实时仿真技术在快速成型过程中的应用研究

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快速成型技术(Rapid Prototyping& Manufacturing),缩写为(RP)是二十世纪九十年代初兴起并快速发展起来的新兴的先进制造技术。其显著特点是可以快速制造形状极为复杂的工件,而不需机加工设备或者模具,适合于小批量生产或新产品研发,能够缩短时间和降低初始投资。该技术是一种全新的制造模式,但由于快速成型机售价高,技术难度大等原因使其很难得到推广和应用。而快速成型仿真技术既能让非专业人员形象地了解快速成型的过程及其成型原理,又能在零件真正制造之前在虚拟环境中进行零件的模拟成型加工以检查零件设计的正确性和合理性,从而对零件设计方案的优劣做出评估与优化,以最终达到缩短产品开发周期、降低生产成本、提高产品质量和生产效率的目的,对新产品设计、研发具有重要的意义。  本研究主要内容包括:⑴搭建快速成型仿真系统硬件平台。建立了仿真系统的框架结构,本课题以工业控制计算机为基础平台,合理利用上位机、PMAC卡、扩展I/O板、伺服放大器、交流伺服电机、数控平台等设备,组建了快速成型仿真系统硬件平台。仿真系统的硬件结构采用基于PMAC卡上下位机构成的开放式平台,采用PMAC多轴运动控制卡有很多优点:它能实现运动轴的实时控制,完成各种信号的实时采集以及各种开关量信号的输入/输出。另外它还具有开放式系统特征,可以通过硬件设备的选择(通过选项和辅助),参数的设置,和运动程序及PLC程序的编程,实现一种特殊的、按用户要求定制的系统。快速成型仿真系统平台,使用方便,可移植性强,功能全,可用于快速成型技术的教学与培训,稍做改进后可应用于快速成型产品虚拟设计和制造中,有广阔的应用前景。⑵开发快速成型仿真加工的仿真软件。此软件设计了友好的系统界面,研究OpenGL图形图像编程技术,采用面向对象的编程方法,将Visual C++事件处理程序与OpenGL三维图形绘制有机的结合为一个整体并充分利用两者的强大功能,开发并实现了上、下机位同时同步仿真,达到了数控代码自动编程和仿真成型一体化。利用Windows的WM_TIME消息响应函数实现每次从扫描文件中读出两点坐标值,送给OpenGL函数画扫描线,在绘制两条扫描线之间设置适当的时间间隔并结合OpenGL双缓冲技术实现连续的动画。⑶对快速成型仿真加工系统进行验证。本文通过对典型零件的模拟仿真加工,实现了在上位机上仿真快速成型的成型过程,同时驱动下位机数控运动平台同步模拟成型制作。典型零件的加工过程,验证了本系统运行正常;在制作过程中,上机位和下机位能够实现同步运行,模拟加工的零件符合设计要求,快速成型仿真系统软件初步达到了设计要求。
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