五自由度并联机床虚拟样机建模与仿真

    3.2数控加工仿真数据流模型
   
    在数控加工仿真系统中，首先选定加工所用的刀具和刀柄，调入毛坯，根据所要加工零件的模型进行刀具的轨迹规划，生成相应的NC代码;然后经并联机床的后置处理器将其转换为驱动杆的杆长值，用驱动杆的杆长值控制机床虚拟加工，仿真过程中将刀具和毛坯模型进行布尔差运算，模拟材料的去除过程，同时记录加工过程，并进行干涉碰撞检验，主要检验加工过程中各杆件的杆长极限约束，球铰和虎克铰的转角极限约束;最后给出仿真报告，并生成并联机床加工所用的数控代码。仿真系统数据流如图3所示，其中翻译模块设计了一个通用绘图函数包，此函数包是仿真系统与三维CAD软件SolidWork，的直接通讯接口，将SolidWorks的底层图形函数封装为翻译模块可以直接调用的高级绘图指令。
   
    3.3运动仿真的实现
   
    按照机床的实际尺寸在三维CAD软件SolidWorks平台下建立并联机床样机实体模型;然后，读取仿真NC程序，提取其中的刀位数据，并对刀位数据进行粗插补后得到细化的刀位数据，应用反解数学模型得到对应刀具位姿时各个驱动杆的杆长值;最后调用三维CAD软件SolidWorks的API函数把各个驱动杆伸长到规定的值。由于装配约束的作用，刀具在5个驱动杆的驱动下将得到正确的位姿。
   
    3.4刀具轨迹显示的实现方法
   
    零件的数控加工程序经过粗插补得到细化的刀位数据以后，从中取出刀尖点位置坐标数据，将刀尖点位置坐标按样条曲线连接形成刀具轨迹线，并在图形显示器上显示出来。运动仿真过程中刀具模型与刀位轨迹组合显示，随着刀具模型单步或连续地移动，刀具轨迹也单步或连续地显示。
   
    3.5材料切除过程三维实体图形仿真的实现
   
    采用计算机图形仿真数控设备的加工过程，就是模拟刀具在一定形状的毛坯上按照数控程序所规定的走刀路线对毛坯进行切削加工的过程，从图形处理的角度来看，就是刀具沿规定路径走刀所形成的扫描体与坯实体的布尔减运算。在三维机械CAD软件SolidWorks环境下，根据NC程序中刀尖点的坐标值创建刀具路径，据所选刀具类型创建刀具纵向截面后，使用"切除-扫描"命令即可形成刀具沿规定路径对毛坯的切削模拟显示。这样形成的刀具扫描体还不完整，在路径的终点处还应有一个刀具本身所形成的包络体与毛坯的布尔减运算，如此连续扫描切除即可产生完整、真实的切削过程。NC加工过程的动画显示是以单条加工指令的处理来分步实现的，没有采用多帧连放的完全动画显示，而是直接将每步加工结果显示出来。
   

    3.6三维刀具和刀柄库的开发
   
    刀具和刀柄标准件库系统主要由三维参数化标准件图素库、标准件特性参数库、用户界面及管理系统组成。通过对标准球头铣刀和标准平底铣刀名称的选择，自动显示出该刀具的关键参数，并在机床装配体中设计出该刀具的三维实体模型;根据自定义刀柄(与刀具相连)的关键参数，在机床装配体中自动生成刀具和刀柄的三维装配体模型，完成对机床样机中刀具和刀柄的参数化设计，从而实现5-UPS/PRPU并联机床数控加工仿真中自动换刀的操作。平底铣刀设计和安装刀柄的平底铣刀设计的操作过程与球头铣刀的相同，生成的实体模型如图4,5所示。