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研究生: 張欽宇
Chin-yu Chang
論文名稱: 五軸CNC成形砂輪磨齒機NC路徑模擬與碰撞檢測
NC PATH SIMULATION AND COLLISION DECTECTION BASED ON THE FIVE-AXIS CNC GEAR PROFILE GRINDING MACHINE
指導教授: 石伊蓓
Yi-pei Shih
口試委員: 王勵群
Li-chun Wang
蔡高岳
Kao-yueh Tsai
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 79
中文關鍵詞: 成形砂輪磨齒機NC碼轉譯三維體素碰撞檢測
外文關鍵詞: CNC gear profile grinding machine, NC Complier, Volume pixel, Collision Detection
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為提高大直徑圓柱齒輪精度,一般使用成形砂輪研磨加工,現有的成形砂輪磨齒機為五軸CNC同動,可實施包含修砂、磨削和線上量測三種工序。此類機台運動較為複雜,精密度高且價格昂貴,一旦撞機,不僅工件報廢,夾治具撞傷,嚴重者則可能造成機械損壞,其維修費用非常高。為防撞機,一般在加工前會執行空跑以測試NC路徑是否正確,由於工序較為複雜,所需的測試時間長,此時機台無法投入生產因而影響生產效率。有鑑於此,本研究建立三維虛擬實境之模擬系統,以方便使用者模擬規劃之NC路徑。此模擬系統不僅可以節省機台空跑的時間,並可避免撞機發生。
本研究利用Visual Basic 2008做為開發平台,以OpenGL圖形庫為三維圖形顯示基礎,研發成形砂輪磨齒機之三維虛擬實境NC路徑模擬與碰撞檢測系統。建立之模擬系統主要分為三大部份(1)NC碼轉譯功能、(2)三維體素(Voxel)建立功能以及(3)碰撞檢測功能。


In order to improve the precision of the cylindrical gear with large-size diameter, the cylindrical gear is grinding by profile grinding wheel. There are three processes of existing simultaneous five-axis CNC gear profile grinding machine, which including dressing, grinding, and on-machine measurement. The motion of this machine is more complicated, and its precision and price are high. Once the collision of machine happens, the workpiece is declared no longer useable and the clamping fixture is damaged. Critically, the charge of the repair for the damage of machine is expensive. In order to avoid the collision of machine, dry run is implemented to test whether the NC path is correct or not before actual manufacturing. Because of the complicated process, it needs to take long time for testing. At this time, the machine is idle and the production efficiency is reduced. Having this in mind, we develop the 3-D virtual reality simulation system in this study to easily simulate the NC path which the user had planned. It’s not only saves the time for dry run, but also avoids the collision of machine.
We use Visual basic 2008 as the developing platform in this study, and the 3-D graphical library of OpenGL as the foundation of graph showing to develop the 3-D virtual reality NC path simulation and collision detection system. The simulation system is divided into three parts: (1) the complier of NC code, (2) the building of 3-D volume pixel, and (3) the detection of collision.

中文摘要 I Abstract II 誌 謝 III 目 錄 IV 符號索引 VI 圖索引 VIII 表索引 XI 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機與目的 2 1.3 文獻回顧 3 1.3.1 NC碼轉譯 3 1.3.2 體素建立 4 1.3.3 碰撞檢測 7 1.4 論文架構 8 第二章 五軸CNC成形砂輪磨齒機三維模型與座標系統建立 9 2.1 前言 9 2.2 三維零件STL檔案格式 9 2.3 機台各零件相對於機械原點的座標轉換矩陣 11 2.3.1 零件運動座標轉換矩陣與運動方程式的定義 11 2.3.2 程式原點定義 21 2.4 小結 25 第三章 NC碼轉譯器 26 3.1 前言 26 3.2 轉譯器 26 3.2.1 轉譯器概述 26 3.2.2 法那科控制器的語句命令 26 3.3 NC碼轉譯器編譯方法 30 3.3.1 轉譯器架構 30 3.3.2 初始處理模組 31 3.3.3 語法拆解模組 32 3.3.4 變數計算模組 33 3.3.5 G/M碼命令模組 36 3.3.6 依速度之差補點點數計算方法 37 3.4 小結 38 第四章 零件之體素邊界體建立與碰撞檢測 39 4.1 前言 39 4.2 碰撞檢測架構 39 4.3 八元樹Octree 40 4.4 程式產生之零件模型 41 4.4.1 軸對稱的三角面模型建立 42 4.4.2 工件齒輪三角面模型的建立 45 4.5 三角面模型轉換成體素邊界體模型 49 4.6 體素邊界體快速碰撞測試 57 4.6.1 邊界體定義 58 4.6.2 邊界體碰撞測試種類 58 4.6.3 快速碰撞測試 60 4.7 小結 65 第五章 NC碼模擬與碰撞檢測範例 66 5.1 前言 66 5.2 程式功能與使用流程 66 5.3 碰撞模擬 68 5.3.1 範例一:使用探頭碰出一個張字 68 5.3.2 範例二:量測齒輪時因沒有提刀產生的碰撞 71 5.3.3 範例三:研磨齒輪路徑模擬與修砂路徑模擬 72 5.4 小結 74 第六章 結論與建議 75 6.1 結論 75 6.2 建議與未來展望 76 參考文獻 77 作者簡介 79

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