孫桂愛(ài)

江西工業(yè)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江西萍鄉(xiāng) 337000

隨著數(shù)控加工技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，深刻改變了傳統(tǒng)制造業(yè)的生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以及管理方式。隨著數(shù)控加工技術(shù)的不斷發(fā)展，與之關(guān)聯(lián)的經(jīng)濟(jì)效益和強(qiáng)大的輻射能力更是難以估計(jì)。高水平的數(shù)控加工技術(shù)標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家制造業(yè)現(xiàn)代化的程度，對(duì)提高國(guó)家綜合國(guó)力水平具有重要的戰(zhàn)略意義。全面實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工生產(chǎn)過(guò)程數(shù)控化，已成為先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

1 數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

數(shù)控仿真系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用到企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際中，它能夠?qū)α慵O(shè)計(jì)縮短時(shí)間，并對(duì)零件設(shè)計(jì)過(guò)程中的準(zhǔn)確性、數(shù)控程序正確性及工藝流程有效性進(jìn)行有效檢驗(yàn)，可以使零件加工質(zhì)量得到進(jìn)一步的提高，降低制造成本。系統(tǒng)仿真是系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究的主要學(xué)科，其對(duì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)屬于綜合性工程，要經(jīng)過(guò)系統(tǒng)分析、建模、總體架構(gòu)及程序編寫等步驟，圖1為仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的流程。

利用模塊化進(jìn)行數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)分解成操作面板、代碼解釋、通訊模塊、三維仿真及數(shù)據(jù)庫(kù)五個(gè)模塊，圖2為數(shù)控加工仿真技術(shù)的功能模型。其中模擬操作板主要是以實(shí)際的操作面板為模擬進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括顯示器和操作鍵盤，其主要目的就是將機(jī)床狀態(tài)及參數(shù)充分的現(xiàn)實(shí)出現(xiàn)。其中代碼解釋模塊指的是在三維幾何數(shù)控仿真系統(tǒng)中使用刀位數(shù)據(jù)成為運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)代碼的模擬，所以就要?jiǎng)?chuàng)建代碼解釋模塊對(duì)代碼進(jìn)行分析和處理;三維仿真模塊屬于仿真系統(tǒng)的核心部分，其不僅能夠有效模擬工件加工的動(dòng)態(tài)化過(guò)程中，還能夠?qū)崿F(xiàn)加工過(guò)程中碰撞及干涉的檢測(cè);通訊模塊的主要目的就是使系統(tǒng)能夠和自動(dòng)編程器、機(jī)床之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)室局域網(wǎng)，有效滿足網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)需求;數(shù)據(jù)庫(kù)的主要目的就是由于刀具具有多種種類，使用數(shù)據(jù)庫(kù)管理能夠便于用戶設(shè)備及選擇。

圖1 仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的流程

圖2 數(shù)控加工仿真技術(shù)的功能模型

2 數(shù)控加工仿真模塊化設(shè)計(jì)

2.1 幾何建模技術(shù)

數(shù)控加工過(guò)程圖形仿真就是以三維立體圖形動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)整個(gè)零件加工過(guò)程，而幾何建模是建立整個(gè)數(shù)控加工圖形仿真的重要前提，高效的幾何建模技術(shù)對(duì)整個(gè)仿真系統(tǒng)的高性能和可靠性至關(guān)重要。目前，在數(shù)控加工仿真領(lǐng)域中，應(yīng)用廣泛的3D幾何建模技術(shù)方案有：線框建模、表面建模、實(shí)體建模、圖像空間建模、離散矢量建模以及三角網(wǎng)格法建模等。線框建模是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中最早用于表示三維簡(jiǎn)單實(shí)體，利用最簡(jiǎn)單的幾何元素點(diǎn)和線段等來(lái)構(gòu)建三維實(shí)體物體內(nèi)部模型，由于所需信息少，不能處理復(fù)雜的三維實(shí)體;表面建模建立在線框建模的基礎(chǔ)上，采用實(shí)體物體的表面、頂點(diǎn)以及棱邊構(gòu)建三維模型，所表示的實(shí)體幾何信息更加豐富，但由于無(wú)法確定面的矢量，不能判斷實(shí)體是否為實(shí)心，建模精度得不到保證;實(shí)體建?；谏鲜鼋＜夹g(shù)改進(jìn)的基礎(chǔ)上，預(yù)先定義基本的幾何形體，囊括了實(shí)體模型的面、邊以及頂點(diǎn)等信息，從實(shí)體物體內(nèi)部對(duì)其拓?fù)湫畔⑦M(jìn)行描述。經(jīng)過(guò)布爾運(yùn)算和變形操作，可有效實(shí)現(xiàn)實(shí)體各個(gè)棱邊的消隱，構(gòu)造出更為復(fù)雜的三維實(shí)體物體，應(yīng)用最為廣泛;圖像空間建模將三維物體按照?qǐng)D像空間的像素(Pixel)進(jìn)行離散，同時(shí)借鑒了Z-buffer的思想，將屏幕上的每個(gè)像素上的零件和刀具看作是垂直于屏幕上對(duì)應(yīng)像素的長(zhǎng)方體單元，并且進(jìn)行Z軸方向的離散化，得到Dexel結(jié)構(gòu)模型，刀具和零件Dexel結(jié)構(gòu)做布爾運(yùn)算進(jìn)行數(shù)控加工仿真，但是在圖形仿真過(guò)程中視角固定，無(wú)法實(shí)現(xiàn)從多個(gè)角度觀察仿真效果，在多個(gè)角度觀察仿真效果的場(chǎng)合并不適用。

2.2 NC代碼譯碼機(jī)制

數(shù)控加工仿真的目的在于檢驗(yàn)NC代碼的正確性及合理性，為實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工過(guò)程的動(dòng)態(tài)仿真，必須對(duì)NC代碼進(jìn)行解析，獲取其中刀具驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)源，驅(qū)動(dòng)刀具對(duì)零件3D模型動(dòng)態(tài)加工。因此在數(shù)控加工仿真系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)合理NC代碼解釋器是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)加工仿真的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。NC代碼解釋器執(zhí)行流程：NC代碼經(jīng)過(guò)詞法分析，排除非法字符;語(yǔ)法分析對(duì)代碼中的程序語(yǔ)法規(guī)則進(jìn)行分析，驗(yàn)證程序字的完整性;語(yǔ)義分析模塊對(duì)代碼進(jìn)行上下文邏輯性進(jìn)行分析，提取出程序字的類型信息以及作用域信息;指令加工轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控代碼進(jìn)行編譯，提取出刀具運(yùn)動(dòng)切削信息，并經(jīng)過(guò)后期插補(bǔ)運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)軌跡數(shù)據(jù)點(diǎn)密集化[1]。

3 數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的測(cè)試

人機(jī)界面屬于用戶體驗(yàn)中尤為重要的部分，如果人機(jī)界面良好，就能夠有效實(shí)現(xiàn)輔助工作人員機(jī)械操作過(guò)程，并且操作簡(jiǎn)便，機(jī)械的加工較為直觀，而且生產(chǎn)速度較快。人性化設(shè)計(jì)能夠使機(jī)械在使用過(guò)程中的時(shí)間進(jìn)行能延長(zhǎng)，數(shù)控加工仿真中的人性化界面尤為重要，其能夠有效監(jiān)控操作人員的仿真過(guò)程。

4 結(jié)語(yǔ)

因?yàn)閿?shù)控加工過(guò)程中具有多種復(fù)雜的因素，而且仿真系統(tǒng)自身也比較復(fù)雜，那么在研究數(shù)控加工仿真過(guò)程中，就需要做大量的準(zhǔn)備工作。本文在實(shí)現(xiàn)基于智能終端數(shù)控加工仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，全面考慮數(shù)控機(jī)床切削力等因素，所以能夠使系統(tǒng)加工質(zhì)量預(yù)測(cè)精度得到進(jìn)一步的提高。通過(guò)本文測(cè)試也表示，本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠滿足行業(yè)使用需求。