數(shù)控加工自動編程及仿真實驗系統(tǒng)構(gòu)建

摘要：數(shù)控加工對于現(xiàn)代制造業(yè)來說具有十分重要的作用，隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，對于零件的要求也變得越來越高，如何生產(chǎn)出具有高質(zhì)量的零件是數(shù)控加工需要重點研究的課題。由于數(shù)控設備較昂貴，如果用數(shù)控制備一次次地加工零件要花費較大的成本，對于數(shù)控加工技術(shù)進行自動編程與仿真工作能夠有效地降低成本，提高設備的加工質(zhì)量?；诖?，文章對于數(shù)據(jù)加工自動編程與仿真工作進行了研究。

關鍵詞：數(shù)控加工；自動編程；仿真實驗系統(tǒng)；建立模型；繪制模式；模型重構(gòu) 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG659 文章編號：1009-2374（2015）21-0023-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.21.012

所謂數(shù)控加工，主要指的是一個零件按照圖紙的要求進行加工的整個過程，在這個加工過程中，需要根據(jù)圖紙上零件的所有數(shù)字化的定義來制定相應的指令，而且能夠有效的保障零件在加工中具有較高的精度，對于最終加工成的零件來說，在對這一零件進行檢驗時，能夠更加方便地對零件的整體形狀與尺寸進行控制，提高整體的精度。就實際情況來看，當需要進行加工的零件復雜程度與精度要求都十分高時，數(shù)控加工便能夠更好地發(fā)揮出其特點與優(yōu)勢。在實際的操作過程中，無論數(shù)控程序編寫的多么精細，仍然會有著較多的問題，而且傳統(tǒng)的手動編寫程序不僅容易出錯，而且需要消耗較多的時間。由此可以看出，將自動編程技術(shù)引入到數(shù)控加工程度中具有較高的意義，能夠有效的提高整體數(shù)控系統(tǒng)的精度與效率，再加上仿真性的實驗，便可以根據(jù)不同零件的要求進行模擬加工，具有十分高的實用性。

1 數(shù)控加工自動編程系統(tǒng)的構(gòu)建

1.1 數(shù)控加工中自動編程的要求

在數(shù)控系統(tǒng)中應用自動編程技術(shù)，主要便是將數(shù)控技術(shù)與計算機技術(shù)進行有效結(jié)合，通過計算機的思想將數(shù)控加工中的各個環(huán)節(jié)都緊密地結(jié)合在一起，所以，在實際應用中一定要將所有的計算機輔助加工軟件都聯(lián)系在一起，比如CAD、CAM等。在數(shù)控加工編程中，首先需要做的便是能夠有效地識別圖紙，對于圖紙識別的軟件目前應用最廣泛的便是AUTOCAD軟件，通過使用這一軟件來為整體系統(tǒng)進行服務是十分合適的。之后，需要通過這一軟件將零件所有的特征進行總結(jié)，與數(shù)控機床進行結(jié)合，所以在加工過程中需要對數(shù)制機床有一定的認識與了解，能夠熟練地使用數(shù)控機床，特別是對于G代碼應當有相當清楚的理解。

1.2 數(shù)控加工自動編程技術(shù)不同模塊的功能

在自動編程技術(shù)中，需要對整體系統(tǒng)細分成不同的模塊，通過這些模塊的共同工作來完成整體的工作。

第一，對圖形進行分析。這一部分主要指的是通過使用計算機軟件對需要加工的零件進行分析，總結(jié)出這一零件所具有的特征，將所有的特征進行分類，在加工的時候便可以根據(jù)這些特征編寫相應的加工工序。

第二，對數(shù)據(jù)進行相應的處理。在完成對零件特征與信息的收集與整理之后，便需要建成的數(shù)據(jù)庫對這些特征進行分析處理，通過相應的算法生成刀具的運動

軌跡。

第三，將需要的工藝進行輸入與分析。對于不同零件的加工來說所需要的工藝也有著一定的差別，所以，需要根據(jù)加工工藝的不同將所需要的工藝輸入到自動編程的程度當中，以此來確定在加工過程中切削的用量等必需的參數(shù)。而且這些參數(shù)都需要是臨時的，因為每次加工的條件不同所對應的加工參數(shù)也不同。

第四，整體自動編程數(shù)據(jù)庫的建立。在自動編程過程中，需要對零件所具有的信息進行處理，而處理的時候便需要從數(shù)據(jù)庫當中得到相應的信息，將這些信息進行重新的組合便能夠生成加工零件所對應的加工程序，才能夠進行整體的數(shù)控加工。

2 數(shù)控加工仿真實驗系統(tǒng)的構(gòu)建

在數(shù)控加工技術(shù)中，通過使用NC來進行切削的仿真主要可以分成兩個部分，分別是幾何方面的與力學方面的。對于前者切削技術(shù)來說，主要是需要考慮一些物理量，這些物理量主要指的便是切削參數(shù)與切削力，這兩個參數(shù)對于走刀來說是十分重要的，可以有效地驗證NC程序所具有的正性。對于整個切削技術(shù)來說，其需要物理仿真的一種，它的工作過程可以被看作是通過使用動態(tài)力學來完成對刀具的預測，以此來完成對各個參數(shù)的控制作用，最終完成整體加工過程的優(yōu)化處理，提高整體加工的精度。

而所謂的幾何仿真，則主要是通過使用幾何建模的方面來進行的，這種方法最重要的便是利用幾何方面的空間與離散的方法來進行計算的，最終達到提高加工精度的效果。

通過對這兩個加工技術(shù)的比較，通過使用幾何的技術(shù)能夠有效地將零件進行模擬化，并且將模擬化生成的零件的模型輸入到整體加工系統(tǒng)當中去，這樣一來就能夠有效地提高整體加工的效果，使得最終得到的仿真結(jié)果與實際要求僅具有較小的差別。本次研究工作便是通過使用這種技術(shù)，在原有的CNC的基礎上進行了二次開發(fā)，從而為工作人員提供一套具有較高操作性與可視性的軟件，并且通過相應的算法與模型的建立以提高整體數(shù)控加工的精度。另外，本次二次開發(fā)所得到的程度具有較高的美觀，能夠給使用者提供一定的真實感，下文便對這一系統(tǒng)進行介紹。

數(shù)控加工仿真模型的建立有以下三個方面：

2.1 建立模型

在計算機圖形學中，一般常用三角形網(wǎng)絡模型來描述物體。隨著零件加工精度要求的提高和加工設備的完善化，三角形網(wǎng)絡模型就需要上萬個，甚至幾十萬個三角形面片構(gòu)成，為了進一步簡化數(shù)控加工零件模型的動態(tài)仿真計算過程、節(jié)省大量的存儲空間、更好地實現(xiàn)仿真繪制，本文選取零件表面規(guī)則三角片化的方法，這樣一來，每一個三角片所占的內(nèi)存空間大大減少，平均每個僅占一個內(nèi)存空間。

2.2 繪制模型

采用零件表面規(guī)則三角片化方法將零件模型建立好以后，利用OpenGL圖形函數(shù)將所有的三角片進行繪制，加工零件的外觀就顯現(xiàn)出來了。三角形的頂點就是網(wǎng)絡的節(jié)點，各節(jié)點高度值就是高度緩沖區(qū)存儲的數(shù)值，因此這種建模方法具有方便遍歷到每個網(wǎng)絡節(jié)點的優(yōu)點，能夠快速將所有的三角片繪制完成，能節(jié)約一定的實驗時間。

2.3 動態(tài)仿真的模型重構(gòu)算法

車削過程就是模型的重構(gòu)。在車削的系統(tǒng)動態(tài)仿真進行車削過程時，先將車削模型轉(zhuǎn)化為銑削模型，就是鋼板（寬為2πR、厚為R）沖壓成鋼柱（半徑為R）的一個逆過程，如此就完成車削模型與銑削模型的轉(zhuǎn)化了。要注意，在轉(zhuǎn)化的過程中，也要將車刀的運動軌跡作相同的轉(zhuǎn)換。車削模型與銑削模型統(tǒng)一在一起后，其算法也就是由具體變?yōu)橐话?，代碼也得到簡化，更易于

實現(xiàn)。

3 結(jié)語

在基于通用計算機輔助機械設計軟件的平臺上，開發(fā)面向加工設備的數(shù)控自動編程系統(tǒng)，使設計CAD直接面向加工CAM，同時面向加工設備的思想使CAM有了與CAPP、CAE聯(lián)系的橋梁，使得CAD、CAM、CAPP、CAE能很好地統(tǒng)一起來，有利于計算機集成制造系統(tǒng)的實現(xiàn)。數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的實現(xiàn)不僅可以用作數(shù)控編程人員的培訓，讓受訓人員可以進行實踐操作，增強他們的實踐能力，減少昂貴的設備投入，還可以在制造企業(yè)內(nèi)部使用，實現(xiàn)快速、精確的數(shù)控加工程序仿真，應用價值非常高。

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作者簡介：左薇（1984-），女（仡佬族），貴州遵義人，岳陽職業(yè)技術(shù)學院助教，研究方向：機械及其自動化。

（責任編輯：周 瓊）