部分，实现虚拟车削加工或钻孔加工。所述虚拟车刀上的特定线段指的是由A点至B点的连线构成的主切削段以及B点至C点连线构成的副切削段。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。