【正文】 是 CAM 系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，包括規(guī)則工藝庫(kù)，刀工具庫(kù)，特征信息庫(kù)，特征 刀軌庫(kù)。底部各種數(shù)據(jù)庫(kù)為該系統(tǒng)的運(yùn)行提供必要的數(shù)據(jù)支撐，是該系統(tǒng)運(yùn)行的保證， 系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的各種數(shù)據(jù)的獲取 、 加工工藝決策以及特征刀軌的規(guī)劃都是在基于數(shù)據(jù) 庫(kù)的基礎(chǔ)上運(yùn)行。 柴油機(jī)復(fù)雜零件數(shù)控自動(dòng)編程系統(tǒng)的組成模塊 船用柴油機(jī)復(fù)雜零件自動(dòng)編程系統(tǒng)的功能模塊組成如圖 23 所示 ， 系統(tǒng)由刀具信息 庫(kù)、工藝信息庫(kù)、模板庫(kù)、編程導(dǎo)航、后處理、用戶信息管理六個(gè)模塊組成。 船用柴油機(jī)復(fù)雜零件數(shù)控編程系統(tǒng) 刀具信 息庫(kù) 工藝信息 庫(kù) 模板庫(kù) 編程導(dǎo) 航 用戶 后處理 信息 管理 各個(gè)模塊的功能如下： 圖 23 復(fù)雜零件數(shù)控編程系統(tǒng)組成模塊 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 （ 1）刀具信息庫(kù) 刀具是加工中必不可少的一部分 ， 該刀具信息庫(kù)包括刀具信息的編輯 、 刀具信息的 修改、刀具信息的導(dǎo)出等。其中導(dǎo)出部分至關(guān)重要，因?yàn)樵撟詣?dòng)編程系統(tǒng)的刀具參數(shù)設(shè) 置主要就是通過(guò)導(dǎo)出刀具參數(shù)模板，然后供 UG 直接調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而不需要人工輸入 刀具參數(shù)。 （ 2）工藝信息庫(kù) 工藝是加工過(guò)程中必不可少的組成部分 ， 工藝信息庫(kù)的管理主要完成船用柴油 機(jī) 復(fù) 雜零件工藝庫(kù)的查看、編輯、添加和刪除等操作。 （ 3）模板庫(kù) 該自動(dòng)編程系統(tǒng)主要對(duì)切削參數(shù)（除了主軸轉(zhuǎn)速，進(jìn)給量和切削余量三個(gè)參數(shù)）建 立了一個(gè)模板，這樣就可以通過(guò)匹配模板，來(lái)獲取切削參數(shù)的值。例如銑削加工就有六 十幾個(gè)參數(shù)，手工輸入數(shù)據(jù)起來(lái)很繁瑣，通過(guò)建立模板庫(kù)，提高了工作效率。 （ 4）編程導(dǎo)航 該模塊是柴油機(jī)復(fù)雜零件自動(dòng)編程系統(tǒng)的主要模塊 ， 直接關(guān)系到系統(tǒng)運(yùn)行的正確性 和優(yōu)良性，也體現(xiàn)了該系統(tǒng)的主要特征。該模塊主 要完成切削參數(shù)的導(dǎo)出。通過(guò)編程向 導(dǎo)，來(lái)選擇加工的某一工步，然后通過(guò)加載模板，導(dǎo)出切削參數(shù)模板來(lái)供 UG 加工的時(shí) 候直接調(diào)用。 （ 5）后處理 該模塊主要對(duì)后置處理器進(jìn)行管理。該模塊在該自動(dòng)編程系統(tǒng)中還沒(méi)有完成。 （ 6）用戶管理 主要完成用戶信息的管理，如用戶信息管理、用戶登陸管理等。 專用 后 置 處理 器 設(shè)計(jì) 后置處理工作流程 UG/Post Builder 是一個(gè)圖形界面編輯工具，用于產(chǎn)生后處理所需要的 .tcl 和 .def 文件，而不需要用戶直接編寫 Tcl 程序。 UG/Post Builder 同時(shí)產(chǎn)生一個(gè) .pui 文件，供 Post Builder 打開 ， 編輯修改原先的位置 。 UG/Post Builder 可以靈活定義 NC 程序輸出 的格式和順序，以及程序頭尾、操作頭尾、換刀、循環(huán)等。圖 24 所示為數(shù)控機(jī)床后處 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 生成 /編輯 Tcl 文件 理文件的建立過(guò)程。 查閱機(jī)床 /控制 系統(tǒng)手冊(cè) UG/Post 不能滿足要求時(shí) UG/Post Builder Error 測(cè)試 生成 /編輯 Def 文件 OK 機(jī)床類型 銑、車、車銑、 特殊機(jī)床 測(cè)試 線切割 執(zhí)行后處理 OK 圖 24 用 UG/POST BUILDER 建立后處理文件的過(guò)程 專用后置處理器需實(shí)現(xiàn)的功能 要使所生成的數(shù)控程序不經(jīng)手工修改，直接應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床加工，則必須針對(duì)每一 臺(tái)數(shù)控機(jī)床定制專用的后置處理器 。 這就要求開發(fā)人員熟悉所用的自動(dòng)編程系統(tǒng)及所生 成的刀具路徑文件的格式 、 熟悉所用數(shù)控機(jī)床及其數(shù)控系統(tǒng)代碼功能及其表述格式 ， 而 這一工作是智力密集和勞動(dòng)密集兼而有之的過(guò)程 。 當(dāng)面臨的自動(dòng)編程系統(tǒng)眾多 ， 機(jī)床及 其數(shù)控系統(tǒng)眾多的情況下 ， 從頭開發(fā)專用后置處理程序的工作就顯得相當(dāng)繁重 。 本文以 開發(fā)通用后置處理程序?yàn)榛A(chǔ) ， 應(yīng)用數(shù)控代碼導(dǎo)向等相關(guān)技術(shù)定制數(shù)控機(jī)床專用后置處 理程序。 本設(shè)計(jì)就將以某船用柴油機(jī)廠的 HB150{FANUC 18 iM)， FTP130 (SIEMENS 840D)， MV80（ FANUC 18im）和 HM800（ FANUC 18im）等七臺(tái)數(shù)控機(jī)床為例開發(fā)適用于機(jī)床 數(shù)控系統(tǒng)要求的專用后置處理器。 首先需要了解以下幾點(diǎn)： （ 1）首先了解機(jī)床的結(jié)構(gòu)、機(jī)床配備的附屬設(shè)備、機(jī)床具備的功能及功能實(shí)現(xiàn)的方 式（手動(dòng)還是自動(dòng) ） ，機(jī)床行程極限，軸數(shù)，直線插補(bǔ)精度，旋轉(zhuǎn)方式等等。 （ 2）機(jī)床配備的數(shù)控系統(tǒng)，熟悉該系統(tǒng)的 NC 編程包括功能代碼的組成、含義，是 否有不同于 ISO10561975 標(biāo)準(zhǔn)的代碼格式，如 G、 M 代碼及同一行中字地址的輸出順 序。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 裝配機(jī)床 （機(jī)床模型庫(kù)） 設(shè)置毛坯 （毛坯庫(kù)） 設(shè)置夾具 （夾具庫(kù)） 加載刀具 （刀具庫(kù)） 設(shè)置系統(tǒng)參數(shù) 讀入 NC 程序 刀具坐標(biāo)信 息 NC 程序編譯 （ 3）定制專用處理器，程序部分可加入用戶自定義特殊后置處理輸出命令，然后在 用戶命令項(xiàng)添加自定義的處理代碼 。 通用后置處理器根據(jù)外界輸入的信息 ， 調(diào)用其內(nèi)部 數(shù)據(jù)庫(kù)模型，經(jīng)判斷、排列、組合后，生成用戶要求的專用后置處理器。 柴油機(jī)復(fù)雜零件加工仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì) 加工過(guò)程的動(dòng)態(tài)仿真是整個(gè)三維數(shù)控仿真的核心，一直是研究的熱點(diǎn)。本系統(tǒng)的 基本思想是：采用實(shí)體造型技術(shù)建立加工零件毛坯、機(jī)床、夾具及刀具在加工過(guò)程中的 實(shí)體幾何模型，然后基于輸入的 NC 程序，將加工零件毛坯與刀具的幾何模型進(jìn)行快速 布爾運(yùn)算，最后采用真實(shí)感圖形顯示技術(shù)，把加工過(guò)程中的零件模型、機(jī)床模型、夾具 模型及刀具模型動(dòng)態(tài)地顯示出來(lái) ， 模擬零件的實(shí)際加工過(guò)程 。 由于本系統(tǒng)是基于數(shù)控代 碼的模擬仿真 ， 所以不僅能檢查刀具運(yùn)動(dòng)軌跡正確與否 ， 還能判斷加工參數(shù)選擇是否合 適，其特點(diǎn)是仿真過(guò)程的真實(shí)感強(qiáng)，具備與實(shí)際試切加工相同的驗(yàn)證效果，而且可以全 方位地實(shí)時(shí)地觀察整個(gè)加工過(guò)程。加工過(guò)程仿真的流程如圖 25 所示。 Machine Simulation 刀具運(yùn)動(dòng)軌跡 仿真 機(jī)床運(yùn)動(dòng)過(guò)程 開始 材料去除過(guò)程 碰撞干涉檢測(cè) 圖 25 復(fù)雜零件加工過(guò)程仿真流程圖 利用 VERICUT 強(qiáng)大的三維動(dòng)態(tài)仿真能力，在 NC 代碼或刀位文件的驅(qū)動(dòng)下，用彩色 的三維圖像顯示出刀具切削毛坯形成零件的全過(guò)程，同時(shí)顯示出刀柄、夾具、機(jī)床的運(yùn) 行過(guò)程和虛擬的工廠環(huán)境。在加工仿真過(guò)程中，可連續(xù)不斷地改變視角，以觀察加工過(guò) 程中加工中心的部件運(yùn)動(dòng)、零件和型腔的成型過(guò)程，同時(shí)檢測(cè)如下錯(cuò)誤：編程不精確 、 快速移動(dòng)時(shí)接觸工件、錯(cuò)誤的走刀路徑、與機(jī)床工夾具發(fā)生碰撞與干涉、超行程等，仿 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 真結(jié)果以聲、圖、表形式多維輸出，并將此結(jié)果作為零件建模與數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)修改 的依據(jù)。 加工過(guò)程仿真模塊具體完成的功能如下： (1)機(jī)床、刀具、工件、夾具等工藝系統(tǒng)的三維顯示； (2)由 NC 代碼驅(qū)動(dòng)刀具和工件，進(jìn)行加工過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真； (3)實(shí)時(shí)反映加工過(guò)程和各部件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)； (4)碰撞干涉的檢測(cè)。 仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 根據(jù)零件加工仿真系統(tǒng)的目標(biāo)，確 定其總體結(jié)構(gòu)由五大模塊構(gòu)成：工藝系統(tǒng)建模 模塊、數(shù)控加工仿真模塊、加工優(yōu)化模塊、系統(tǒng)維護(hù)模塊、幫助模塊。如圖 26 所示。 零件模型 機(jī)床模型 工藝系統(tǒng)建模 毛坯模型 刀具模型 船 用 柴 油 數(shù)控加工仿真 機(jī) 復(fù) 雜 零 件 加 工 加工優(yōu)化 仿 真 平 臺(tái) 夾具模型 NC 程序驗(yàn)證 碰撞干涉檢測(cè) 過(guò)切欠切檢查 加工精度校驗(yàn) NC 文件優(yōu)化 切削用量?jī)?yōu)化 優(yōu)化結(jié)果輸出 數(shù)據(jù)初始化 系統(tǒng)維護(hù) 數(shù)據(jù)備份 數(shù)據(jù)恢復(fù) 幫助文件 幫助 日志文件 圖 26 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 仿真系統(tǒng)的主要功能模塊 （ 1）工藝系統(tǒng)建模模塊 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 該模塊主要完成某型號(hào)柴油機(jī)的三維建模與裝配 ， 實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì) 、 裝配的三 維數(shù)字化，除此之外在該模塊中完成數(shù)字化仿真的模型庫(kù)，包括 CNC 機(jī)床、加工中心、 刀具、毛坯、夾具和數(shù)控系統(tǒng)等。 （ 2）數(shù)控加工仿真模塊 該模塊在對(duì) NC 程序進(jìn)行驗(yàn)證的同時(shí)觀察虛擬機(jī)床的運(yùn)動(dòng) ， 從而進(jìn)行碰撞干涉檢測(cè)， 過(guò)切、欠切檢查和加工精度校驗(yàn)。 （ 3）加工優(yōu)化模塊 該模塊主要用于優(yōu)化 NC 程序和切削參數(shù)。 （ 4）系統(tǒng)維護(hù) 該模塊主要完成系統(tǒng)備份等操作。 包括系統(tǒng)初始化、數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)導(dǎo)出等功能。 （ 5）幫助 系統(tǒng)的使用文檔。 本章 小結(jié) 本章主要說(shuō)明了系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì) ， 并從 對(duì) 柴油機(jī)復(fù)雜零件自動(dòng)編程系統(tǒng) 、 加工 仿真系統(tǒng)和后置處理器的設(shè)計(jì)進(jìn)行了進(jìn)一步闡述。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 第三章 船用柴油機(jī)復(fù)雜零件數(shù)控編程系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 復(fù)雜零件數(shù)控編程系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的信息傳遞與共享，而實(shí) 現(xiàn)信息傳遞與共享的基礎(chǔ)是完整合理地建立統(tǒng)一的特征信息模型 ， 因此首先要建立零件 從設(shè)計(jì)到制造的整個(gè)生命周期內(nèi)的統(tǒng)一的特征信息模型。由于采取了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模式， 使數(shù)據(jù)既具有完備性，又避免了冗余性。除了數(shù)據(jù)集成之外，統(tǒng)一的運(yùn)行環(huán)境，統(tǒng)一的 用戶界面也是集成系統(tǒng)所必需的。 特征信息模型是較高層次上描述產(chǎn)品的功能、形狀、工藝及制造等信息，這就要 求特征信息模型必須包含最基本的管理信息、材料信息、功能信息、幾何及拓?fù)湫畔ⅰ? 形狀信息、尺寸精度信息、工藝信息、制造信息等。當(dāng)建立了統(tǒng)一的信息模型后，還需 要一個(gè)的合理模型信息表達(dá)方式以及有效的數(shù)據(jù)交換技術(shù) ， 以便實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間的互操作 和互服務(wù)等功能 。 特征技術(shù)將零件的形狀特征和加工特征連接起來(lái) ， 從零件的形狀信息 中獲取相應(yīng)的加工信息 ， 更準(zhǔn)確地生成零件特征面加工方法 。 下面將分別對(duì)基于特征的 零件信息模型以及特征信息表達(dá)和交換技術(shù)進(jìn)行深入研究 。 組成模塊詳細(xì)設(shè)計(jì) 船用柴油機(jī)復(fù)雜零件自動(dòng)編程系統(tǒng)的功能模塊組成如圖 31 所示 ， 系統(tǒng)由刀具信息 庫(kù)、工藝信息庫(kù)、模板庫(kù)、編程導(dǎo)航、后處理、用戶信息管理六個(gè)模塊組成。 船用柴油機(jī)復(fù)雜零件數(shù)控編程系統(tǒng) 刀具信 息庫(kù) 工藝信息 庫(kù) 模板庫(kù) 編程導(dǎo) 航 用戶 后處理 信息 管理 圖 31 機(jī)架類零件數(shù)控編程系統(tǒng)組成模塊 刀具信息庫(kù)模塊 （ 1）刀工具庫(kù)管理界面 刀工具是機(jī)械制造中不可或缺的環(huán)節(jié)，點(diǎn)擊系統(tǒng)主界面上的 “ 數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù) ” 按鈕， 進(jìn)入 “ 刀工具庫(kù)管理 ” 對(duì)話框，如圖 32 所示。在刀工具庫(kù)管理這里可以進(jìn)行刀具的檢 索、刀具參數(shù)的修改、添加或刪除刀具等操作，此外，還可對(duì)夾具、量具以及附件的進(jìn) 行管理。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 （ 2）刀具數(shù)據(jù)庫(kù) 圖 32 刀工具庫(kù)管理界面 機(jī)架類零件數(shù)控編程系統(tǒng)在整個(gè)加工過(guò)程中需要選擇刀 具 ,為此 ， 在利用 Microsoft Office Access 2022 數(shù)據(jù)庫(kù)中專門建立有刀具庫(kù) , 并通過(guò)通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)與系統(tǒng)的連接設(shè)置， 只需選擇工序就可以自動(dòng)調(diào)用刀具庫(kù)中的相應(yīng)刀具數(shù)據(jù)，以便實(shí)現(xiàn)刀具參數(shù)的自動(dòng)提 取，如表 31。 表 31 刀具數(shù)據(jù)庫(kù) id tool_no tool_type tool_subtype tool_name tool_diameter ? 160 T80L 銑刀 面銑刀 φ 200*2 刃面銑刀 200 ? 161 T104L 銑刀 面銑刀 φ 200*4 刃面銑刀 200 ? 162 T24L 銑刀 面銑刀 φ 20045176。 面銑刀 200 ? 163 T250L 銑刀 面銑刀 φ 280*6 刃面銑刀 280 ? 164 T251L 銑刀 面銑刀 φ 200*6 刃面銑刀 200 ? 165 T252L 銑刀 面銑刀 φ 250*H45