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免费软件学院开题报告[定稿]

时间:2008-03-13 09:25来源:搜集整理 作者:admin 点击:
沈 阳 工 业 大 学 毕业设计(论文)开题报告 论文题目: 基于 CB 环境的异型螺杆加工过程 三维仿真程序设计 学 院: 软件学院 专 业: 计算机科学与技术 学生姓名: 白贺强 学生班级: 计专升本0502班 学生学号: 051201347 指导教师: 牛连强(教授) 基于CB环境的异
 
毕业设计(论文)开题报告
 
论文题目:基于CB环境的异型螺杆加工过程
        三维仿真程序设计     
 
 
 
 
 
 
 
    院:             软件学院           
           业:          计算机科学与技术      
学生姓名:              白贺强            
学生班级:          计专升本0502班       
学生学号:            051201347           
指导教师:           牛连强(教授)       
 


基于CB环境的异型螺杆加工过程三维仿真程序设计
 
一、课题的研究目的和意义
螺旋转子制造技术是各种螺旋杆机械如螺旋杆钻具、螺旋泵等设备制造中的一项关键技术。文[1]、[2]对复杂异型螺旋面加工进行了较深入的研究,提出了无瞬心包络加工方法,并对包络加工原理、数控编程方法等多方面进行了系统的研究并取得了一定成果。
利用数控机床加工工件时,加工前一般要进行数控程序的校验(即NC代码校验),检查刀具的轨迹是否正确,判断加工参数选择是否合适等,并需要根据刀具是否对加工工件产生干涉等因素来选择合适的刀具。数控加工过程由数控程序控制,但数控程序的错误往往不容易被发现,从而在实际加工中可能出现碰撞干涉等问题[3~6]
目前,实际加工中普遍采用的是试切法,即通过对部分工件的试加工和测量来调整参数和选择刀具。这种试切可能要经过多次反复。工件越复杂,NC代码的误码率就越高。上述传统方法不仅浪费了大量的人力物力而且延缓了生产周期,增加了产品开发成本和生产费用。
为了取代试切,有必要在计算机上开发可视化仿真系统进行仿真加工,并检验数控加工程序代码,发现可能出现的碰撞、干涉,零件的可加工性及工艺的合理性等。通过数控仿真软件可以在制造之前在计算机中模拟加工过程不仅直观、快速,而且能够及时反馈加工过程的参数,并及时对NC代码进行调整。通过理论计算和仿真工程,检验出所选择刀具的合适程度。
二、国内外发展状况
螺旋转子制造技术是各种螺旋干机械如螺旋杆钻具、螺旋泵等设备制造中的一项关键技术。从1994年起,沈阳工业大学数控研究中心即对复杂异型螺旋面加工进行了较深入的研究,在国内首先提出了无瞬心包络加工方法,并对其包络加工原理、数控编程方法等多方面进行了系统的研究并取得了一定成果。本文则以此工作为基础,对异型螺杆的仿真加工过程进行了进一步的仿真加工模拟研究,从而建立了以无瞬心包络法加工原理为基础的三维动态仿真加工系统
在机械加工仿真方面存在着很多实用的专门软件和大型造型软件。文[3]首次实现了集成的异形螺杆数控加工辅助系统,但采用的数学模型比较复杂,具体地说,是将整个构建以四面体来离散,随着加工过程的进行,这些四面体的形状发生改变,甚至被合并。采用这种模型计算复杂,仿真加工过程时间长,且准确性不能得到很好的保证。文[4]重新对文[3]中的模型和相关算法进行了简化,采取了一种利用面元来近似体元的模型,只在深度上进行变换,不仅简化了求交算法,也取得了较快的仿真速度,效果较好。
从系统实现手段上看,考虑到仿真系统需要对底层硬件进行驱动,故采用CC++语言开发较为合适,但C++语言的界面处理和数据库交互等能力更强。目前,C++的主要产品有VCC++Builder两种,C++Builder的优势在于具有良好的可视化包装和易用性,且可以很容易地实现与数据库的连接。因此,整个系统采用C++Builder并结合OpenGL进行开发。
本文的出发点是以文[4]为基础,在保留其模型的基础上,对基本概念进行面向对象的封装与移植,并结合完整的数控加工过程实现一个异形螺杆加工过程的辅助制造系统。
三、研究内容
本文设计所要完成的主要工作有两类,其一是数据准备:为了能够支持完整的加工过程,要对准备数据进行处理,如建立相应的工件、刀具数据库,录改必要的数据,对输入数据进行简单的合理性校验等。另一个主要任务是对数控加工过程的仿真,这是系统的重点工作,涉及到如下内容:
(1)三维真实感图形的建模和合成。结合计算机图形学基本原理和图形软件库OpenGL即开放式图形库(Open Graphics Library)来实现图形的几何平移、变换、缩放、色彩、明暗消隐、光照、材质等功能,以生成三维真实感实体并方便地进行交互控制[7~11]
(2)螺旋转子(异型螺杆)工件的建模及针对铣削加工过程进行几何特征仿真。研究Windows系统下实现动画生成方法并建立仿真系统,使系统能够交互进行动态过程的仿真。
(3)研究在铣削加工过程中工件和刀具的求交问题,即工件上的点被加工的情况,为此要依据工件和刀具的数学模型实现相应的求交算法。
(4)辅助功能及相关计算,包括生成系统参数控制界面、周期判定、干涉判定以及数控程序的自动生成等。
通过上述内容的研究,实现集参数准确、一般性检验、仿真加工、交互模拟、刀具选择和生成数控加工程序于一体的仿真加工系统。
根据加工过程分析,一个完整的异型螺杆数控加工仿真系统主要实现如下的流程,即输入原始数据→曲线拟合→生成刀具轨迹→干涉判定→编制数控加工程序→仿真。如此,系统设计了如图1所示的机构。
 

NC代码数据库
 
NC代码编辑和读取
 
仿真驱动信息
 
OpenGL场景
 
参数控制数据库
 
 
毛坯和刀具设置
 
OpenGL投影
矩阵变换
 
OpenGL模型
矩阵变换
 
模型构建
 
OpenGL动画处理
 
加工过程仿真
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 


 

图1 系统总体结构
四、研究方法、手段
课题研究采用C++Builder6.0和OpenGL开发环境,操作系统采用Windows XP。因为ADO控件经过测试是非常健壮的,所以本系统通过ADO控件与Access数据库进行连接。
在仿真加工开始之前,用户需要输入对加工工件的描述,包括以参数方程形式和样点显示给出两种描述形式,以便描述出螺杆的理论截面廓形曲线和相应的参数。
数控加工的仿真系统实现方法基本分两类,分别是基于曲面造型和基于体造型系统。由于目前软硬件的发展状况,缺乏体绘制技术的图形加速设备,同时也缺乏支持性API调用函数,所以本系统采用三角形网格模型来描述。通过改变三角形的“深度”,即三角形顶点到圆心的深度上的变化,进而将其视为一种可利用高度缓冲区进行计算的简化模型,避免了繁琐计算和存储个面片的坐标的过程[12~13]
由于离散化后的三角形面片数据量较大,存储方法也是关键问题之一。在工件不规则三角化时,三角形等店数据可以采用单链表的数据结构,连表数据域存放工件的每个点的三维坐标。这使得存储工件上的离散点的信息需要占用3个内存单元,空间消耗极大,导致系统负担过重[3]。因此,根据简化后的模型,本文采用了定义高度缓冲区的方法。所谓“高度”是指点到工件的轴心的距离。当对工件的离散处理非常细密时,可以认为面片的主体不会被“破坏”,面皮只是在高度上“浮动”,这是利用“体元”离散的工件被接近于“面元”来表示。
实现动画的一个重要问题是显示连续、无跳动和闪动的问题。对于该问题,OpenGL提供的一个解决办法是采用双缓存技术。当前视频缓存称为前台视频缓存(FromBuffer),不可见的正在画的视频缓存称为后台视频缓存(Back Buffer)。当后台视频缓存中的内容被要求显示时,OpenGL就会将它拷贝到前台视频缓存显示硬件则不断地读可见视频缓存中的内容,并把结果显示在屏幕上。
本文将采取这样的求交计算过程:计算铣刀刀尖数据到工件轴心的距离,如此距离小于工件表面的点到轴心的距离(即高度值),则工件被加工,否则,工件未被加工。
五、研究计划
根据系统中各项工作的难易程度和工作量,做出如下研究计划:
表1 工作进度表
计划进度             预期进展和预期成果
第 1周~ 第3周    阅读文献,撰写开题报告
第 4 周 ~ 第5周    根据异型螺杆的加工过程,对仿真系统进行需求分析
第 6 周 ~ 第7周    根据需求分析进行系统各部分功能模块的设计
第 8 周 ~ 第9周    实现“异型螺杆加工模型显示”功能模块
第10周 ~ 第11周   实现“螺杆加工过程干涉和求交” 功能模块
第12周 ~ 第13周   对软件功能进行封装,撰写毕业设计论文
第14周              完成毕业论文,进行毕业答辩


参考文献
[1] 王可,赵文珍.异型螺杆无瞬心包络铣削技术研究.中国机械工程,2000(3):294~296
[2] 王可,赵文珍.异型螺旋杆加工所用无瞬心包络法原理与实践.制造技术与机床,1999,2:37~38
[3] 牛连强,冯海文,王可等.异型螺杆加工过程三维动态仿真系统研究与实现.计算机仿真,2003(9):118~120
[4] 许银龙.异型螺杆加工过程三维动态仿真技术研究:[硕士学位论文].沈阳:沈阳工业大学,计算机应用技术.2006
[5] 唐伏良,张向明.科学计算可视化与研究现状和发展趋势.计算机应用,1997(3):8~10
[6] 王可.螺杆加工用可转位圆形刀片盘铣刀.中国专利,ZL00292002.1,2002-12-20
[7] 贾志刚.精通OpenGL.北京:电子工业出版社,1998
[8] 强大再,陆长德,余隋怀.基于OpenGL的三维仿真实现.机械科学与技术,1999(9):846~849
[9] 芦仪喜.三维图形平面单元内外法线向量计算机应用.连云港化工高等专科学报,2001(3):31~32
[10] 李海涛,张承瑞,李洪斌.基于OpenGL的数控雕刻机加工仿真系统的研究.山东大学机械工程学院.计算机工程与科学,2006(28)
[11] 余斌,张荣忠.基于OpenGL的数控加工仿真系统研究.四川大学学报,2001(9):16~19
[12] 王可.螺旋曲面数控加工技术.机械工业出版社,2003,6
[13] 王可.一种螺杆数控铣床用回转铣头.中国专利,ZL00211008.3,2000-03-06
[23] 赵文珍,韩立,王维等.数控加工中刀触点轨迹的连续性及其应用.沈阳工业大学学报,2001,23(1):1~3
[15] 孟平德.加工螺旋面用盘形刀具扇形的理论计算.石油机械,1994(22):18~24
[16] Feng H Y,Menq C H.The Prediction of cutting forces in the ball-end-milling processs.Model formulation and modl building procedure [J].Int J Mach Tools Maufact,1994,35(5):697~710
[17] Richard S W,Jr M S著.OpenGL超级宝典.第二版.潇湘工作室译.人民邮电出版社,2001
[18] Dave Astle,Kevin Hawking著.Beginning.OpenGL.Game.Programming. Premier Press,2004
[29] Choi B K,Jun C S,Ball-End Cutter Interference Avoidance in NC Machining of Sculptured Surfaces.Computer Aided Design,1989,21(6):371~378
[20] Shpitalni M.A New Concept Design of Sheet Metal Products.Annals of the CRIP,1993,42(1):123~126
 



 
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