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        復(fù)雜曲面CAM系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究

        2011-02-19 07:48:40蕭仲敏
        制造業(yè)自動(dòng)化 2011年2期
        關(guān)鍵詞:刀位對(duì)話(huà)框曲面

        蕭仲敏

        XIAO Zhong-min

        (廣州大學(xué) 機(jī)械與電氣工程學(xué)院,廣州 510006)

        0 引言

        為便于操作者簡(jiǎn)單直觀地使用,復(fù)雜曲面CAM系統(tǒng)的用戶(hù)界面分為主界面和人機(jī)對(duì)話(huà)窗口。主界面采用標(biāo)準(zhǔn)的窗口形式,對(duì)其菜單項(xiàng)目的內(nèi)容作了修改,刪除無(wú)關(guān)的選項(xiàng),增加工件數(shù)據(jù)輸入、刀具輸入、刀位軌跡計(jì)算、圖形仿真、誤差分析等菜單,使用時(shí)點(diǎn)擊就可以彈出相應(yīng)的對(duì)話(huà)窗口;C++Bui1der環(huán)境默認(rèn)的窗口背景與標(biāo)準(zhǔn)窗口形式一致。軟件主要功能包括工件,刀具數(shù)據(jù)的輸入、刀位軌跡輸出、圖形仿真及誤差分析、幫助系統(tǒng)及浮動(dòng)提示等幾大部分。主界面如圖1所示。

        圖1 復(fù)雜曲面CAM系統(tǒng)工作界面

        為方便用戶(hù)使用,主界面上除有菜單供使用外,在工具條上還有相應(yīng)的按鈕,以快速地進(jìn)入下一級(jí)窗口。如圖1所示工具條。

        1 工件數(shù)據(jù)輸入

        目前許多機(jī)械零件的表面是由自由曲面構(gòu)成或是由球面、圓錐面、橢球面、螺旋面等可以用簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)方程表達(dá)的曲面組合而成。因此,復(fù)雜曲面CAM[1]中包括以離散點(diǎn)表示的自由曲面的數(shù)據(jù)輸入和用簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)方程表達(dá)的曲面的數(shù)據(jù)輸入能力。為了研究方便,降低程序編制的難度,并提高系統(tǒng)的適用性,在工件數(shù)據(jù)輸入處理程序中,將所有輸入數(shù)據(jù)離散后,統(tǒng)一代入以三次參數(shù)樣條函數(shù)表示的通用工件模型中,這樣無(wú)論以何種形式輸入(參數(shù)方程、離散點(diǎn)),系統(tǒng)都將使用通用數(shù)學(xué)模型表達(dá)方式。

        在系統(tǒng)主界面菜單中選擇工件數(shù)據(jù)輸入按鈕,則出現(xiàn)兩個(gè)下拉子菜單,分別是離散點(diǎn)輸入,參數(shù)方程輸入。如圖2所示。

        圖2 “工件數(shù)據(jù)輸入”選擇方式

        選取參數(shù)方程輸入,有兩種方式,一種是直接點(diǎn)擊菜單項(xiàng)中工件數(shù)據(jù)輸入,然后從下拉菜單中選擇參數(shù)方程輸入項(xiàng);另一種方式是直接點(diǎn)擊工具條中快速選擇按鈕。采用以上兩種方法點(diǎn)擊“參數(shù)方程輸入”按鈕之后,則彈出圖3所示的對(duì)話(huà)框在復(fù)雜曲面CAM系統(tǒng)中,有時(shí)則直接給出工件曲面上的離散點(diǎn),此時(shí)則需采用離散點(diǎn)輸入模塊。點(diǎn)擊“離散點(diǎn)輸入”按鈕之后,則彈出圖4所示的對(duì)話(huà)框。

        在“刀位軌跡計(jì)算”對(duì)話(huà)框中,需要選擇環(huán)切法或環(huán)切法加工方式,如圖5所示?!靶星袇?shù)”設(shè)置區(qū)域,用于選擇加工平面與軌跡方向,填寫(xiě)行間距與步長(zhǎng)?!爸付庸て矫妗痹O(shè)置區(qū)有四個(gè)加工平面單選按鈕供操作者選擇;“指定軌跡方向”設(shè)置區(qū)則有與所選加工平面對(duì)應(yīng)的兩個(gè)單選按鈕,從中選擇軌跡方向;行間距與步長(zhǎng)則需操作者直接填寫(xiě)。

        “環(huán)切參數(shù)”設(shè)置區(qū)域,用于選擇運(yùn)動(dòng)平面、設(shè)置初始路徑、設(shè)置等間距與步長(zhǎng)。

        圖3 “數(shù)據(jù)輸入(參數(shù)方程)”對(duì)話(huà)框

        圖4 “數(shù)據(jù)輸入(離散坐標(biāo))”對(duì)話(huà)框

        圖5 “刀位軌跡計(jì)算”對(duì)話(huà)框中的“行切法”對(duì)話(huà)框

        2 刀具輸入

        在計(jì)算刀位軌跡時(shí),要用到刀具,而刀具是多種多樣的,例如銑刀按模型便可建立很多中模型。所以,為使用方便,將刀具定義成通用刀具,以便用戶(hù)在計(jì)算刀位軌跡時(shí)可快速進(jìn)行選擇,這是一個(gè)急需解決的問(wèn)題,本文針對(duì)此問(wèn)題,建立了通用刀具數(shù)據(jù)庫(kù),并制成界面,以便用戶(hù)直觀、簡(jiǎn)單地操作。

        在復(fù)雜曲面CAM系統(tǒng)中設(shè)置刀具參數(shù)輸入模塊,該模塊的功能是向當(dāng)前系統(tǒng)中設(shè)置刀具參數(shù)、修改現(xiàn)有刀具參數(shù)[2]及按用戶(hù)選擇的查詢(xún)條件在指定刀具庫(kù)中查詢(xún)刀具等。

        使用系統(tǒng)時(shí),用戶(hù)可以直接從系統(tǒng)的刀具庫(kù)中選擇要使用的刀具,也可以選用刀具庫(kù)中刀具外形,通過(guò)設(shè)置不同參數(shù)來(lái)定義刀具。

        單擊主界面的刀具輸入菜單,就可彈出如圖7所示的“刀具輸入”對(duì)話(huà)框。

        各項(xiàng)說(shuō)明:

        1)最左側(cè)為刀具通用模型,相關(guān)參數(shù)在圖中都有顯示,同時(shí)對(duì)各參數(shù)意義進(jìn)行了說(shuō)明。

        圖6 “刀位軌跡計(jì)算”對(duì)話(huà)框中的“環(huán)切法”對(duì)話(huà)框

        圖7 “刀具輸入”對(duì)話(huà)框

        2)刀具數(shù)據(jù)選項(xiàng)卡:“刀形”區(qū)域,有八種常用刀具及通用刀具模型,操作者可根據(jù)需要,通過(guò)右側(cè)滾動(dòng)條拉動(dòng),顯示刀具形狀,從而點(diǎn)擊所用刀具,刀具被選中后,“基本參數(shù)”設(shè)置區(qū),默認(rèn)的數(shù)據(jù)自動(dòng)顯示在設(shè)置區(qū)內(nèi),不可更改,其他非默認(rèn)參數(shù)則由操作者輸入。例如:選擇平頭圓柱銑刀時(shí),平頭圓柱銑刀變成藍(lán)色可用狀態(tài),同時(shí)系統(tǒng)默認(rèn)R2=0,φ=90o,?=0;而其他非默認(rèn)參數(shù)R1、h、l則由操作者輸入。

        3)“步長(zhǎng)”選項(xiàng)卡:其中有四個(gè)參數(shù)u、vv、vT、vL,此刀具的四個(gè)參數(shù),主要用于刀位軌跡計(jì)算中,所以,在基本參數(shù)選定后,四個(gè)參數(shù)的范圍也將隨之確定,然后由操作者根據(jù)其取值范圍,輸入四個(gè)參數(shù)的步長(zhǎng)。

        4)其他各項(xiàng)用法及作用與工件數(shù)據(jù)輸入界面的使用方法相同。

        5)“歷史數(shù)據(jù)參照”選項(xiàng)卡:記錄所選刀具編碼、類(lèi)型及相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù),如圖7所示。

        3 仿真及誤差分析

        經(jīng)過(guò)對(duì)曲面的輸入,包括方程和離散點(diǎn)的形式,CAM系統(tǒng)對(duì)輸入曲面進(jìn)行離散,利用雙三次參數(shù)樣條函數(shù)擬合出曲面,對(duì)銑刀刀具形式的選擇后,CAM系統(tǒng)可進(jìn)行曲面的加工仿真[3],并利用仿真結(jié)果,通過(guò)與已有的已知曲面進(jìn)行比較得到誤差數(shù)據(jù),“仿真及誤差分析對(duì)話(huà)框”如圖8所示。

        圖8 “仿真及誤差分析”對(duì)話(huà)框

        4 結(jié)論

        以上詳細(xì)介紹了復(fù)雜曲面CAM系統(tǒng),通過(guò)對(duì)曲面的輸入,刀具形式的選擇,及仿真參數(shù)的預(yù)設(shè)置,進(jìn)行曲面的加工仿真,并與已知曲面進(jìn)行比較后得到誤差曲線,通過(guò)變化刀具,加工步長(zhǎng),加工方式等參數(shù),進(jìn)行仿真,得出不同條件下的誤差曲線,可以更直觀的比較優(yōu)選出合理的加工方式及條件。

        [1]于明.復(fù)雜曲面CAM系統(tǒng)主處理器研究[D].沈陽(yáng):沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué),2006.

        [2]趙文珍,于明.基于遺傳算法的無(wú)干涉刀位軌跡計(jì)算[J].沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2006.

        [3]周春曉.多軸NC加工仿真中的刀具掃描體的計(jì)算[J].中國(guó)機(jī)械工程,2000.

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