1.引言

　　隨著并行工程、敏捷制造、虛擬制造等先進制造技術的發(fā)展，要求在制造之前就能預測產(chǎn)品的加工過程的情況和產(chǎn)品質(zhì)量安皱。在實際數(shù)控加工之前调鬓，對數(shù)控代碼(NC代碼)進行仿真，驗證加工代碼的可行性和最優(yōu)性酌伊，因而可以直觀地顯示切削過程并預測切削結果尺动，為優(yōu)化切削工藝、選擇加工參數(shù)提供依據(jù)變的越來越重要吏辫。

　　數(shù)控加工的仿真分為幾何仿真和物理仿真兩部分拨喝。幾何仿真的主要目的是驗證刀具路徑的正確性，驗證加工代碼是否可行劳威，并為物理仿真提供必要的切削幾何信息故厕，如材料去除體積、切削速度鸯式、軸向切削深度等萧揩。物理仿真主要是力學仿真，它是虛擬數(shù)控加工過程仿真的核心部分用印，其內(nèi)涵就是綜合考慮實際切削中的各種因素泊鹿，建立與實際切削擬合程度高的數(shù)學模型，從真正意義上實現(xiàn)虛擬加工與實際加工的“無縫連接”做鸽，滿足虛擬數(shù)控加工的沉浸感和交互感蒙棱。

　　在各種商用軟件中，已有了許多不同的幾何仿真軟件范咨，國內(nèi)許多研究團隊也在不斷的嘗試開發(fā)新的算法來提高幾何仿真顯示的準確度與效率查吊。

　　在物理仿真方面，雖然已有了一些商用軟件可以進行仿真湖蜕，國內(nèi)也有一些研究團隊致力于物理仿真的研究，但是宋列，這方面的研究仍舊沒有完善昭抒。

　　2.數(shù)控加工中的幾何仿真

　　數(shù)控加工的幾何仿真是指根據(jù)刀具運動的軌跡與刀具的外型對工件進行切除的模擬過程。傳統(tǒng)的方法是使用試切法炼杖，即使用便宜的材料使用實際的機床進行切削灭返，以檢測是否存在碰撞或是干涉。這種方法費用高耗時長坤邪，降低了生產(chǎn)效率熙含。

　　現(xiàn)在利用計算機對數(shù)控加工過程的模擬,即利用計算機模擬刀具沿著加工路徑與被加工工件(毛坯)之間的相對運動,實現(xiàn)對加工中的刀具移動、切削等過程的監(jiān)控和對加工代碼正確性的驗證艇纺。這種方法大大的縮短了生產(chǎn)的準備時間怎静。常用的方法有兩種：離散法和實體造型法。

　　2.1離散法

　　離散法通常包括視向離散法和三角片離散法兩種黔衡。

　　基于圖像空間的視向離散法是較為常見的方法,其基本工作原理是:沿視線方向離散工件和刀具,取二者中最前的顏色作為布爾運算的結果并直接寫入光柵顯示器的顯示緩存祟背。由于只在視線方向上作一維布爾運算,并且運算與顯示合二為一,所以這種方法有很高的實時性沸芍。其缺點是:因為毛坯的原始數(shù)據(jù)都已經(jīng)轉化為像素值,而這些像素點是依賴于顯示屏幕的,所以對加工結果無法進行旋轉、放大等操作,同時難以進行加工誤差檢驗歇拦。

　　另一種方法為三角片離散法累变。三角片離散法是指，將工件用三角片離散化命画，將上表面離散為均勻點陣囊弥，再將這些點陣連接成三角網(wǎng)格。當模擬切削時唁狼，根據(jù)刀具的高度不斷的改變上表面點陣的高度姚库，再對三角網(wǎng)格進行真實感渲染，以此仿真數(shù)控加工的過程危漱。

　　在三角片離散法中错这，其關鍵是三角片的精度與計算速度間的矛盾。即赐匕，三角片越密集妄午，圖象的清晰準確度越高，而運算速度越慢背零，相反腰吟，三角片越稀疏，圖象準確度越低徙瓶，但運算速度卻可以加快毛雇。基于這個矛盾侦镇，[1]中提出了在有必要精確描述的形狀復雜的區(qū)域多使用三角片灵疮，而在形狀簡單的區(qū)域少使用三角片的方法。再[2]中也使用了區(qū)域搜索所需重繪的三角形的方法來提高運算效率壳繁，并提出了評定三角片算法的三個指標：緊致性震捣、保守性和評估效率。

　　離散法較實體造型法效率通常要高許多闹炉，基本都可以實現(xiàn)顯示的實時性蒿赢，但由于將實體向平面離散，使得結果中缺乏了許多工件原有的三維信息渣触。

　　2.2實體造型法

　　實體造型法可以提供三維形體最完整的幾何和拓撲信息羡棵，可以進行準確的過程仿真和刀位軌跡驗證。仿真中的模型有精確模型和近似模型玖生，其中精確模型包括GSC與B-rep,近似模型包括八叉樹鹤莹，單元體等。在早期的實體仿真中丑钱，主要對精確模型進行操作永僚。在體素構造表示中否北，切削可以看做是一個布爾減的過程，邊界表示法中伙二，切削可以看做工件表面的重構數(shù)控加工的可視化仿真叹匹。

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