MAGAZINE
刊物內容

回列表

虛擬工具機資訊視覺化與切削力模擬

摘要"

虛擬工具機普遍應用於工具機加工驗證分析。本文以機構鏈建立虛擬工具機,再由轉換矩陣控制其運動,並進行碰撞偵測及切削模擬,即時模擬切削並得出切削幾何。利用切削幾何、材料係數、刀具幾何、進給及轉速模擬切削力。文中比對模擬切削力及實驗切削力,於虛擬工具機中整合切削狀態及物理資訊到工件幾何上,以資訊視覺化提高加工分析及除錯的效率。

關鍵詞:虛擬工具機、切削加工模擬、切削力、資訊視覺化

前言

由於資訊及計算機科學蓬勃發展。提供了強大的運算、數據蒐集及整理的能力,使得需要複雜計算的數學模型得以更容易的產出計算結果。利用圖像顯示、幾何干涉及運動矩陣,可於計算機中建立具有實際立體圖像的加工機,並包含機台各軸向運動、材料移除、干涉檢查、切削力評估、加工分析等功能,即為虛擬工具機,為切削加工一項重要的輔助工具。
由CAM生成刀具路徑,經由後處理轉換成NC碼時,可能會有不預期的轉換發生,尤其在多軸加工中的旋轉軸轉換。而虛擬工具機可模擬實際加工時機台的運動行為,利用圖像干涉的演算來判斷材料移除的區塊及機台是否發生碰撞,使得在加工路徑的檢查及驗證更容易。虛擬工具機由虛擬機構鏈組成,並以相對運動矩陣作動。
切削力一直是切削加工中為人所探討的重點。能得知切削加工時的力變化,就能調整出有效率且保持刀具壽命及較佳的加工品質。在虛擬工具機所提供的切削幾何資訊及簡化力學模型,能將切削力於虛擬環境中計算出來。即便與現實中的力量有落差,但力量趨勢相同。最終,切削力預估將用於優化NC碼。將切削加工的效率提升的同時也能確保刀具的壽命及工件的品質。
本文講述虛擬工具機之機構鏈組成與運動、切削力模擬、加工資訊視覺化。

虛擬工具機之機構鏈組成與
運動

虛擬工具機的建構[12]來自計算機中圖像的顯示及移動。每個物件具有一個錨點,及代表物件相對運動的支如
圖1,作為該物件在虛擬環境中的座標,再由座標轉換矩陣來達到令各物件於虛擬環境中相對移動及旋轉[13]。例如,若座標系統(OXYZ)m相對於座標系統(OXYZ)n對X軸旋轉一角度θ,如圖2所示,則座標轉換矩陣可表示為(1)式。若座標系統(OXYZ)m相對於座標系統( OXYZ)n對Y軸旋轉一角度θ,如圖3所示,則座標轉換矩陣可表示為(2)式。若座標系統(OXYZ)m相對於座標系統(OXYZ)n對Z軸旋轉一角度θ如圖4所示,則座標轉換矩陣可表示為(3)式。
若座標系統(OXYZ)m相對於座標系統(OXYZ)n平移某個距離(a,b,c),如圖5所示,則座標轉換矩陣可表示為(4)式。故各個軸向的位置即上述的轉換矩陣相乘,如(5)式。如此一來整個機台各軸、工件及末端刀尖的位置都能在這個空間座標系中表達出來。...更多內容,請見《機械新刊》雜誌 

READ MORE BACK TO LIST