摘要：數(shù)控加工對(duì)于現(xiàn)代制造業(yè)來(lái)說(shuō)具有十分重要的作用，隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)于零件的要求也變得越來(lái)越高，如何生產(chǎn)出具有高質(zhì)量的零件是數(shù)控加工需要重點(diǎn)研究的課題。由于數(shù)控設(shè)備較昂貴，如果用數(shù)控制備一次次地加工零件要花費(fèi)較大的成本，對(duì)于數(shù)控加工技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)編程與仿真工作能夠有效地降低成本，提高設(shè)備的加工質(zhì)量?；诖?，文章對(duì)于數(shù)據(jù)加工自動(dòng)編程與仿真工作進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工；自動(dòng)編程；仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；建立模型；繪制模式；模型重構(gòu) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TG659 文章編號(hào)：1009-2374（2015）21-0023-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.21.012

所謂數(shù)控加工，主要指的是一個(gè)零件按照?qǐng)D紙的要求進(jìn)行加工的整個(gè)過(guò)程，在這個(gè)加工過(guò)程中，需要根據(jù)圖紙上零件的所有數(shù)字化的定義來(lái)制定相應(yīng)的指令，而且能夠有效的保障零件在加工中具有較高的精度，對(duì)于最終加工成的零件來(lái)說(shuō)，在對(duì)這一零件進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，能夠更加方便地對(duì)零件的整體形狀與尺寸進(jìn)行控制，提高整體的精度。就實(shí)際情況來(lái)看，當(dāng)需要進(jìn)行加工的零件復(fù)雜程度與精度要求都十分高時(shí)，數(shù)控加工便能夠更好地發(fā)揮出其特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際的操作過(guò)程中，無(wú)論數(shù)控程序編寫(xiě)的多么精細(xì)，仍然會(huì)有著較多的問(wèn)題，而且傳統(tǒng)的手動(dòng)編寫(xiě)程序不僅容易出錯(cuò)，而且需要消耗較多的時(shí)間。由此可以看出，將自動(dòng)編程技術(shù)引入到數(shù)控加工程度中具有較高的意義，能夠有效的提高整體數(shù)控系統(tǒng)的精度與效率，再加上仿真性的實(shí)驗(yàn)，便可以根據(jù)不同零件的要求進(jìn)行模擬加工，具有十分高的實(shí)用性。

1 數(shù)控加工自動(dòng)編程系統(tǒng)的構(gòu)建

1.1 數(shù)控加工中自動(dòng)編程的要求

在數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)用自動(dòng)編程技術(shù)，主要便是將數(shù)控技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行有效結(jié)合，通過(guò)計(jì)算機(jī)的思想將數(shù)控加工中的各個(gè)環(huán)節(jié)都緊密地結(jié)合在一起，所以，在實(shí)際應(yīng)用中一定要將所有的計(jì)算機(jī)輔助加工軟件都聯(lián)系在一起，比如CAD、CAM等。在數(shù)控加工編程中，首先需要做的便是能夠有效地識(shí)別圖紙，對(duì)于圖紙識(shí)別的軟件目前應(yīng)用最廣泛的便是AUTOCAD軟件，通過(guò)使用這一軟件來(lái)為整體系統(tǒng)進(jìn)行服務(wù)是十分合適的。之后，需要通過(guò)這一軟件將零件所有的特征進(jìn)行總結(jié)，與數(shù)控機(jī)床進(jìn)行結(jié)合，所以在加工過(guò)程中需要對(duì)數(shù)制機(jī)床有一定的認(rèn)識(shí)與了解，能夠熟練地使用數(shù)控機(jī)床，特別是對(duì)于G代碼應(yīng)當(dāng)有相當(dāng)清楚的理解。

1.2 數(shù)控加工自動(dòng)編程技術(shù)不同模塊的功能

在自動(dòng)編程技術(shù)中，需要對(duì)整體系統(tǒng)細(xì)分成不同的模塊，通過(guò)這些模塊的共同工作來(lái)完成整體的工作。

第一，對(duì)圖形進(jìn)行分析。這一部分主要指的是通過(guò)使用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)需要加工的零件進(jìn)行分析，總結(jié)出這一零件所具有的特征，將所有的特征進(jìn)行分類(lèi)，在加工的時(shí)候便可以根據(jù)這些特征編寫(xiě)相應(yīng)的加工工序。

第二，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理。在完成對(duì)零件特征與信息的收集與整理之后，便需要建成的數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)這些特征進(jìn)行分析處理，通過(guò)相應(yīng)的算法生成刀具的運(yùn)動(dòng)

軌跡。

第三，將需要的工藝進(jìn)行輸入與分析。對(duì)于不同零件的加工來(lái)說(shuō)所需要的工藝也有著一定的差別，所以，需要根據(jù)加工工藝的不同將所需要的工藝輸入到自動(dòng)編程的程度當(dāng)中，以此來(lái)確定在加工過(guò)程中切削的用量等必需的參數(shù)。而且這些參數(shù)都需要是臨時(shí)的，因?yàn)槊看渭庸さ臈l件不同所對(duì)應(yīng)的加工參數(shù)也不同。

第四，整體自動(dòng)編程數(shù)據(jù)庫(kù)的建立。在自動(dòng)編程過(guò)程中，需要對(duì)零件所具有的信息進(jìn)行處理，而處理的時(shí)候便需要從數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中得到相應(yīng)的信息，將這些信息進(jìn)行重新的組合便能夠生成加工零件所對(duì)應(yīng)的加工程序，才能夠進(jìn)行整體的數(shù)控加工。

2 數(shù)控加工仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)建

在數(shù)控加工技術(shù)中，通過(guò)使用NC來(lái)進(jìn)行切削的仿真主要可以分成兩個(gè)部分，分別是幾何方面的與力學(xué)方面的。對(duì)于前者切削技術(shù)來(lái)說(shuō)，主要是需要考慮一些物理量，這些物理量主要指的便是切削參數(shù)與切削力，這兩個(gè)參數(shù)對(duì)于走刀來(lái)說(shuō)是十分重要的，可以有效地驗(yàn)證NC程序所具有的正性。對(duì)于整個(gè)切削技術(shù)來(lái)說(shuō)，其需要物理仿真的一種，它的工作過(guò)程可以被看作是通過(guò)使用動(dòng)態(tài)力學(xué)來(lái)完成對(duì)刀具的預(yù)測(cè)，以此來(lái)完成對(duì)各個(gè)參數(shù)的控制作用，最終完成整體加工過(guò)程的優(yōu)化處理，提高整體加工的精度。

而所謂的幾何仿真，則主要是通過(guò)使用幾何建模的方面來(lái)進(jìn)行的，這種方法最重要的便是利用幾何方面的空間與離散的方法來(lái)進(jìn)行計(jì)算的，最終達(dá)到提高加工精度的效果。

通過(guò)對(duì)這兩個(gè)加工技術(shù)的比較，通過(guò)使用幾何的技術(shù)能夠有效地將零件進(jìn)行模擬化，并且將模擬化生成的零件的模型輸入到整體加工系統(tǒng)當(dāng)中去，這樣一來(lái)就能夠有效地提高整體加工的效果，使得最終得到的仿真結(jié)果與實(shí)際要求僅具有較小的差別。本次研究工作便是通過(guò)使用這種技術(shù)，在原有的CNC的基礎(chǔ)上進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā)，從而為工作人員提供一套具有較高操作性與可視性的軟件，并且通過(guò)相應(yīng)的算法與模型的建立以提高整體數(shù)控加工的精度。另外，本次二次開(kāi)發(fā)所得到的程度具有較高的美觀，能夠給使用者提供一定的真實(shí)感，下文便對(duì)這一系統(tǒng)進(jìn)行介紹。

數(shù)控加工仿真模型的建立有以下三個(gè)方面：

2.1 建立模型

在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中，一般常用三角形網(wǎng)絡(luò)模型來(lái)描述物體。隨著零件加工精度要求的提高和加工設(shè)備的完善化，三角形網(wǎng)絡(luò)模型就需要上萬(wàn)個(gè)，甚至幾十萬(wàn)個(gè)三角形面片構(gòu)成，為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化數(shù)控加工零件模型的動(dòng)態(tài)仿真計(jì)算過(guò)程、節(jié)省大量的存儲(chǔ)空間、更好地實(shí)現(xiàn)仿真繪制，本文選取零件表面規(guī)則三角片化的方法，這樣一來(lái)，每一個(gè)三角片所占的內(nèi)存空間大大減少，平均每個(gè)僅占一個(gè)內(nèi)存空間。

2.2 繪制模型

采用零件表面規(guī)則三角片化方法將零件模型建立好以后，利用OpenGL圖形函數(shù)將所有的三角片進(jìn)行繪制，加工零件的外觀就顯現(xiàn)出來(lái)了。三角形的頂點(diǎn)就是網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)高度值就是高度緩沖區(qū)存儲(chǔ)的數(shù)值，因此這種建模方法具有方便遍歷到每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)，能夠快速將所有的三角片繪制完成，能節(jié)約一定的實(shí)驗(yàn)時(shí)間。

2.3 動(dòng)態(tài)仿真的模型重構(gòu)算法

車(chē)削過(guò)程就是模型的重構(gòu)。在車(chē)削的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真進(jìn)行車(chē)削過(guò)程時(shí)，先將車(chē)削模型轉(zhuǎn)化為銑削模型，就是鋼板（寬為2πR、厚為R）沖壓成鋼柱（半徑為R）的一個(gè)逆過(guò)程，如此就完成車(chē)削模型與銑削模型的轉(zhuǎn)化了。要注意，在轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，也要將車(chē)刀的運(yùn)動(dòng)軌跡作相同的轉(zhuǎn)換。車(chē)削模型與銑削模型統(tǒng)一在一起后，其算法也就是由具體變?yōu)橐话?，代碼也得到簡(jiǎn)化，更易于

實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié)語(yǔ)

在基于通用計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的平臺(tái)上，開(kāi)發(fā)面向加工設(shè)備的數(shù)控自動(dòng)編程系統(tǒng)，使設(shè)計(jì)CAD直接面向加工CAM，同時(shí)面向加工設(shè)備的思想使CAM有了與CAPP、CAE聯(lián)系的橋梁，使得CAD、CAM、CAPP、CAE能很好地統(tǒng)一起來(lái)，有利于計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)不僅可以用作數(shù)控編程人員的培訓(xùn)，讓受訓(xùn)人員可以進(jìn)行實(shí)踐操作，增強(qiáng)他們的實(shí)踐能力，減少昂貴的設(shè)備投入，還可以在制造企業(yè)內(nèi)部使用，實(shí)現(xiàn)快速、精確的數(shù)控加工程序仿真，應(yīng)用價(jià)值非常高。

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作者簡(jiǎn)介：左薇（1984-），女（仡佬族），貴州遵義人，岳陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院助教，研究方向：機(jī)械及其自動(dòng)化。

（責(zé)任編輯：周 瓊）