【正文】 問題 :一方面培養(yǎng)的對象多，另一方面資金設(shè)備受到嚴(yán)格的限制且安全系數(shù)低。 鑒于上述原因，再加上數(shù)控教學(xué)本身的特點(diǎn) :編程難，操作容易。然而數(shù)控設(shè)備價格 昂貴，學(xué)校的條件非常有限，不可能購買大量的數(shù)控設(shè)備供學(xué)生進(jìn)行生產(chǎn)實習(xí)。 （ 3） 本研究為我們提供一次設(shè)計仿真軟件的機(jī)會，可以提高教師的科研水平。日本東京大學(xué)開發(fā)了 KOSMO 柔性制造系統(tǒng)仿真器。意大利 Bologna 大學(xué)用 B 樣條曲面建立端銑刀與工作臺模型，采用真實感圖形顯示銑床精加工過程。又如清華大學(xué)、華中理工大學(xué)CAD 中心聯(lián)合開發(fā)的“通用加工過程仿真器 GMPS”，在 SGI 工作站及高檔微機(jī)上能實現(xiàn)三種典型的加工中心 (立式、臥式、車削 )加工過程的仿真 。同濟(jì)大學(xué)研制的數(shù)控程序微機(jī)動畫仿真系統(tǒng)，以二維圖形方式動態(tài)模擬加工過程，能滿足生產(chǎn)現(xiàn)場實時性要求。目前，許多科技人員正在進(jìn)行生產(chǎn)工程中最基礎(chǔ)的切削加工技術(shù)的研究，其中多數(shù)研究的目的是在弄清楚加工現(xiàn)象的同時，對加工過程進(jìn)行預(yù)測。 5 2 系統(tǒng)開發(fā)工具及運(yùn)行環(huán)境 面向?qū)ο蠹夹g(shù) 所謂面向?qū)ο缶褪腔趯ο蟾拍?，以對象為中心，以類和繼承為構(gòu)造機(jī)制，來認(rèn)識、理解、刻畫客觀世界和設(shè)計、構(gòu)建相應(yīng)的軟件系統(tǒng)。因此，對象的抽象是類，類的具體化就是對象，也可以說類的實例是對象。在對象的操作中，當(dāng)一個消息發(fā)送給某個對象時，消息包含接收對 象去執(zhí)行某種操作的信息。 面向?qū)ο蟮娜筇卣? （ 1） 封裝性 封裝機(jī)制將數(shù)據(jù)和代碼捆綁到一起，避免了外界的干擾和不確定性。 （ 2） 繼承性 繼承性是子類自動共享父類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和方法的機(jī)制，這是類之間的一種關(guān)系。 面向 對象的 Visual 語言概述 VB 是基于對象的可視化程序開發(fā)工具，它的優(yōu)點(diǎn)在于能夠快捷、簡易地建立 Windows 應(yīng)用程序。 雖然 IDE為我們提供了便捷的開發(fā)環(huán)境，但 VB 是一個基于對象的開發(fā)工具，而不同于傳統(tǒng)的基于過程的編程工具，所以我們必須明確以下幾個概念。 Windows 應(yīng)用程序?qū)儆凇笆录?qū)動”模式，即只有當(dāng)事件發(fā)生時，程序才會運(yùn)行。 （ 7） 事件驅(qū)動模式 :通過事件的發(fā)生來觸發(fā)不同過程中的代碼，以推動程序的進(jìn)程。 （ 2） 標(biāo)簽控件 (Label)標(biāo)簽控件是 VB 中最簡單的控件，用于顯示文本說明信息。 （ 4） 圖片框控件 (PictureBox)圖片框控件是用來顯示圖形的，但同時它又可以作為其它控件的容器。圖像控件不能用做容器。在本文系統(tǒng)中，比如顯示系統(tǒng)時間、刀具沿各坐標(biāo)軸移動、卡盤轉(zhuǎn)動、自動加工數(shù)控程序等各項操作都是命令給定后，獨(dú)立于用戶周期性地執(zhí)行的操作，都是由定時器控件完成的。它沒有 64K 字符容量的限制，并具有對文本指定格式的 8 功能。 窗體的設(shè)計 整個交互界面由一個個窗體按一定的位置，以一定形狀組成。卸載時，將其上一些控件所獲取的用戶輸入及其它一些參數(shù)值記憶下來，一部分傳入相應(yīng)的系統(tǒng)初始化文件中保存，以備下 次加載時調(diào)入，一部分傳入到全局變量或模塊變量中，以使其他加載窗體上的控件可以獲取這些信息。 控件設(shè)計 控件是窗體上用于接收和反饋信息的直接交互窗口，控件接收的信息一部分來自于用戶的鍵盤輸入或鼠標(biāo)點(diǎn)擊，如文本框接收用戶鍵入的符合或數(shù)字，按鈕響應(yīng)用戶的鼠標(biāo)點(diǎn)擊事件 。對于一些在外形和功能上相同或相似的控件，采用控件數(shù)組的方式統(tǒng)一設(shè)計事件相應(yīng)過程，不僅結(jié)構(gòu)清晰而且極大地提高了設(shè)計效率。“編輯”主要包括修改、刪除、插入、列表等 ，可對 NC 加工程序進(jìn)行編輯。 （ 2） 工具欄給用戶提供了一個直觀的圖形界面，用戶可通過它直接使用應(yīng)用程序中，最常見的功能和命令。如圖 22 是用 VB語言編寫的界面和在其環(huán)境下調(diào)用部件庫中的部件后形成的加工環(huán)境實例。 本章小結(jié) 本章介紹了面向?qū)ο蠹夹g(shù)及其三大特點(diǎn)，結(jié)合本文系統(tǒng)枚舉了幾種VisualBasic 的常用內(nèi)部控件、外部控件以及用戶觸發(fā)事件及其系統(tǒng)界面的整體布局和窗體控件的相關(guān)設(shè)計等。 在仿真加工過程中，車刀刀尖的 Z坐標(biāo)同工件被加工回轉(zhuǎn)表面所處 Z坐標(biāo) (回轉(zhuǎn)體軸線 )相對應(yīng)，刀尖所處的 X 坐標(biāo)取絕對值就是被加工工件在該處的半徑值。整個設(shè)計過程涉及多達(dá)幾十個窗口的切換及其上各種控件的狀態(tài)變化，還有面板上數(shù)十個按鈕功能代碼的編寫。代碼完成后以獨(dú)立模塊的形式依次添加進(jìn)教學(xué)仿真系統(tǒng)框架中對應(yīng)功能按鈕的位置，同時進(jìn)行協(xié)調(diào)性的測試和調(diào)試，直至這部分功能穩(wěn)定運(yùn)行。刀具容納大量的刀具數(shù)據(jù)并且做到有效的管理。在數(shù)控加工程序中這些運(yùn)動可以通過GO1, G02, G03 等指令完成。數(shù)控程序由 GAPT 自動編程系統(tǒng)自動產(chǎn)生或手工編程由人工鍵盤輸入。 （ 4） 將仿真結(jié)果與軌跡實際進(jìn)行比較。數(shù)據(jù)充分，能滿足工件加工精度預(yù)測的需要 :顯示效率高，能以圓柱面、圓錐面、圓環(huán)面等組合來顯示整個工件。 這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用來保存毛坯尺寸的重要參數(shù)。刀具數(shù)據(jù)庫僅僅完成刀具數(shù)據(jù)管理，在仿真中還要完成刀具庫配置，為此建立一個刀具文件，刀具文件是對數(shù)控車床刀架 (或稱刀具庫 )的模范，仿真系統(tǒng)從刀具數(shù)據(jù)庫中選擇刀具組并轉(zhuǎn)化為文件的形式完成刀具庫配置，再從刀具文件中選擇刀具作仿真切削加工。刀庫中，描述刀具模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下： int m_iCutterNumber。//車刀的副偏角 double dDeputyEdge。 為了保存刀庫內(nèi)的所有刀具，定義了兩個模板集合類的數(shù)組對象 : CarrayTurnCutter,TurnCutteramp。 m TurnCutterList 保存被選用的刀具數(shù)據(jù)， NC 程序執(zhí)行時按此數(shù)組中保存的刀具順序依次選用。在 NC 代碼 15 執(zhí)行時也是從 m TurnCutterList 中 提取刀具信息，根據(jù) NC 程序中的刀號數(shù)決定畫什么刀具。如無論哪個廠家生產(chǎn)的數(shù)控車床，其車床主體功能必然支持快速定位、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、螺紋加工及換刀等。 為實現(xiàn)仿真系統(tǒng)的通用性，首先要解決 NC 代碼識別的通用性。刀數(shù)控機(jī)床的基本加工功能 Double x。 16 int y。//機(jī)床的進(jìn)給速度 int s。 在系統(tǒng)具體實現(xiàn)時，除 T 代碼外， F, S, M, G 代碼的作用只是在 NC 程序仿真狀態(tài)欄中顯示相關(guān)信 息，但這些代碼后面加上必要的數(shù)字信息才能真正體現(xiàn)NC 程序在實際加工中對機(jī)床的控制。 代碼編譯器的設(shè)計原理 NC 代碼編譯是仿真系統(tǒng)的主程序。設(shè)計思想是按照可以支持 G00, G01, G02,G03, G04, G33, G40, G41, G42, G90, G91, G92 等 12 種準(zhǔn)備加工指令、所有需要兩坐標(biāo)聯(lián)動的指令都能對四個象限自動識別、一個程序段中最多可以存在 3 條不同類別的 G 指令進(jìn)行考慮的。經(jīng)過轉(zhuǎn)化而存儲的虛擬機(jī)床狀態(tài)信息，指導(dǎo)虛擬數(shù)控系統(tǒng)控制仿真系統(tǒng)模擬加工過程如圖 所示，整個翻譯過程通過預(yù)處理后有三遍掃描。首先在進(jìn)行第一次處理代碼時，主要進(jìn)行詞法、語法的錯誤檢查及簡單的詞意解釋，但一般不進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。然而這樣只能檢查出代碼中的詞法、語法等格式上的錯誤。將修改后的 NC 代碼重新輸入，進(jìn)行解釋、編譯等，再次進(jìn)行仿真加工。仿真系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的接口，對該機(jī)床的 CNC 系統(tǒng)開發(fā)出翻譯模塊。 20 4 數(shù)控插補(bǔ)原理和模擬仿真加工 插補(bǔ)仿真系統(tǒng)的設(shè)計 NC 代碼通過編 譯后，將編譯成功的 NC 代碼文件存儲在數(shù)據(jù)庫中。插補(bǔ)方法主要分為基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)方法 (或者脈沖增量插補(bǔ)方法 )和數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)方法兩大類，逐點(diǎn)比較法和數(shù)字積分法均屬于脈沖增量插補(bǔ)方法。逐點(diǎn)比較法運(yùn)算 直觀，插補(bǔ)誤差大不超過一個脈沖當(dāng)量，而且輸出脈沖均勻，在兩坐數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用較為普遍。 系統(tǒng)以 Visual Basic 語言進(jìn)行設(shè)計，系統(tǒng)主要包括參數(shù)輸入、坐標(biāo)平移、過象限判斷、插補(bǔ)類型判斷和插補(bǔ)計算及仿真等主要模塊，如圖 41 所示為系統(tǒng)流程圖。 （ 3） 過象限判斷當(dāng)插補(bǔ)對象為圓弧時，存在過象限問題，而不同象限圓弧的插補(bǔ)計算方法也不同，因此需要對圓弧進(jìn)行過象限判斷。 圖 41 直線和圓弧插補(bǔ)仿真流程圖 22 插補(bǔ)仿真系統(tǒng)的實現(xiàn) 數(shù)據(jù)程序?qū)α慵拿枋鏊o出的是直線的起點(diǎn)和終點(diǎn)，圓弧的起點(diǎn)和終點(diǎn)，是逆圓還是順圓，圓弧插補(bǔ)的圓弧半徑，螺紋的起點(diǎn)和終點(diǎn)以及螺紋的螺距等信息。 在車削加工中，一方面工件繞自身回轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，另一方面刀具沿 X,Z 軸方向移動，使其相對于工件處于預(yù)定的位置，兩者共同合成切削運(yùn)動，去除工件上多余的材料。在記錄刀具軌跡時，對刀具軌跡進(jìn)行離散采樣，即只記錄在刀具軌跡上的一些離散點(diǎn)一一采樣點(diǎn)。在記錄零件各截面的信息時，當(dāng)每一個程序執(zhí)行完后即把截面信息記錄在 Shape 中， Shape 稱為工件形狀鏈表。同時具體加 工環(huán)境的限制也是實際加工中進(jìn)行數(shù)控代碼有效性檢驗所要考慮的因素。以右偏刀切外輪廓為例，其對于直線和圓弧的干涉檢查如圖 42 所示。在這里，干涉報告是一個文件。而對于車削加工過程干涉碰撞檢查所見到的有關(guān)研究報告較少，本方法則適合車削加工過程干涉碰撞檢查。 例如加工如下圖 44 所示零件，實現(xiàn)由粗加工到精加工的成形過程 圖 44 零件 根據(jù)以上零件圖選擇加工刀具并設(shè)定刀位 [8]: 一號刀：端面刀 26 二號刀：割刀 棒料直徑： 20mm 材料：鑄銅件 加工準(zhǔn)備： ，選用端面刀精車一下端面，記下該端面處 的 ZO 值，再精車一下外圓，記下刀尖于外圓處的 XO 值，測出外圓直徑為 D，可計算出起刀點(diǎn)縱向坐標(biāo) X: XODf50，橫向坐標(biāo) Z:Z0+100，即將工作臺移到絕對坐標(biāo) X, Z 處即可進(jìn)入自動運(yùn)行菜單執(zhí)行加工程序了。程序在編制完成后應(yīng)通過系統(tǒng)的運(yùn)行功能反復(fù)調(diào)試，看看是否與編程要求吻合，如不吻合應(yīng)退回編輯窗口重新編輯后再調(diào)試，直至滿足加工要求后方可進(jìn)入自動允許菜單中進(jìn)行加工。模擬系統(tǒng)中虛擬刀具的移動就是受主程序中這個“發(fā)脈沖”信息控制的。 圖 47 車削實例演示結(jié)果 31 綜合加工零件 （ 1）主程序： %03 M03S600 T1D1 G00X50Z1M08 G01X45 Z35 G00Z2 G01X35 Z15 _%04 P3 G90G00X90Z30 G96G00X5Z0 _%04 G90G97G00X。 另外，由于虛擬刀具只處在虛擬工件的一側(cè) ，刀尖基點(diǎn)只有一個，但車削工件圖形應(yīng)該是對稱的，所以在 Z (VB 中是 X)軸對稱位置上還應(yīng)有一個假想刀尖基點(diǎn)，然后，另設(shè)一把假想刀具，它的填充顏色應(yīng)和背景色一致。按照逐點(diǎn)比較法原理，這將使刀具朝坐標(biāo)方向走一步。 NC 程序編制如下： N0010 g92 x50 zl00 設(shè)工件編程坐標(biāo)原點(diǎn) N0015 t10 換端面刀 N0020 g00 z0 N0030 g01 x30 f300 N0040 g01 x2 f30 車端面 N0050 g01 zl f200 N0060 g00 x20 N0070 g01 z50 f50 N0080 g01 ul w1 f100 N0090 g00 z2 N0100 g01 x18 f200 N0110 g01 z50 f50 N0120 g01 u1 w1 f50 N0130 g00 z2 N0140 g01 x17 f200 N0150 g01 z45 f50 N0160 g1 u1 w1 f50 N0170 g00 z2 N0180 g01 x14 N0190 g01 x14 f200 N0200 g01 z15 f50 N0210 g00 z2 N0200 g01 x13 f200 N0230 g01 z15 f50 N0240 g01 u1 w1 N0250 g00 z2 N0260 g01 x10 f200 N0280 g01 z5 f50 N0290 g01 u1 w1 N0300 g00 z2 27 N0310 g01 x7 f200 N0320 g01 z5 f50 N0330 g01 u1 w1 N0340 g00 z2 N0350 g00 N0000 g22 12 N0000 g01 f100 N0360 g01 z5 f50 N0370 g01 u4 f50 N0380 g01 z15 f50 N0390 g01 u2 N0400 g01 u4 w8 f50 N0410 g01 u4 z40 f50 N0430 g02 u4 w2 r2 f50 N0440 g01 z45 N0450 g01 u1 N0460 g01 z50 f50 N0470 g01 u1 w1 N0480 g00 z2 N0490 g01 u12 f200 N0500 g80 以上程序為粗車外輪廓 N0510 g00 x50 N0020 g00 z0 N0000 g01 f100 N0360 g01 z5 f50 N0370 g01 u4 f50 N0380 g01 z15 f50 N0390 g01 u2 N0400 g01 u4 w8