拨叉零件的机械加工工艺规程及铣削B向端面工装夹具设计

拨叉零件的机械加工工艺规程及铣削B向端面工装夹具设计,拨叉零件的机械加工工艺规程及铣削B向端面工装夹具设计,零件,机械,加工,工艺,规程,铣削,端面,工装,夹具,设计 第 4 页 快速碰撞检测​​方法，以便在虚拟环境中的互动组合夹具装配设计 彭高粱 侯鑫 吴崇 金天国 张序堂 收稿日期：2008年5月27日接受日期：2009年4月21日发表于：2009年5月9日 ＃施普林格出版社2009年伦敦有限公司 摘要： 碰撞检测是在虚拟现实系统的模拟现实和自然的对象行为的一个基本组成部分。在本文中，混合的空间分解方法和边界体积法提出了建立一个虚拟环境，以协助组合夹具装配设计。基于组合夹具的特点，提出一个新的空间对象级别的分解方法。从几个组合夹具设计系统显示性能测试结果表明，与其他通用算法相比，该方法的一个重要优势是其简单的信息表示和预处理成本低。 关键词：碰撞检测 虚拟装配 组合夹具 空间分解 包围体 1引言 虚拟现实（VR）成为一个在工业产品的发展期间非常普遍的平均值。虚拟现实提供的援助是明显的，因为用户可以在一个非常自然的方式中[1-3]进行虚拟样机交互。 VR在制造应用中拥有很大的潜力，VR在实际生产中在致命的错误发生之前将其解决，以防止产生巨大的成本。VR应用已经获得了国际上越来越多的关注。 夹具设计的一个重要组成部分是技术和工艺生产准备所需的总时间（成本）。夹具的设计是一个需要知识和经验的非常复杂的、直观的过程。模块化夹具是制造业的重要方面之一。适当的夹具设计对产品质量的精度、准确性和加工零件的完成是至关重要的。组合夹具是一个可以安全和准确位置的夹住，并支持工件整个加工过程的系统互换和高度标准化的组件设计。传统上，夹具设计师依靠经验或使用反复试验法来确定一个合适的夹具方案。 由于潜在的高度，在一个虚拟环境（VE）的“现实”的经历，VR基于模块化夹具设计在设计夹具上有一个自然的和有启发性的方式的优点，提供更匹配的工作条件，减少前置时间，一般夹具的生产力和经济性有了一个显著增强。为了实现这一目标，VR系统必须有能够模拟现实和自然物体的能力。首先，作为一个夹具设计的基本要求，应该是在夹具、元件和机床之间没有碰撞;必须保证不渗透到其他的对象。因此，快速交互碰撞检测（CD）算是法建立在这样一个VR系统的基础上 然而，碰撞检查对于一个复杂的VE是需要大量计算的。研究人员已经解决了一些“万能”的算法，以减少计算成本。但是，这些算法往往需要辅助数据结构，并需要大量的预处理时间成本。此外，这种算法的执行情况非常复杂。因此，在组合夹具的特点和实际需求以及研究的基础上，我们开发了一个“特殊”的CD算法来尽可能的降低VR的组合夹具装配设计的相关费用。。 2相关工作 在过去几年中，尽了很大的努力来解决各种类型的交互式三维图形和场景的CD问题。对于充满了n个对象的工作区，最明显的问题是所有对象里O（n2）的检测碰撞问题，如果n数是巨大的，这是费时且不能忍受。因此，需要一些必要的技术，以减少计算成本。一般来说，CD算法包括两个主要步骤，即广泛的相位和缩短周期。第一阶段的目标是过滤掉不可能的互动的对对象，并确定对象在整个工作区潜在的互动。第二阶段是执行更准确的测试，以确定在第一阶段的选定对象部分之间的碰撞，而且如果有必要，找到原始的几何元素（多边形）的接触对，并计算重叠的距离。 对于CD算法，关键是要减少对需要检查的对象或基元。因此，许多不同的技术已被用来使粗粮检测，其中最流行的空间分解和边界卷。 在空间分解方法，环境分为空间层次空间划分网格。根据它们落入该地区聚集层次的环境中的物体。然后检查这些对象通过测试的交汇重叠网格，像八叉树，BSP树，kd树等以分层方式使用这种分解可以进一步加快利用空间分割方法导致了碰撞检测的过程，但有极高的存储需求。 边界体积（BV）的方法是使用在以前的计算机图形算法，以加快计算和渲染过程。几何对象BV是一个简单卷，封闭的对象。通常情况下，BV类型是axisaligned盒（的AABB），球，方向包围盒（OBB）。 该系统利用的AABB的AABB方法是计算简单，并允许高效率的重叠查询，它通常被用在层次结构，但它也可能无限逼近他们的边界，留下大的“空角落。”该系统利用的AABB包括I-COLLIDE，QCOLLIDE，SOLID等 碰撞球是另一个自然的选择,因为它是一个对象的近似对偶非凡简单测试重叠,更新为一个移动的物体是微不足道的。然而,类似于AABBs领域,因为他们可能无穷的逼近所蕴涵的对象。 相比之下，OBB是在三维空间中任意方向的矩形边界框。OBB在理想的情况下，可以重新定位等，它是能够尽可能紧地附上一个对象。换句话说，OBB的是最小的边界任意方向盒，可以附上的几何问题。在执行快速甩负荷试验时这种做法是非常好。所谓的RAPID可以干扰检测是在OBB已建成的基础上，比AABB更接近于几何形体。OBB的缺点在于其缓慢的更新和方向感。 大多数与CD-相关的研究是纠缠于 “万能”算法，并发现一些文献中有在一个虚拟装配等特殊应用发展CD的方法，开发。其实，一个快速和互动的碰撞检测算法是允许设计者在虚拟装配环境将零件或部件进行组装和拆卸操作的基础。 菲格雷多提出了一个更快的算法确定在虚拟样机环境下的三维装配模型表面之间的精确碰撞的碰撞检测算法的广义和狭义的阶段。该算法使用重叠AABB式的R-树的数据结构来提高碰撞检测的广义和狭义阶段的性能。这种方法是这样一个虚拟空间分散的对象。此外，R-树的数据结构是密集的。 斯特凡从事连续碰撞检测方法在桌面虚拟样机中处理刚性多面体对象的研究工作。而这样一个4D的方法是只处理已知的移动物体的路径。尤其是，该算法是计算密集型的，它只能在高端计算机上运行。 碰撞检测是在多轴联动数控（NC）加工复杂的加工环境的关键问题。干扰检测和避免在数控加工仿真上已经有很多以前的工作。王开发辅助图形的多轴数控加工碰撞检测方法。在此方法中，用于加工环境扑杀和两相碰撞检测策略的组合。 调查上述研究提供了各种有效的技术开展多边形模型的碰撞检测。然而，这些流行的算法针对一般的多边形模型，大部分需要昂贵的预处理或大型系统内存或，或者他们他们全部，以此来提高性能并满足实时要求。因此，当这些算法利用在桌面VR应用系统，如模块化夹具设计，实时性要求不能得到良好保障。 对于CD的研究可以建立在计算机辅助夹具设计方面。胡-提出了一种快速干扰的算法，检查加工刀具和夹具单位之间，以及夹具单位之间，以取代目测的方法。此外，库马尔的工作[25]，以自动无干扰的组合夹具装配设计，加工干涉检测来完成，通过刀掠固体的使用刀波及体积方法的基础上的。然而，这些算法是静态干涉检查能力和应用CAD软件包。 3算法概述 3.1演算法的要求 我们的目的是开发基于桌面VR模块化夹具装配设计系统，其中设计人员可以选择合适的夹具元件，并把它们像“积木”一样放在一起生成夹具结构，。没有具体的夹具元件，他/她可以测试不同的结构方案，并最终设计出一个可行的能满足功能要求配置的夹具。为了留住在工程应用中的“现实”的高度，有一个CD算法进行模块化夹具配置设计的三个主要要求： 1.精确和快速：在装配和拆卸操作的模拟，寻找精确的碰撞是一项重要的任务，为实现现实的行为。当用户交互的装配零件或组件，静态模型“飞”的对象可能会发生碰撞，因此系统必须立即找出“碰撞”事件。两个检查点之间的间隔时间应该是足够近，以达到更好的性能。否则，当物体移动速度非常快，他们可能会在检查前出现，这将减少身临其境的感受。此外，在组合夹具装配设计过程中，设计师选择元素和组装他们到合适的位置或拆卸他们改变夹具配置。一旦元素被组装或拆卸，“静态”环境模型更新。因此，CD会检查模型需要重组。所以在预处理时间不要太长，否则，建议系统的性能将受损严重，一定的“手感光滑”无法实现。 2.低系统要求：寻找在3D环境中的碰撞是费时。在某些情况下，它可以很容易地消耗高达50％的总运行时间。然而，在组合夹具的设计工作区，还有其他一些耗时的任务，如设计过程控制和推理，几何约束自动识别和解决等等。尽管由于数以千计的多边形的3D虚拟原型的复杂性，检查程序设计的CD，必须做到实时系统资源的需求相对较低。 3.硬件成本低：为了实现更广泛的工程应用，建议组合夹具装配系统设​​计运行在普通PC机上，​​如流行的CAD商业软件。虽然许多研究已在从事开发硬件加速 CD算法，它利用特殊的图形硬件像图形处理单元一样，处理计算碰撞，从而使系统的CPU可以被释放。不过，我们不打算采用这种方法，只能从软件实现优化性能。本研究的目标是创建一个CD算法 3.2模块化夹具分析 本研究的目的是制定一个协助在组合夹具装配虚拟设计操作的CD算法。为了简化算法，并获得高性能，模块化夹具的特点，应仔细地研究。 1.组合夹具装配设计：组合夹具装配设计的任务是根据设计的夹具计划选择合适的夹具元件和组装配置的过程。因此，基于虚拟现实的组合夹具装配设计的CD问题可以表述为：一个移动的物体与静态环境中的对象（组装元素）在离散时间（组装元素或单位）之间的路口检查。 2.夹具元件形状：形状规则的模块化夹具元件可分为三种类型，即块、气缸、气缸体。其他复杂的装配单元可被视为这三个元元素组成。这是众所周知的OBB的AABB和球体紧密。此外，当一个对象在VE改变它的位置和方向，其OBB不需要重建。因此，我们可以构造OBBs的模块化夹具元件脱机存储元模型的属性。模块化夹具结构在装配设计过程中，这些属性可以直接检索，从而可避免运行时构造包围体的复杂工作。 3.夹具元件布局：一个模块化的夹具系统配套单位，有定位单位和夹紧装置组成。这些单位在底板固定的位置上，并提供相应的功能。在底板平行投影视图，各单位都安排在某种“地区”。此外，为了满足夹具点的高度要求，一个单位往往利用封锁支持一定数量元素对象来切断联系。因此，在垂直方向的底板，元素奠定了层次。因此，我们可以分解元素的布局功能方面的空间。 3.3算法流程图 根据上述特点模块化夹具的算法的设计，是以降低组合夹具装配设计的复杂性和满足基于虚拟现实的要求。在预处理阶段，一旦一个元素或部件组装或拆卸，基于层投影模型（LPM）是建立在这些组装元素OBBs的方面。这样的LPM用于检查时，一个新的CD对象在组装。 就像传统的CD的方法，提出的算法包括两个步骤，即：广阔的阶段和窄阶段。广大阶段是不能过滤相交的对象。在这个阶段，它决定了对象在同一子空间，其在防止LPM重叠和他们OBBs的轮廓相交。这些成对的对象是精确在未来的窄阶段的基于多边形的碰撞测试。测试在广大阶段，可能会在任何时候停止，如果没有找到路口，这有助于抑制许多非相撞或琐碎的碰撞案件。在狭窄的阶段，碰撞检测算法，将计算对象之间的几何网格的详细交集。如果被发现，没有交集多边形的碰撞不会发生，活动对象可以保持移动。否则，当发现重叠，相关反应（建议的制度，它突出的对象和不回跟踪）可能出现。