【導(dǎo)讀】數(shù)控機(jī)床是當(dāng)今機(jī)械制造業(yè)的工作母機(jī)，在我國的應(yīng)用越來越廣泛。操作人員的培訓(xùn)已經(jīng)成為一個非常重要的問題。該文詳細(xì)闡述了數(shù)控車床的功。能、特點(diǎn)和廣州數(shù)控車床操作過程。利用VB6.0作為開發(fā)工具，設(shè)計(jì)出基于網(wǎng)。絡(luò)的數(shù)控車床操作仿真軟件。該仿真軟件具有基于Windows全中文的操作環(huán)境，良好的人機(jī)交互界面，便于學(xué)生學(xué)習(xí)。同時該軟件能實(shí)現(xiàn)數(shù)控車床的基本操作過。包括各級子界面操作，同時能完成程序的打開輸入、保存、選擇，圖形界面。顯示和軌跡的動態(tài)顯示。同時本文還對下一步的工作做出展望，為以后的工作指。關(guān)鍵詞計(jì)算機(jī)數(shù)控；模擬仿真；圖形界面；

　　

【正文】 弧的圓心可以是非坐標(biāo)原點(diǎn) 。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)不同插補(bǔ)方法和不同精度下的單步和連續(xù)插補(bǔ)仿真計(jì)算，還可以實(shí)現(xiàn)針對同一對象的同步插補(bǔ)計(jì)算和插補(bǔ)軌跡仿真。另外，在插補(bǔ)計(jì)算過程中還可以對坐標(biāo)進(jìn)行動態(tài)顯示。 系統(tǒng)以 Visual Basic 語言進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(jì)算及仿真等主要模塊，如圖 41 所示為系統(tǒng)流程圖。 （ 1） 參數(shù)輸入用于輸入直線或者圓弧的有關(guān)參數(shù)，如直線的起點(diǎn)及終點(diǎn)坐標(biāo)，圓弧的起點(diǎn)、終點(diǎn)、圓心或者半徑等數(shù)據(jù)，另外還有插補(bǔ)方向 (如逆圓或者順圓插補(bǔ) )、插補(bǔ)方式 (如手動插補(bǔ)或者連續(xù)插補(bǔ) )、插補(bǔ)方法 (逐點(diǎn)比較法或者數(shù)字積分法 )、插補(bǔ)精度、插補(bǔ)時間間隔 (即對插補(bǔ)仿真的速度進(jìn)行設(shè)置 )等參數(shù)。由于本系統(tǒng)中圓弧的圓心不一定在坐標(biāo)原點(diǎn)，因此，在給出圓弧的起點(diǎn)、終點(diǎn)、圓 21 心或者半徑等數(shù)據(jù)后，還需要給出圓弧為優(yōu)弧或者劣弧的判斷，從而唯一確定需要進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算的圓弧對象。 （ 2） 坐標(biāo)平移一般的數(shù)控插補(bǔ)計(jì)算中，直線的起點(diǎn)或者圓弧的圓心 均在坐標(biāo)原點(diǎn)，為了使所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有一定的通用性，本系統(tǒng)中直線的起點(diǎn)和圓弧的圓心是任意給定的，并非一定與坐標(biāo)原點(diǎn)重合，因此為了方便計(jì)算，本系統(tǒng)采用坐標(biāo)平移的方法，即在判斷直線起點(diǎn)和圓弧的圓心為非坐標(biāo)原點(diǎn)后，在插補(bǔ)計(jì)算前將坐標(biāo)原點(diǎn)移到需要進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算的直線的起點(diǎn)或者圓弧的圓心處，這也為下一步的插補(bǔ)類型判斷和圓弧的過象限判斷提供了方便。 （ 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(jì)算方法也不同，因此需要對圓弧進(jìn)行過象限判斷。 （ 4） 插補(bǔ)類型判斷無論插補(bǔ)對象是直線還是圓弧，不同象限的 插補(bǔ)對象存在不同的插補(bǔ)計(jì)算方法，直線存在四個象限的不同插補(bǔ)情況，而圓弧存在四個象限 A 種不同插補(bǔ)情況。在系統(tǒng)中將直線或者圓弧的不同插補(bǔ)計(jì)算方法設(shè)置為不同的子模塊，對插補(bǔ)類型進(jìn)行判斷后，直接調(diào)用相應(yīng)的插辛卜子模塊進(jìn)行計(jì)算。 （ 5） 插補(bǔ)計(jì)算及仿真該模塊除完成相應(yīng)的插補(bǔ)計(jì)算外，還完成對插補(bǔ)軌跡的仿真顯示。 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(shí)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。插 補(bǔ)就是在輪廓起點(diǎn)和終點(diǎn)之間計(jì)算出若干個中間點(diǎn)的坐標(biāo)值，將各個中間值保存下來。將插補(bǔ)所得到的所有坐標(biāo)，按順序顯示出來，就得到刀尖的軌跡。設(shè)計(jì)車削部分時，將插補(bǔ)中間值保存在自己定義的結(jié)構(gòu)體 TurnPoint 中。 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。在切削加工中，刀具相對于工件的運(yùn)動軌跡時比較簡單的空間螺旋線，可以很方便地表示出來。所以，開發(fā)軟件時，采用了刀具軌跡表示法，來記錄插補(bǔ)節(jié)點(diǎn)值。 仿真數(shù) 據(jù)的記錄 仿真數(shù)據(jù)的記錄就是刀具相對于工件的軌跡數(shù)據(jù)和工件各截面數(shù)據(jù)的記錄。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)。根據(jù)刀具軌跡的特點(diǎn)，為了數(shù)據(jù)處理的方便，應(yīng)在圓周方向上選取采樣點(diǎn)。記錄的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)應(yīng)包括采樣點(diǎn)理想位置坐標(biāo)和位置角度、采樣點(diǎn)的實(shí)際位置和刀具姿態(tài)角等，采樣點(diǎn)的實(shí)際位置和刀具姿態(tài)角可通過建模來計(jì)算加工系統(tǒng)若干誤差源，一然后把這些數(shù)據(jù)依刀具運(yùn)動軌跡添加到 m _Trajectory指定的文件中。這樣，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的 m _Trajectory 就存儲了當(dāng)前節(jié)點(diǎn)到 下一個節(jié)點(diǎn)間已加工表面的刀具軌跡。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。每執(zhí)行一個程序段，工件形狀鏈表就會發(fā)生變化，必須進(jìn)行更新操作，刪除重合的界面，增加新截面。 零件加工過程干涉碰撞檢查 對于數(shù)控車削而言，零件表面輪廓形狀復(fù)雜，尤其在零件表面曲率變化較大，刀具在切削運(yùn)動時，如果刀具參數(shù)選擇不當(dāng)，可能會產(chǎn)生刀具和己加工過的表面發(fā)生干涉和碰撞。在實(shí)際加工中，干涉段輪廓的計(jì)算和檢測對于設(shè)計(jì)人員進(jìn)行刀具軌跡調(diào)整具有重要的參考價值。同時具體加 工環(huán)境的限制也是實(shí)際加工中進(jìn)行數(shù)控代碼有效性檢驗(yàn)所要考慮的因素。 23 干涉檢查算法 干涉碰撞檢查算法是，在任意加工時刻，將切削刀具包圍輪廓和靜止件 (機(jī)床和夾具等 )作布爾運(yùn)算，如有相交情況，則說明該加工工步位置有碰撞情況發(fā)生，需修改加工指令。 干涉與碰撞檢查方法是，在插值點(diǎn)將刀具的主偏角和副偏角分別與縱向和橫向的合成進(jìn)給角進(jìn)行比較。對于圓弧段輪廓，則與該插值點(diǎn)在圓弧輪廓的切線的傾角進(jìn)行比較，并區(qū)分順圓和逆圓兩種情況。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。 圖 42 加工過程 刀具的干涉碰撞檢查示意圖 24 干涉檢查流程 零件加工過程干涉碰撞檢查是刀具在切削加工過程中，刀具與已加工過的表面或待加工的表面間的干涉與碰撞檢查，其具體檢查算法流程如圖 43 所示。解釋程序從 NC 坐標(biāo)信息文件中順序讀取加工指令，如為直線加工指令，則進(jìn)行直線插補(bǔ)運(yùn)算，如為圓弧加工指令，則進(jìn)行圓弧插補(bǔ)運(yùn)算，并在插補(bǔ)點(diǎn)求圓弧的切線，然后在各插補(bǔ)點(diǎn)進(jìn)廳角度比較。 圖 43 干涉檢查算法流程 25 產(chǎn)生干涉報(bào)告 當(dāng)發(fā)現(xiàn)干涉現(xiàn)象時，不僅可以從計(jì)算機(jī)顯 示器上直觀地反映出來，而且還要生成干涉檢查報(bào)告，以便精確地反映干涉情況。在這里，干涉報(bào)告是一個文件。每當(dāng)產(chǎn)生干涉時，就將干涉點(diǎn)的坐標(biāo)寫入文件。零件加工過程干涉碰撞檢查是對數(shù)控代碼正確性儉測的一個重要環(huán)節(jié)，因?yàn)楦缮媾鲎矙z查不僅要檢查加工刀具在走刀加工中的干涉情況，還應(yīng)考慮實(shí)際加工環(huán)境的影響。目前的加工過程干涉檢驗(yàn)多見于三維加工，有矢量法、區(qū)域干涉檢驗(yàn)法等。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(bào)告較少，本方法則適合車削加工過程干涉碰撞檢查。 數(shù)控仿真系統(tǒng)的模擬車削實(shí)例 數(shù)控圖形仿真的目的就是模擬 實(shí)際數(shù)控加工，產(chǎn)生真實(shí)感效果圖，檢驗(yàn)數(shù)控代碼的正確性，校驗(yàn)數(shù)控程序。開發(fā)一個數(shù)控仿真系統(tǒng)的成功與否在于是否能夠以圖形顯示的方法再現(xiàn)實(shí)際切削加工過程，產(chǎn)生和實(shí)際加工相同的效果。下面以一實(shí)例演示數(shù)控加工過程，檢驗(yàn)本仿真系統(tǒng)的適用性。 例如加工如下圖 44 所示零件，實(shí)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(jì)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。 起刀點(diǎn)設(shè)在對坐標(biāo) (50, 100)處。 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?yàn)榇周囃廨喞? 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 f50 N0410 g01 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 x6 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 28 N0430 g02 u4 w2 r2 f50 N0440 g01 z45 N0450 g01 u1 N0460 g01 z50 f50 N0470 g01 u1 w1 N0480 g00 z2 N0490 g00 x50 z100 N0500 t2 N0510 g00 z15 N0520 g00 x20 N0530 g01 x8 f20 N0540 g01 x20 f30 N0550 g00 x50 N0560 g00 z100 N0600 g00 z50 N0610 g00 x30 N0620 g01 x20 f300 N0630 g01 x1 f15 N0700 g01 u1 w1 f30 N0710 g00 x50 N0720 g00 z100 N0800 m02 說明 :在本程序中起刀點(diǎn)、換刀點(diǎn)，及加工完后的終刀點(diǎn)為同一點(diǎn)，這樣的程序編制對應(yīng)零件的批量加工比較合適。在編程時一般將換刀點(diǎn)設(shè)成同一點(diǎn)。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。 編譯好的 NC 程序如 45， 46 運(yùn)行所示： 29 圖 45 模擬車削仿真過程 圖 46 模擬車削仿真過程 30 如圖 45 所示，車削長度為 12mm 的外圓， 仿真過程中工件加工余量的去除由“走刀子程序”控制，仿真主程序主要是進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，而在每步插補(bǔ)運(yùn)算后都將產(chǎn)生新的刀具坐標(biāo)信息。按照逐點(diǎn)比較法原理，這將使刀具朝坐標(biāo)方向走一步。在實(shí)際系統(tǒng)中，就是向某個方向發(fā)一脈沖以驅(qū)動刀具切掉工件上的加工余量。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。只要將仿真主程序中的新點(diǎn)坐標(biāo)值賦給刀尖基點(diǎn)，然后調(diào)用刀具子過程，使虛擬刀具圖形呈現(xiàn)在新的刀尖基點(diǎn)位置，最后用窗體背景色覆蓋虛擬刀具移動過的部位，就可以完成一步“走刀”。 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。只要把新坐標(biāo)的 X (VB 中是 Y)值取反，再賦給假想刀具基點(diǎn)，然后調(diào)用假想刀具子過程，那么從屏幕效果上看，工件兩側(cè) (即圓周 )的加工余量就都被去除了。 圖 47 車削實(shí)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 G90G97G0