摘要:研究了加工过程中的三维动态模拟图形。利用VB6.0与3DSMAX2.5、AutoCAD R14接口，模拟机械加工过程及原理，产生了逼真的效果，开发了应用软件中的三维动态模拟加工图。将三维动态模拟有效地与CAD/CAM 结合，直观完整地描述了设计和制造过程。成功地用于制造厂的产品设计与制造及教学。

虚拟现实技术正成为CAD/CAM发展的主要方向，强调虚拟原型的快速生成和演化，是虚拟制造在设计领域的应用——以设计为中心的虚拟制造。而机械制造过程仿真有大量的复杂图形，其空间运动轨迹相应地也比较复杂。如机床、刀具、夹具、工件及切削过程中产生的铁屑、产品在加工过程中的物流，一般软件难以快速设计三维模型，实现复杂运动轨迹和复杂图形。因此，在产品的三维图形建模、设计中存在着如何快速建模、进行产品虚拟原型设计，针对这个问题，我们采用快速设计方法建立虚拟三维模型，以VB6.0为主与.3DSMAX2.5、AutoCAD R14接口完成了具有复杂运动轨迹的三维动态图形的编辑与处理，显现了空间复杂运动轨迹，模拟机械加工的一些动作和动作原理，产生了逼真的效果，开发的一些软件用于教学和科研，可在WINDOWS平台、64MB内存环境下运行。

1 三维虚拟模型

按照虚拟原型设计理论，零件虚拟原型由计算机图形学的几何要素组成，零件曲面需要用镶嵌算法及多边形网络来逼近，实体零件是用多面来逼近的。三维动态图形的设计方法有很多。本文提出一种机械加工的方法来进行快速建模的，它的算法比用纯计算方法来建立三维模型要简单、快捷。

图1 钻、扩、铰盘套零件加工过程

图2 车台阶面钻孔加工过程

在组合机床上对工件进行钻扩铰加工(见图1)，图中省去钻模板。其运动是3个以上部件的相对关联运动：在车床用多刀进行加工，车两个阶梯面，钻孔(见图2) ，其加工过程模型及运动轨迹是比较复杂的。对于上述的加工过程的三维动态图形设计，首先就要建立虚拟制造模型(Virtual Manyfacturing Model) ，虚拟设计和制造必须是建立在机械设计制造原理与产品制造基础、工艺装备设计的基础上。在三维动态图形设计与成形过程中，我们把机械产品零件的三维图形设计看作是一种零件加工过程，它有各种加工方案，如铰刀的三维模型加工过程(见图3) ，动态图中的零件制作过程为三维零件制造过程。与平面装配图设计方法一样，三维＂装配＂图也是由一个个三维零件图形组装形成的图形。

2 三维动态运动轨迹设计

三维动态图形运动轨迹方程(即:运动数学模型)是按照加工过程的运动轨迹直接给出。我们可把各种复杂运动分解成简单运动，这样简化了算法。如把钻、扩、铰的加工过程的运动轨迹分解成:刀具的沿Z方向的上下移动和绕Z方向的转动：加工完一个工件后的机床工作台绕Z 轴的分度旋转运动，工件随工作台的旋转运动和加工完一个工件后，安装一个工件毛坯过程，(铰完孔后)取下一个加工好的工件，这些加工动态过程用时间函数T_(X)来表示，而设每个三维零件为X的变量，则有X_i={X₁，X₂，……X_n}， 在设计动态轨迹时，按时间T_x与零件X_i运动的关系进行设计，就会保证各三维零件的同步和相对运动。加工过程中，开始时是进刀空行程，这时是没有铁屑的，加工时才有铁屑。因此虚拟加工过程三维动态图形设计时，把铁屑设计成一个隐藏的物体，我们把它们看成是一组零件，当钻孔开始加工时被隐藏铁屑由小到大地按设计的运动轨迹与T_x刀具同步慢慢显示出来。图1和图2是T_x=50帧时的加工过程。

图3 三维动态模拟图形中的零件制造系统

上述例子可以看出，加工过程可以从单一平面图转变成可视化的三维动态图形，从而使得CAD/CAM形象化、可视化，更接近生产实际，缩短了产品设计制造周期，可达到高效、快速、敏捷，一次试制成功的目的，有效地降低了成本。上述的三维动态模拟也成功地用于教学过程，使机械制造工艺和工程学从抽象的空间思维到现实生产，有效地提高了教学效果。

用3D制作三维动态图形可直接转换成后辍名为avi的文件与VB或VC++接口。

3 结论

提出的三维动态图形加工的基本方法，把三维图形设计过程看作一种零件加工过程。用该方法设计了加工过程中的三维动态图。该方法简单、快捷。

用VB6.0与3DSMAX2.5、AutoCAD R14接口，模拟机械加工过程及原理，产生了逼真的效果，开发了应用软件中的三维动态模拟加工图。将三维动态模拟有效地与CAD/CAM结合，直观完整地描述了设计和制造过程，成功地用于制造厂的产品设计与制造。三维动态模拟车间生产的各种加工过程在教学中取得了非常好的效果。