第17卷第10期计算机辅助设计与图形学学报2005年10月JOURNALOFCOMPUTER．AIDEDDESIGN&COMPUTERGRAPHICSv01．17．No．10Oct．．2005数控弯管加工过程仿真系统吕波唐承统宁汝新(北京理工大学机械与车辆工程学院北京100081)(1vb01974@sohu．com)摘要论述了数控弯管加工过程仿真中的几项关键技术，建立了系列数控弯管机床的总体仿真模型，给出了仿真指令的定义和描述导管中心线的分段有理二次B6zier参数曲线方程表示，实现了弯管加工过程仿真中导管的动态成形．最后提出了一种弯管加工过程的碰撞干涉检验算法．关键词数控弯管；仿真；动态造型；碰撞干涉中图法分类号TP391．73SimulationSystemforNCTubeBendingProcessLu130TangChengtongNingRuxin(SchoolofMechanicalandVehicleEngineering，BeijingInstituteofTechnology，BeOing100081)AbstractThispaperdiscussessomekeytechnologiesontubebendingsimulation，andestablishesanintegratedsimulationmodeloftheseriestubebendingmachines．ThedefinitionofNCinstructionsandrationalquadraticB6ziercurverepresentationdescribingtubecenterlinearegiven，andthereal—timedynamicmodelingoftubesisalsorealized．Finally，acollisionandinterferencedetectionmethodduringthetubebendingsimulationisproposed．KeywordsNCtubebending；simulation；real—timedynamicmodeling；collisionandinterference1引言数控弯管机是一种先进的导管加工设备，其结构复杂，包括几十个运动部件．与数控切削加工相比，数控弯管过程中存在着更严重的碰撞与干涉危险．在弯管过程中，已成形的和正在成形的弯曲的管子大范围运动，使其与机床、模具和夹具以及工作地面、厂房发生碰撞的可能性很大．为了保证安全，提高生产效率，降低生产成本，必须对弯管的NC程序进行严格的检查．NC程序驱动的数控加工过程计算机仿真是NC程序高效、安全和有效的检验方法HJ．目前该技收稿日期：2004—06—09；修回日期：2004—09—06基金项目：国防科工委基础科研项目术的研究主要针对切削加工过程u‘2J．国外一些通用的CAD／CAM软件提供仿真加工模块，如Pro／E，CATIA，UG等，但它们主要用来检验切削过程中刀位轨迹的正确性．美国CGTech公司的VERICUT系统是商品化的数控加工仿真软件，能够进行加工过程和加工环境的仿真，但它也只是针对数控切削过程，不涉及弯管加工过程的仿真．随着产品轻量化的发展及管填充密度的提高，数控弯管设备的应用日益增加，因此对弯管加工过程的仿真需求日益迫切．本文提出的TBS(TubeBendingSimulation)系统利用面向对象的设计思想和方法，建立了在结构和功能上与现实机床具有一定的可比性、代表数控万方数据计算机辅助设计与图形学学报2005在弯管机床加工系统的共同特性、具有可重构性和可重用性的仿真系统，实现了数控弯管加工过程中的NC代码有效性检验．2仿真系统的功能结构及机床的总体仿真模型2．1仿真系统的功能结构数控弯管加工过程仿真系统是一种专门化的弯管加工NC代码有效性检验系统，它提供如下功能：弯管机床的几何建模和运动学建模；加工设置定义，包括各种夹具、模具选取和装夹定义；导管毛坯建模；NC代码的读取、分析、处理并生成加工动作仿真指令；加工过程中的碰撞干涉检测；模拟导管的实时动态成形；实时三维动画显示加工过程，视角范围可任意放大缩小、视角可任意变化，以便能够方便地观察导管加工过程．仿真系统的功能结构如图1所示．裂恒鞣H世坠型恼机床配l_1一NC代码解释器工NC代码碰撞和干涉检验导管动态造型加工过程动画显不图1仿真系统功能结构图2．2机床的总体仿真模型2．2．1数控弯管机床定义机床定义包括机床的几何建模和运动学建模，在计算机内部描述了数控加工机床的物理属性和运动学属性，是现实机床的计算机表示．(1)机床几何建模从几何的观点来看，数控机床是一个装配体，如图2所示．装配体中包含有很多的零部件，如机床基体、导轨、弯曲臂、小车及模胎具等．这些零部件之间存在着某些约束关系、配合关系、位置关系，考虑到数控弯管机床的结构特点和相互之间运动关系，机床的几何建模采用如图3所示的装配关...
