[发明专利]一种基于图论的主轴系统数字样机快速构建方法

说明书

一种基于图论的主轴系统数字样机快速构建方法，先解析图纸文件，构建线段矩阵，将线段缩放并将进行偏移，然后构建由线段矩阵中线段端点构成的点集和边集，检查边集中的线段之间是否存在间隙，连接间隙两端的点来闭合间隙，得到新点集、边集；将新边集中多条线段合并为一条线段，得到更新点集、边集；检查更新边集中是否存在孤立线段，删除该孤立线段，得到最终点集和边集；构建图G，利用图论中的深度优先遍历算法对图G进行遍历，查找最终点集中存在的所有闭环，构建闭环点集，对其简化，得到新的闭环点集；构建闭环边集和面积集合；本发明利用图论算法实现数字化样机模型的快速建立，提高建模效率，缩短建模周期。

技术领域

本发明属于数字化机械设计技术领域，具体涉及一种基于图论的主轴系统数字样机快速构建方法。

背景技术

主轴是高速精密机床的核心部件，主轴设计能力的欠缺是制约我国机床产业发展的瓶颈之一。传统上主轴设计采用经验加试错的方法，需要进行实际样机的反复制造、调试、测试，需要制备大量的物理样机，开发周期长，开发成本高。随着通用CAE软件的兴起，曾有企业尝试基于商用CAE软件分析主轴特性，但其往往操作复杂，建模效率低，计算速度慢，人工交互量大，关键参数难以确定，结果可参考性差，难以支持主轴设计全周期的分析优化，因此未能在机床行业得到推广应用。

主轴高效设计的发展方向是数字化正向设计，需要突破的关键技术是基于数字化样机的模拟仿真代替物理样机的试验分析。数字化样机技术，即在机械工程中对产品、机构进行动态仿真，又称为虚拟样机技术，它是20世纪80年代迅速发展起来的一项计算机辅助工程(CAE)技术。应用数字化样机技术，可以对机械产品进行动态性能分析与优化设计以改进设计方案、简化开发过程，可以大大缩短开发周期、减少开发费用、明显提高产品质量和系统性能。

目前在主轴系统设计阶段，往往先进行二维平面模型的设计，如绘制CAD平面图纸等，如何将其快速转化为主轴系统数字化样机模型仍是一个难点。在建立主轴系统数字化样机时，建模过程复杂，建模效率低，主要表现在：对主轴系统建模时，需要人工识别各个轴段信息，并依次对各个轴段信息进行手动输入，包括轴段长度、内径和外径等参数，建模过程繁琐，建模效率较低；在输入各个轴段信息时，有时会由于轴段数目较多造成输入错误，进而导致主轴系统数字化样机模型建立不正确；主轴系统建模完成后进行动力学、热力学分析时，对于主轴系统边界条件的选取和设置过程较为复杂。

因此，为了快速构建主轴系统数字化样机模型，解决数字化样机建模复杂、效率低的问题，提高数字化样机建模和分析效率，有必要提出一种新的主轴系统数字化样机快速构建方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的是提出一种基于图论的主轴系统数字样机快速构建方法，利用图论算法实现数字化样机模型的快速建立，提高建模效率，缩短建模周期。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于图论的主轴系统数字样机快速构建方法，包括以下步骤：

步骤1：解析DXF格式的CAD图纸文件，获得DXF文件实体段中线段、多线段、样条曲线、圆(弧)和圆角的数据；

步骤2：将步骤1得到的多线段、样条曲线、圆(弧)和圆角均转换为线段，并和步骤1得到的线段构建线段矩阵L₁：

其中，x_i1、y_i1、z_i1(1≤i≤n)分别代表线段i起点的x、y、z坐标，x_i2、y_i2、z_i2(1≤i≤n)分别代表线段i终点的x、y、z坐标；

步骤3：将线段矩阵L₁中的线段按照国际单位制缩放，得到线段矩阵L₂：