畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）非標(biāo)準(zhǔn)曲線插值加工仿真和自動(dòng)編設(shè)計(jì)代碼程序輸出

1、非標(biāo)準(zhǔn)曲線插值加工仿真和自動(dòng)編設(shè)計(jì) 代碼程序輸出摘 要隨著現(xiàn)代cnc機(jī)床的普及應(yīng)用，數(shù)控程序的編制問(wèn)題越來(lái)越受到人們的重視。傳統(tǒng)的手工編程己不能滿足復(fù)雜形狀零件的編程需求，而采用自動(dòng)編程技術(shù)大幅度地縮短了產(chǎn)品的制造周期，提高了產(chǎn)品的加工質(zhì)量和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，因而具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的發(fā)展前景。本文以autocad為平臺(tái)，利用visual lisp為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言介紹非標(biāo)準(zhǔn)曲線的加工仿真，及其自動(dòng)編程系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了非標(biāo)準(zhǔn)件的加工仿真和3b加工代碼的自動(dòng)生成子模塊，對(duì)提高企業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)效率及制造質(zhì)量，促進(jìn)現(xiàn)代化企業(yè)在設(shè)計(jì)、制造業(yè)的快速發(fā)展。并對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)仿真作了簡(jiǎn)述。本文可使機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)化，對(duì)已形

2、成系列化的產(chǎn)品，設(shè)計(jì)人員只需調(diào)用該命令，在彈出的dcl對(duì)話框中輸入相應(yīng)的參數(shù)即可自動(dòng)繪制出該產(chǎn)品的圖形，從而節(jié)約設(shè)計(jì)人員的繪圖時(shí)間，提高作圖效率。關(guān)鍵詞：線切割，自動(dòng)編程，visual lisp，加工仿真 non-standard curve interpolation processing simulation and design of the automatic programming process output programming codeabstractwith the popular application of modern cnc machine, more and mo

3、re people pay attention to the programming of numerical control program. traditional manual programming could not satisfy the programming requirement of complex shape parts already, but adopting the technology of automatic program not only shorten manufacture cycle of products to a great extent but

4、also enhance the machining quality of products and capability of competition in the market ,thus this technology has remarkably economic benefit and extensive foreground. moreover, computer aided automatic programming system also is the important constituent of the flexible manufacture system and co

5、mputer integrated manufacture system.the program is based on the autocad developing platform, using visual lisp to introduce non-standard language for the development of the processing curve simulation, and automatic programming system. achieved a non-standard piece of machining simulation and 3b of

6、 the automatically generated code processing module, to improve production efficiency and manufacturing quality, and promote the modernization of enterprises in the design, the manufacturing sectors rapid development. body movement and made a brief campaign simulation. this article will enable the d

7、esign parameters of mechanical products, has formed a series of products, designers can call the order of the dcl in the pop-up dialog box, enter the corresponding parameters can be automatically mapped graphics of the product, thereby saving graphics designers time and improve the efficiency of map

8、ping.keywords：linear cutting, automatic programming, visual lisp, machining simulation目 錄前 言 1第1章 概述 21.1 數(shù)控機(jī)術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 31.1.1 數(shù)控機(jī)術(shù)的現(xiàn)狀 31.2.2 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì) 31.2 數(shù)控線切割機(jī)床的發(fā)展及應(yīng)用 4第2章 基于auto lisp 的自動(dòng)編程及其模塊設(shè)計(jì) 62.1 auto lisp和visual lisp簡(jiǎn)介 62.2 auto lisp/visual lisp的發(fā)展 72.3圖形自動(dòng)編程模塊的設(shè)計(jì)72.3.1自動(dòng)編程系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)82.3.2圖形繪制

9、與編輯92.3.3圖形編輯102.3.4復(fù)雜曲線繪制102.4 加工路徑的實(shí)現(xiàn)與優(yōu)化 112.4.1 加工路徑確定的基本原則 112.4.2 加工路徑的確定 11第3章 仿真加工在數(shù)控線切割上的應(yīng)用 123.1 仿真技術(shù)的作用 123.1.1 數(shù)控仿真的發(fā)展現(xiàn)狀 123.2 仿真加工系統(tǒng)的特點(diǎn) 133.2.1 良好的結(jié)構(gòu)性 133.2.2 完善的圖形接口 143.2.3 完全的符號(hào)數(shù)據(jù)接口 143.2.4 標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式 143.3 加工仿真在制造業(yè)中的應(yīng)用 14第4章 運(yùn)動(dòng)仿真在機(jī)構(gòu)上的應(yīng)用 164.1 對(duì)話框及其控制語(yǔ)言 164.2 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 17第5章 典型零件加工及說(shuō)明 195.1

10、 圓弧類零件的仿真過(guò)程 195.2 非標(biāo)準(zhǔn)件的仿真過(guò)程 21結(jié) 論 23謝 辭 24參考文獻(xiàn) 25附 錄 26外文資料翻譯 2934前 言隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，產(chǎn)品更新速度越來(lái)越快，多品種、中小批量生產(chǎn)的比重明顯增加，特別在航空工業(yè)、汽車工業(yè)和輕工業(yè)消費(fèi)品生產(chǎn)的高速增長(zhǎng)下，復(fù)雜形狀的零件越來(lái)越多，精度要求也越來(lái)越高。此外，激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求產(chǎn)品研制生產(chǎn)周期越來(lái)越短，傳統(tǒng)的加工設(shè)備和制造方法已難于適應(yīng)這種多樣化、柔性化與復(fù)雜形狀零件的高效高質(zhì)量加工要求；因此近幾十年來(lái)，世界各國(guó)十分重視發(fā)展能有效解決復(fù)雜、精密、小批多變零件加工的數(shù)控加工技術(shù)，在加工設(shè)備中大量采用以微電子技術(shù)

11、和計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)控技術(shù)，將機(jī)械技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)、信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，使機(jī)械制業(yè)的生產(chǎn)方式發(fā)生了革命性變化。數(shù)控技術(shù)就是以數(shù)字量編程實(shí)現(xiàn)控制機(jī)械或其它設(shè)備自動(dòng)工作的技術(shù)。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，原有的工人操作機(jī)器進(jìn)行簡(jiǎn)單的體力勞動(dòng)已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展要求?，F(xiàn)代的工業(yè)要求是生產(chǎn)難度大、加工速度快和結(jié)構(gòu)復(fù)雜表面光潔度要求高的產(chǎn)品。而傳統(tǒng)的機(jī)械加工工人生產(chǎn)的產(chǎn)品為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易生產(chǎn)表面粗糙度要求不高的低技術(shù)含量的零件。由于現(xiàn)代輕工業(yè)的不斷發(fā)展，塑料及新材料的不斷引入人們?nèi)粘５纳a(chǎn)和生活中，原有的手工制造模具已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)要求形狀復(fù)雜、精度要求高、制造速度快的

12、現(xiàn)代化模具生產(chǎn)業(yè)。故簡(jiǎn)單的傳統(tǒng)的機(jī)械加工工業(yè)則無(wú)法勝任現(xiàn)代模具業(yè)的要求，數(shù)控加工工業(yè)也就更加凸現(xiàn)出其重要性和緊迫性。第1章 概 述1.1 數(shù)控機(jī)術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)數(shù)控機(jī)床是以數(shù)字化信息實(shí)現(xiàn)機(jī)床控制的，它把刀具與工件之間的相對(duì)位置、機(jī)床電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和停止、主軸變速、工件的松開(kāi)夾緊、刀具的選擇、冷卻泵的起停等各種操作和順序動(dòng)作等信息，用代碼化的數(shù)字信息通過(guò)控制介質(zhì)送入數(shù)控裝置或計(jì)算機(jī)，經(jīng)譯碼處理與運(yùn)算，發(fā)出各種指令控制機(jī)床伺服系統(tǒng)和其它執(zhí)行組件，使機(jī)床自動(dòng)加工出所需的組件。數(shù)控機(jī)床在機(jī)械加工中得到廣泛的應(yīng)用，概括起來(lái)采用數(shù)控機(jī)床加工有以下幾方面的特點(diǎn)：1、加工精度高 數(shù)控機(jī)床加工精度一般在0.00

13、50.100mm之間，更重要的是數(shù)控機(jī)床加工精度不受零件形狀復(fù)雜程度的影響，數(shù)控機(jī)床加工消除了操作者的人為誤差，提高了同批零件加工尺寸的一致性，使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠。2、生產(chǎn)效率高 使用數(shù)控機(jī)床加工，對(duì)工件模具的要求降低了，省去了劃線工作，使加工準(zhǔn)備時(shí)間縮短，在加工中由于數(shù)控機(jī)床有較高的重復(fù)精度，可以只作首件檢驗(yàn)及抽檢，簡(jiǎn)化了檢驗(yàn)工作，節(jié)省了檢驗(yàn)時(shí)間。在零件變更時(shí)只要更換紙帶節(jié)省調(diào)整時(shí)間。刀具也可自動(dòng)更換，使多道工序可連續(xù)加工，縮短加工周期，這些方面都使數(shù)控機(jī)床加工的生產(chǎn)效率顯著提高。3、改善勞動(dòng)條件 數(shù)控機(jī)床調(diào)整好后，輸入紙帶可自動(dòng)連續(xù)加工直至加工完畢自動(dòng)停車，簡(jiǎn)化了工人的操作，減輕了工人的勞

14、動(dòng)強(qiáng)度。4、有利于生產(chǎn)管理 數(shù)控機(jī)床根據(jù)程序進(jìn)行加工，能正確計(jì)算出加工工時(shí)，簡(jiǎn)化了檢驗(yàn)工作，減輕了工件模具管理及半成品流轉(zhuǎn)運(yùn)輸工作，減少了廢品及刀具定期進(jìn)行更換，這些都有利于管理水平的提高。5、有利于向計(jì)算機(jī)控制和管理發(fā)展 數(shù)控機(jī)床是用標(biāo)準(zhǔn)代碼和數(shù)字量信號(hào)輸入，最宜于與數(shù)字計(jì)算機(jī)聯(lián)接，進(jìn)行計(jì)算機(jī)直接管理與控制。數(shù)控機(jī)床優(yōu)點(diǎn)顯著，但另一方面，它技術(shù)復(fù)雜成本較高，目前國(guó)外發(fā)展較快，數(shù)控機(jī)床已占機(jī)床總數(shù)30%40%的比例。在國(guó)外目前尚處于發(fā)展中，只使用與精度高、形狀復(fù)雜的中小批量零件加工，但隨著數(shù)控技術(shù)的普及和電子器件，計(jì)算機(jī)成本的降低，數(shù)控機(jī)床將擴(kuò)大它的使用范圍和迅速得到發(fā)展。1.1.1 數(shù)控機(jī)術(shù)

15、的現(xiàn)狀目前，數(shù)控技術(shù)正由專用型封閉式開(kāi)環(huán)控制模式向通用型開(kāi)放式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都投入了巨資，對(duì)數(shù)控技術(shù)進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了超薄型、超小型化；實(shí)現(xiàn)了高速、高精、高效控制，加工過(guò)程可以自動(dòng)修正、調(diào)節(jié)與補(bǔ)償各項(xiàng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理；通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化，機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，cad/cam與數(shù)控系統(tǒng)集成一體，實(shí)現(xiàn)了中央集中控制的群控加工。在em02001展會(huì)上，日本的5面加工機(jī)床采用復(fù)合主軸頭，可實(shí)現(xiàn)4個(gè)垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5軸加工可在同一機(jī)床上實(shí)現(xiàn)，還可實(shí)現(xiàn)傾斜面和倒錐孔的加工。德國(guó)dmg公司的dwu venation系列加工中心，可在一

16、次裝夾下5面加工和5軸聯(lián)動(dòng)加工，由cnc系統(tǒng)控制或cad/cam直接或間接控制。在可靠性方面，國(guó)外數(shù)控裝置的mtbf值己達(dá)6000h以上，伺服系統(tǒng)的mtbf值達(dá)到30000h以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。我國(guó)數(shù)控技術(shù)起步于1958年，發(fā)展歷程大致可分為幾個(gè)階段：第一階段從1958年到1979年，由于國(guó)外的技術(shù)封鎖和我國(guó)的基礎(chǔ)條件的限制，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展較為緩慢。經(jīng)歷了國(guó)家的“六五”至“七五”期間的消化吸收引進(jìn)國(guó)外數(shù)控技術(shù)，“八五”期間科技攻關(guān)開(kāi)發(fā)自主產(chǎn)權(quán)數(shù)控技術(shù)。第二階段在產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化方面都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，初步建立起國(guó)產(chǎn)化體系?！熬盼濉逼陂g，己進(jìn)入實(shí)施產(chǎn)業(yè)化的研究，進(jìn)入市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)階段。在此階段，數(shù)

17、控機(jī)床新開(kāi)發(fā)品種300多個(gè)，己有一定的覆蓋面，部分國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床達(dá)到國(guó)際20世紀(jì)90年代水平。從生產(chǎn)規(guī)模上看，己有華中數(shù)控系統(tǒng)有限公司、航天數(shù)控集團(tuán)等具有批量生產(chǎn)能力的數(shù)控產(chǎn)業(yè)基地。1.2.2 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)1、繼續(xù)向高速化和高精度化發(fā)展 這是適應(yīng)機(jī)床向高速和高精度方向發(fā)展的需要，要求數(shù)控系統(tǒng)高速處理并計(jì)算出伺服電機(jī)的移動(dòng)量，并要求伺服電機(jī)能高速度地做出反應(yīng)。為使在極短的空行程內(nèi)達(dá)到高速度和在高行程速度下保持高定位精度，必須具備高加、減速度和高精度的位置檢測(cè)系統(tǒng)和伺服品質(zhì)。目前，意大利gamhor公司的數(shù)控銑床用電主軸的最高轉(zhuǎn)速可達(dá)75 000r/min，功率4 kw。高檔數(shù)控機(jī)床的快進(jìn)速度

18、可達(dá)120 m/min，加速度達(dá)2g以上，主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)100 000 r/min，換刀時(shí)間則少于0.14 s，五軸聯(lián)動(dòng)成為方向。發(fā)達(dá)國(guó)家正致力于研制更高精度的超高速數(shù)控機(jī)床。2、向柔性化、多軸化方向發(fā)展 數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，可裁剪性強(qiáng)，便于滿足不同用戶的需求。同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。目前，數(shù)控技術(shù)提供了多軸和多軸聯(lián)動(dòng)控制，如fanuci5系統(tǒng)的可控軸數(shù)和聯(lián)動(dòng)軸數(shù)為2 - y 15軸，西門子880系統(tǒng)控制軸數(shù)可達(dá)24軸。3、向插補(bǔ)和補(bǔ)償方式多樣化方向發(fā)展 插補(bǔ)方式有多種，如直線、圓弧插補(bǔ)、圓柱插補(bǔ)、空間橢圓曲面

19、插補(bǔ)、螺紋插補(bǔ)、極坐標(biāo)插補(bǔ)、nano插補(bǔ)、nurbs插補(bǔ)(非均勻有理b樣條插補(bǔ))、樣條插補(bǔ)(a，b，c樣條)、多項(xiàng)式插補(bǔ)和時(shí)間分割法的漸近線插補(bǔ)等。多種補(bǔ)償功能如間隙補(bǔ)償、垂直度補(bǔ)償、象限誤差補(bǔ)償、螺距和測(cè)量系統(tǒng)誤差補(bǔ)償、與速度相關(guān)的前饋補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償、帶平滑接近和退出以及相反點(diǎn)計(jì)算的刀具半徑補(bǔ)償?shù)取?、向智能化方向發(fā)展 所謂智能化數(shù)控系統(tǒng)，是指具有擬人智能特征，具有模擬、延伸、擴(kuò)展智能行為的知識(shí)處理活動(dòng)，如自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織、自尋優(yōu)、自鎮(zhèn)定、自識(shí)別、自規(guī)劃、自修復(fù)和自繁殖等。具體地講，應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)的數(shù)控系統(tǒng)能檢測(cè)過(guò)程中一些重要信息，并自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目

20、的。機(jī)床上裝有多種監(jiān)控檢測(cè)裝置如紅外線、聲發(fā)射、溫度測(cè)量、功率測(cè)量和激光檢測(cè)等手段對(duì)加工精度、刀具磨損、破壞及工件的裝夾等進(jìn)行監(jiān)控。引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工，將熟練工人和專家的經(jīng)驗(yàn)、加工的一般規(guī)律與特殊規(guī)律存人系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。5、繼續(xù)向開(kāi)放式的方向發(fā)展 根據(jù)iee(國(guó)際電氣電子工程師協(xié)會(huì))的定義“一個(gè)開(kāi)放式系統(tǒng)提供了使合理實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用程序運(yùn)行于來(lái)自多個(gè)控制供應(yīng)商的不同平臺(tái)以及其它系統(tǒng)應(yīng)用相互操作的能力，并且具有一個(gè)用來(lái)與用戶交互的持續(xù)風(fēng)格”。開(kāi)放式的特點(diǎn)是：在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)構(gòu)成要素模塊化的同時(shí)，要通過(guò)這些要素之間的標(biāo)準(zhǔn)化，將由不同買方提供的要素自由地結(jié)合起來(lái)，從

21、而方便地構(gòu)成完整的系統(tǒng)。其特點(diǎn)是：采用功能模塊部件組成的機(jī)床；采用工藝策劃、加工數(shù)據(jù)庫(kù)向用戶開(kāi)放；采用信息技術(shù)將社會(huì)制造資源合理調(diào)配，逐步在機(jī)械制造業(yè)建立完善的虛擬化與網(wǎng)絡(luò)化的先進(jìn)制造體系，使機(jī)械制造業(yè)資源高效地被利用，達(dá)到降低成本、提高質(zhì)量和縮短制造周期的目的。1.2 數(shù)控線切割機(jī)床的發(fā)展及應(yīng)用數(shù)控線切割機(jī)床是數(shù)控機(jī)床的一種，它是一種用上下快速移動(dòng)的鉬絲，通過(guò)與被加工工件之間的火花放電來(lái)實(shí)現(xiàn)金屬切削的機(jī)床。數(shù)控線切割機(jī)床的基本工作原理：由機(jī)床的數(shù)字控制系統(tǒng)，根據(jù)當(dāng)前執(zhí)行的數(shù)控程序，控制其執(zhí)行組件作規(guī)定的運(yùn)動(dòng)，從而在工作上精確地切割出各種復(fù)雜開(kāi)頭的輪廓來(lái)。由于線切割加工原理簡(jiǎn)單、操作方便、可靠

22、性好，在加工時(shí)不受工作材料硬度的限制，加工成本較低，因此應(yīng)用非常廣泛。線切割機(jī)床又分為慢速走絲和快速走絲機(jī)床，慢速走絲機(jī)床加工精度高，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上以國(guó)外產(chǎn)品為主，價(jià)格偏高，使用g代碼指令進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；快速走絲線切割機(jī)床雖然精度稍低，但這種機(jī)床在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)己有30多年的歷史，價(jià)格低廉，技術(shù)成熟，精度能滿足一般精加工要求，它們可以用g代碼和3b數(shù)控代碼驅(qū)動(dòng)。電火花線切割加工是一種重要的精密加工方法，在模具制造、成形刀具加工、難加工材料和精密復(fù)雜零件的加工方面得到廣泛應(yīng)用。目前國(guó)產(chǎn)的高速走絲線切割機(jī)在加工精度、自動(dòng)化程度和加工的穩(wěn)定性、工藝指標(biāo)等方面都與國(guó)外的低速走絲電火花線切割機(jī)有明顯的差距。低速走絲線切

23、割機(jī)的機(jī)械部分已是相當(dāng)穩(wěn)定，現(xiàn)在主要是在計(jì)算機(jī)軟件上不斷更新，使軟件的功能不斷增強(qiáng)，在提高機(jī)床的自動(dòng)化、可操作性和增強(qiáng)機(jī)床的功能中所起的作用越來(lái)越大，同時(shí)軟件的研究己逐步發(fā)展到運(yùn)用智能化技術(shù)。電火花線切割加工技術(shù)自問(wèn)世以來(lái)，由于其顯著優(yōu)點(diǎn)獲得了迅速發(fā)展，特別是最近十多年，隨著數(shù)控技術(shù)、脈沖電源、機(jī)床設(shè)計(jì)等的不斷進(jìn)步，己逐步成為一種高精度和高自動(dòng)化的加工手段，并在模具、樣板制造、成型刀具加工、難加工材料和精密復(fù)雜零件的加工等方面得到了廣泛的應(yīng)用。數(shù)控線切割機(jī)床經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，產(chǎn)品的機(jī)械部分工作相當(dāng)穩(wěn)定，要想使它自動(dòng)化程度得到進(jìn)一步的提高，只能在數(shù)控技術(shù)軟件上下功夫，不斷提高軟件的功能，使軟件同時(shí)可

24、面向國(guó)內(nèi)外數(shù)控線切割機(jī)床，從而達(dá)到提高線切割機(jī)床的自動(dòng)化程度。數(shù)控機(jī)床與cad/cam技術(shù)互相促進(jìn)相輔相成，cad的發(fā)展，可以加速nc機(jī)床的設(shè)計(jì)；cam的發(fā)展，可加速nc機(jī)床在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。因此有必要對(duì)相應(yīng)的數(shù)控編程技術(shù)進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)并不斷的發(fā)展完善。第2章 基于auto lisp 的自動(dòng)編程及其模塊設(shè)計(jì)2.1 auto lisp和visual lisp簡(jiǎn)介lisp (list processing language)是一種計(jì)算機(jī)表處理語(yǔ)言，是在人工智能科學(xué)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。auto lisp是autocad所支持的一種內(nèi)嵌式高級(jí)編程語(yǔ)言，所謂內(nèi)嵌式就是指auto lisp已經(jīng)

25、集成到autocad軟件之中。使用auto lisp可以直接調(diào)用幾乎所有的autocad命令。auto lisp語(yǔ)言既具備一般高級(jí)語(yǔ)言的基本結(jié)構(gòu)和功能，又具有一般高級(jí)語(yǔ)言所沒(méi)有的強(qiáng)大圖形處理功能，在autocad中，用戶可十分方便地利用auto lisp編程語(yǔ)言對(duì)autocad進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，把自己日常工作中常用的某些操作以命令的形式添加到autocad中，然后用戶就可以像使用autocad標(biāo)準(zhǔn)命令一樣使用新添加的命令以完成特定的操作。用戶還可以直接增加和修改autocad命令，隨意擴(kuò)大圖形編輯功能，建立圖形庫(kù)，并對(duì)當(dāng)前圖形進(jìn)行直接訪問(wèn)和修改。 auto lisp語(yǔ)言最典型的應(yīng)用之一是實(shí)現(xiàn)參數(shù)化

26、繪圖程序設(shè)計(jì)，包括尺寸驅(qū)動(dòng)程序和鼠標(biāo)拖動(dòng)程序等。auto lisp有如下特點(diǎn)：1、auto lisp語(yǔ)言是在普通lisp語(yǔ)言基礎(chǔ)上，擴(kuò)充了很多適用于cad應(yīng)用的特殊功能而形成的，是一種僅能以解釋方式運(yùn)行于auto cad內(nèi)部的解釋型程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言；2、auto lisp語(yǔ)言中的所有成分都是以函數(shù)形式給出的，它沒(méi)有語(yǔ)句概念和其它語(yǔ)法結(jié)構(gòu)。執(zhí)行auto lisp程序就是執(zhí)行一些函數(shù)，再調(diào)用其它函數(shù)；3、auto lisp把數(shù)據(jù)和程序統(tǒng)一表達(dá)為表結(jié)構(gòu)，即s一表達(dá)式，故可以把程序當(dāng)作數(shù)據(jù)來(lái)處理，也可以把數(shù)據(jù)當(dāng)作程序來(lái)執(zhí)行；4、auto lisp語(yǔ)言中的程序運(yùn)行過(guò)程就是對(duì)函數(shù)的求值過(guò)程，是在對(duì)函數(shù)求值的過(guò)

27、程中實(shí)現(xiàn)函數(shù)的功能；5、auto lisp語(yǔ)言的主要控制結(jié)構(gòu)是采用遞歸方式。遞歸方式的使用，使得程序設(shè)計(jì)變的簡(jiǎn)單容易。visual lisp是一種專門用來(lái)加速auto lisp程序開(kāi)發(fā)的程序軟件，現(xiàn)已正式內(nèi)嵌于autocad 2000中。作為新一代lisp語(yǔ)言，visual lisp全面兼容auto lisp，并提供一個(gè)全新的可視化集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。它擁有自己的窗口和菜單，但它們與autocad的其它窗口不同。visual lisp不能離開(kāi)autocad而單獨(dú)運(yùn)行，如果用戶想要使用visual lisp，必須首先與autocad中的圖形和命令窗口進(jìn)行交互來(lái)響應(yīng)程序的提示。當(dāng)visual lisp將

28、控制權(quán)交給autocad時(shí)，如果autocad被最小化了，那么用戶需要手工來(lái)恢復(fù)和激活窗口，因?yàn)関isual lisp不能自動(dòng)恢復(fù)autocad窗口。2.2 auto lisp/visual lisp的發(fā)展autodesk公司的autocad是目前pc平臺(tái)上最流行的通用型計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)。為了便于用戶在其基礎(chǔ)上作二次開(kāi)發(fā)，形成各專業(yè)化的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，自r2.1開(kāi)始，autodesk公司在autocad內(nèi)部加入了用戶化cad系統(tǒng)的auto lisp語(yǔ)言。auto lisp語(yǔ)言作為一種嵌入在autocad內(nèi)部的lisp語(yǔ)言，它采用了與標(biāo)準(zhǔn)lisp語(yǔ)言最為相近的語(yǔ)法和約定。雖然auto li

29、sp只包含標(biāo)準(zhǔn)lisp中的一個(gè)子集，卻增加了許多針對(duì)autocad的專用工具，這些工具可以完成存取和修改autocad圖形文件數(shù)據(jù)，存取autocad的塊表、層表、視圖表、字體表及線型表，控制autocad的圖形屏幕和設(shè)備輸入等。作為第一代autocad用戶化cad開(kāi)發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言，auto lisp的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的：首先，源于lisp的auto lisp語(yǔ)言語(yǔ)法規(guī)則簡(jiǎn)單、靈活易學(xué)。其程序和數(shù)據(jù)都采用符號(hào)表達(dá)式(symbolic-expression)的形式，在一個(gè)lisp程序中可以把另一個(gè)lisp程序當(dāng)作其數(shù)據(jù)來(lái)處理。這種符號(hào)表達(dá)式屏蔽了任何復(fù)雜過(guò)程，并可以用來(lái)描述任何數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。因此編程方法

30、十分靈活、相當(dāng)于一個(gè)一個(gè)的函數(shù)調(diào)用。其次，autocad的二次開(kāi)發(fā)，主要是根據(jù)各專業(yè)的具體要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)autocad的圖形實(shí)體和各種參數(shù)表的數(shù)據(jù)進(jìn)行存取和編輯，或是對(duì)autocad進(jìn)行文件的傳輸。而auto lisp提供的大多數(shù)函數(shù)都是直接針對(duì)autocad操作的，用auto lisp可以編寫(xiě)出最簡(jiǎn)單、最直接的訪問(wèn)autocad圖形數(shù)據(jù)庫(kù)的程序?？梢哉f(shuō)，auto lisp是探索autocad奧秘的最簡(jiǎn)捷的工具。經(jīng)過(guò)多年的努力auto lisp語(yǔ)言與autocad系統(tǒng)一樣，其性能和功能部得到了不斷的改進(jìn)。使得auto lisp成為autocad用戶化cad的主要開(kāi)發(fā)工具，autocad因此成為具

31、有良好開(kāi)放性的系統(tǒng)而更為普及。autodesk公司也從一個(gè)小公司迅速發(fā)展成為世界上最大的軟件公司之一。2.3 圖形自動(dòng)編程模塊的設(shè)計(jì)圖形自動(dòng)編程是一種以通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)建立的幾何模型為基礎(chǔ)，再以計(jì)算機(jī)輔助為手段，以圖形交互方式生成數(shù)控加工程序的自動(dòng)編程方法。零件cad模型的描述方法多種多樣，其中以表面模型在數(shù)控編程中應(yīng)用較為廣泛。以表面模型為基礎(chǔ)cad/cam集成數(shù)控編程系統(tǒng)。數(shù)控自動(dòng)編程系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：零件的幾何形狀可在零件設(shè)計(jì)階段采用cad系統(tǒng)的幾何設(shè)計(jì)模塊在圖形交互方式下進(jìn)行定義、顯示和修改，最終得到零件的幾何模型(可以是表面模型，也可是實(shí)體模型)；零件的加工階段靠cam系統(tǒng)自動(dòng)生成

32、加工代碼，然后輸送到數(shù)控機(jī)床進(jìn)行生產(chǎn)加工，整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了cad/cam的一體化。因此，數(shù)控自動(dòng)編程系統(tǒng)又稱cad/cam集成系統(tǒng)。本章重點(diǎn)研究cam系統(tǒng)的主要功能。2.3.1 自動(dòng)編程系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)本自動(dòng)編程系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，由六大功能模塊組成，分別為自動(dòng)編程主模塊、圖形處理模塊、路徑優(yōu)化模塊、模具庫(kù)模塊、后置處理模塊、圖形仿真模塊。自動(dòng)編程系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示。如圖2-1自動(dòng)編程系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖1、自動(dòng)編程主模塊自動(dòng)編程主模塊的主要工作是調(diào)用加工路徑模塊和模具庫(kù)模塊，將圖形信息轉(zhuǎn)化為加工路徑信息及模具信息，并生成刀位信息。此模塊還可以直接調(diào)用后置處理模塊與圖形仿真模塊，生成加工所

33、需的nc代碼，并對(duì)其進(jìn)行圖形仿真。本模塊所具有的功能還包括保存、編輯nc代碼文件等文件編輯功能。2、圖形處理模塊圖形處理模塊的作用是將cad圖形中的有用圖形信息提取出來(lái)，比如圖形中圓孔的直徑和圓心、方孔的邊長(zhǎng)和中心、腰圓孔的孔徑和中心線圓弧的半徑與圓心、矩形孔的邊長(zhǎng)和幾何中心等，然后將這些信息輸送到主程序模塊中。3、路徑優(yōu)化模塊加工路徑的確定與優(yōu)化就是數(shù)控沖床沖壓順序的確定和路徑優(yōu)化，此模塊是本自動(dòng)編程系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能可擴(kuò)展性的核心部分，主要的設(shè)計(jì)任務(wù)就是實(shí)現(xiàn)以何種方式來(lái)確定加工順序，加工路徑如何實(shí)現(xiàn)最短優(yōu)化，如何使加工時(shí)間縮到最少，如何使程序適應(yīng)多種加工方案。4、模具庫(kù)模塊模具庫(kù)模塊的功能包括模

34、具庫(kù)的建立和編輯，可以通過(guò)修改或編輯模具參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)自定義的模具進(jìn)行調(diào)整。5、后置處理模塊后置處理模塊的主要作用是根據(jù)刀位文件和有關(guān)信息形成數(shù)控加工程序。由于各種機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)不同，其所用數(shù)控程序代碼和格式也有所不同。為使編程系統(tǒng)有更好的通用性，在后置處理模塊中設(shè)置一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)特性文件，用以規(guī)定nc程序的代碼、程序格式、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及圓整。該特性文件是按照數(shù)控系統(tǒng)設(shè)置的，若不能滿足用戶特殊數(shù)控系統(tǒng)的要求，可對(duì)特性文件進(jìn)行編輯，生成所需的特性文件如圖2-2所示。 如圖2-2所示為刀具加工6、圖形仿真模塊就是根據(jù)nc代碼文件提供的信息，將加工軌跡模擬出來(lái)，動(dòng)態(tài)地顯示在顯示屏上，以方便程序校驗(yàn)和沖壓

35、過(guò)程檢驗(yàn)。2.3.2 圖形繪制與編輯圖形繪制對(duì)系統(tǒng)圖形繪制部分的構(gòu)思時(shí)，必須認(rèn)識(shí)到系統(tǒng)的圖形繪制功能必須滿足線切割加工的需要，包括以下圖形的繪制操作：1、直線的繪制 畫(huà)直線是最基本的操作；2、矩形繪制 在線切割加工中，對(duì)方塊材料的加工是最為普遍，因此在系統(tǒng)中必須包含有矩形的繪制；3、圓弧的繪制 在數(shù)控加工過(guò)程中，加工圓弧曲面和加工直線一樣較為普遍，圖形繪制模塊都必須含有圓弧的繪制；4、橢圓繪制；5、圓的繪制；6、b樣條曲線的繪制 它繪制的是自由曲線。在數(shù)控線切割加工中，一般只對(duì)輪廓進(jìn)行加工。因此這些基本繪圖的功能基本可以滿足數(shù)控線切割加工的需要。2.3.3 圖形編輯只包含有圖形的繪制，是不能滿

36、足數(shù)控加工的需要的，只有增加了圖形的編輯的功能，才能繪制出復(fù)雜且精確的圖形，滿足數(shù)控加工的需要，實(shí)現(xiàn)圖形編輯功能模塊是系統(tǒng)中較為復(fù)雜且較難實(shí)現(xiàn)的一個(gè)子模塊。圖形編輯模塊主要包括如下一些的功能： 1、圖形的刪除 2、圖形的復(fù)制 3、圖形的移動(dòng) 4、圖形的鏡像 5、圖形的旋轉(zhuǎn) 6、圖形剪切 7、倒角功能 8、倒圓角功能 9、圖形的比例的操作 10、圖形的陣列的操作 11、圖形炸開(kāi)操作2.3.4 復(fù)雜曲線繪制在線切割加工中，經(jīng)常要碰到非圓曲線輪廓零件的加工，如目前市場(chǎng)上需求較大的凸輪與模具，其輪廓中多包含有非圓曲線。然而，當(dāng)前絕大多數(shù)數(shù)控線切害機(jī)床都只具有直線與圓弧插補(bǔ)功能，并不能直接進(jìn)行復(fù)雜曲線的

37、插補(bǔ)。因此，在繪制平面復(fù)雜曲線時(shí)，也需要利用直線或圓弧樣條進(jìn)行逼近，為輸出有效的數(shù)控代碼作好準(zhǔn)備。由于曲線擬合的最終目的是為了進(jìn)行數(shù)控加工，因此對(duì)擬合效果的評(píng)價(jià)不僅要考慮到擬合精度，還需要考慮自動(dòng)編程的便利與穩(wěn)定，數(shù)控代碼的精簡(jiǎn)程度等其它影響數(shù)控加工效果的因素。然而目前的研究多各有側(cè)重，很少?gòu)恼w上考慮最終的擬合效果，因而造成了一定的片面性。2.4 加工路徑的實(shí)現(xiàn)與優(yōu)化加工路徑的確定與優(yōu)化是整個(gè)系統(tǒng)中最核心的部分，直接影響實(shí)際加工生產(chǎn)的效率。合理的優(yōu)化既要保證程序的可讀性，又要保證程序加工的高效性，有效縮短加工時(shí)間，提高加工效率。2.4.1 加工路徑確定的基本原則數(shù)控加工路徑的確定主要涉及兩個(gè)

38、基本原則：1、同一把刀工序盡量集中在數(shù)控沖壓加工時(shí)，為了減少轉(zhuǎn)刀所占用的輔助時(shí)間，可按工序集中的方法加工零件，盡可能用同一把沖模加工完零件表面上的相同沖切部分。2、走刀路徑最短對(duì)于數(shù)控設(shè)備來(lái)說(shuō)，每一秒鐘的時(shí)間都是寶貴的，沖壓過(guò)程所需的時(shí)間較短，而模具的空行程決定了加工效率，因此，合理安排空行程路徑顯得尤為重要。2.4.2 加工路徑的確定依照以上原則，當(dāng)要加工的各種不同類型元素的位置和幾何尺寸己確定，刀具路線也相應(yīng)地確定下來(lái)。本系統(tǒng)程序中先處理圓孔的加工，然后處理矩形孔的加工，最后處理復(fù)合槽孔的加工，且每一類孔都是可以按照路徑優(yōu)化的方法進(jìn)行加工，當(dāng)然也可以按照手工路徑指定的方法。在每一類零件中需

39、要根據(jù)尺寸大小的順序分組，按照最近點(diǎn)原則確定具體的加工順序。最近點(diǎn)原則的含義是離刀具的初始位置最近的那個(gè)孔最先加工，而后與最先加工孔的模具相同的一組孔按照路徑最短原則依次加工，這組孔中最后加工的位置為新的刀具初始位置，后面的孔再以相同規(guī)則加工。這樣做的好處是，生成的數(shù)控程序結(jié)構(gòu)合理，各類孔界限清晰，程序明了易讀，采用了最短路徑算法，使得空行程接近最短，減少了加工時(shí)間，提高了沖壓加工的效率，使生產(chǎn)率得到進(jìn)一步的提高。第3章 仿真加工在數(shù)控線切割上的應(yīng)用在經(jīng)濟(jì)全球化、貿(mào)易自由化和社會(huì)信息化的今天，在技術(shù)更新速度加快的新形勢(shì)下，制造業(yè)的經(jīng)營(yíng)。錢略發(fā)生了很大變化。如何在最短的時(shí)間內(nèi)，以最經(jīng)濟(jì)的手段開(kāi)發(fā)

40、出用戶能夠接受的產(chǎn)品，己成為今天市場(chǎng)竟?fàn)幍慕裹c(diǎn)。虛擬制造是解決這個(gè)焦點(diǎn)問(wèn)題的有效技術(shù)途徑。虛擬制造是采用建模技術(shù)在計(jì)算機(jī)及高速網(wǎng)絡(luò)支持下，在計(jì)算機(jī)群組協(xié)同土作下，通過(guò)三維模型及動(dòng)畫(huà)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、土藝規(guī)劃、加土制造、性能分析、質(zhì)量檢驗(yàn)以及企業(yè)各級(jí)過(guò)程的管理與控制的仿真產(chǎn)品制造過(guò)程。虛擬制造是對(duì)己有的或末來(lái)的制造活動(dòng)進(jìn)行的仿真過(guò)程，所進(jìn)行的過(guò)程是仿真的，所生產(chǎn)的產(chǎn)品也是仿真的。仿真技術(shù)將在制造企業(yè)中發(fā)揮幣要的作用。3.1 仿真技術(shù)的作用仿真技術(shù)就象是望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡，可以將所關(guān)心的每個(gè)局部生產(chǎn)過(guò)程或系統(tǒng)的整體生產(chǎn)過(guò)程呈現(xiàn)出來(lái)，供生產(chǎn)管理者分析、判斷和評(píng)價(jià)。同時(shí)，仿真技術(shù)又像會(huì)計(jì)師，可以快速地將所關(guān)心

41、的生產(chǎn)過(guò)程的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)提交出來(lái)，供生產(chǎn)管理者參考。傳統(tǒng)的檢驗(yàn)數(shù)控程序正確性的方法是試切木模、蠟?zāi)；蛩芰夏５姆椒ㄟM(jìn)行檢驗(yàn)。而在計(jì)算機(jī)仿真虛擬環(huán)境下，利用數(shù)控仿真方法進(jìn)行校驗(yàn)數(shù)控代碼的正確性，還可以檢查加工過(guò)程中刀具與工件、機(jī)床、夾具之間是否存在干涉(包括碰撞和過(guò)切)。加工過(guò)程仿真可以比較真實(shí)地反映實(shí)際的切削加工過(guò)程，并且可以立刻進(jìn)行改正在仿真過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤。這種不需要通過(guò)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行試切來(lái)檢驗(yàn)數(shù)控代碼正確性的方法具有快速直觀、省時(shí)方便的特點(diǎn)。它既節(jié)省了人力和物力，提高了生產(chǎn)效率，又保證了加工質(zhì)量，適應(yīng)現(xiàn)代市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)制造的要求。3.1.1 數(shù)控仿真的發(fā)展現(xiàn)狀數(shù)控加工一般包括以下幾個(gè)過(guò)程： 1、

42、對(duì)圖樣進(jìn)行分析 確定需要數(shù)控加工的部位；2、利用圖形軟件對(duì)需要數(shù)控加工的部分進(jìn)行幾何造型；3、根據(jù)加工條件，選擇合適的加工參數(shù)，生成刀具軌跡；4、仿真檢驗(yàn)；5、生成nc代碼文件并傳給機(jī)床。由此可見(jiàn)，上述工作需要人與計(jì)算機(jī)相互配合、共同完成。其中，需要大量的計(jì)算和重復(fù)性的工作，如刀具軌跡計(jì)算、仿真檢驗(yàn)、nc代碼生成等，基本上可由計(jì)算機(jī)完成，而人只需指定加工部位與工藝條件。仿真數(shù)控加工軟件可以讓用戶在系統(tǒng)的引導(dǎo)下輸入少量數(shù)據(jù)(工藝參數(shù)等)，就可以迅速地完成相關(guān)的加工編程工作，而且系統(tǒng)具有相當(dāng)?shù)娜嵝裕梢赃m應(yīng)不同類型的情況，對(duì)切削加工過(guò)程進(jìn)行仿真，快速檢驗(yàn)nc程序，避免發(fā)生碰撞和干涉。隨著科技的進(jìn)一

43、步發(fā)展，當(dāng)前軟件功能在工藝規(guī)劃和刀具軌跡生成等技術(shù)方面己經(jīng)取得了很大的進(jìn)展。但是于零件形狀的復(fù)雜多變以及加工環(huán)境的復(fù)雜性，要確保所生成的加工程序不存在任何問(wèn)題仍是現(xiàn)代化生產(chǎn)中非常重要的問(wèn)題。其中最主要的如加工過(guò)程中刀具的過(guò)切與欠切、機(jī)床各部件之間的干涉碰撞等。而且對(duì)于數(shù)控加工，這些問(wèn)題常常是致命的，常常造成生產(chǎn)中很多不必要的損失。因此，實(shí)際加工前采取一定的措施對(duì)加工程序進(jìn)行檢驗(yàn)并修正是十分必要的。通過(guò)基于auto lisp的編程，可以模擬加工環(huán)境、刀具路徑與材料切除過(guò)程來(lái)檢驗(yàn)并優(yōu)化加工程序，具有柔性好、成本低、效率高且安全可靠等特點(diǎn)，是提高編程效率與質(zhì)量的重要措施。虛擬加工驗(yàn)證有助于減少質(zhì)量相

44、關(guān)的缺陷所引起的浪費(fèi)，改善性能和提高制造效率，減少物理原型的設(shè)計(jì)制造和測(cè)試周期的時(shí)間和成本。3.2 仿真加工系統(tǒng)的特點(diǎn)仿真虛擬加工系統(tǒng)中數(shù)控機(jī)床建模和切削過(guò)程仿真是其重要部分。數(shù)控機(jī)床模型主要由機(jī)床的硬件(或物理)部分和軟件部分組成。硬件部分由機(jī)床部件，加工零件，刀具，夾具等虛擬實(shí)體構(gòu)成。軟件部分則由cnc控制器，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的識(shí)別等構(gòu)成。切削是一個(gè)機(jī)床接受數(shù)控代碼并驅(qū)動(dòng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)加工零件的過(guò)程。在這里，對(duì)數(shù)控機(jī)床建模，即建立虛擬數(shù)控機(jī)床(virtual nc machine tool)，是虛擬數(shù)控加工過(guò)程仿真的關(guān)鍵。3.2.1 良好的結(jié)構(gòu)性良好的結(jié)構(gòu)性包括三個(gè)方面：1、與真實(shí)機(jī)床相似的結(jié)構(gòu) 具有與

45、真實(shí)機(jī)床相似的結(jié)構(gòu)使虛擬機(jī)床能模仿真實(shí)機(jī)床的任何功能而不致因?yàn)椴捎媚撤N近似替代而導(dǎo)致某種結(jié)構(gòu)和信息的失真或丟失。一個(gè)與真實(shí)機(jī)床相似的結(jié)構(gòu)能使其設(shè)計(jì)者以直觀的方式設(shè)計(jì)和修改系統(tǒng)。2、虛擬機(jī)床各模塊的顆粒性 虛擬機(jī)床各模塊的顆粒性使每個(gè)模塊能彼此獨(dú)立地被開(kāi)發(fā)和工作，從而增強(qiáng)了虛擬機(jī)床的可操作性和可管理性。3、各模塊合適的顆粒度 虛擬機(jī)床各模塊顆粒度的合適與否取決于每個(gè)模塊的抽象度是否定義合適，以便使虛擬機(jī)床既是一個(gè)能概括各種類型的數(shù)控機(jī)床的抽象框架，又能方便地掛接具體的模塊來(lái)仿真某種特定類型的數(shù)控機(jī)床。3.2.2 完善的圖形接口完善的圖形接口使用戶既能如在真實(shí)環(huán)境中那樣完全操作虛擬數(shù)控機(jī)床，又能完

46、全真實(shí)地以圖像的形式觀察機(jī)床運(yùn)行的各種狀態(tài)和各種機(jī)床運(yùn)行參數(shù)，從而最大限度地提高人機(jī)融合程度。3.2.3 完全的符號(hào)數(shù)據(jù)接口完全的符號(hào)數(shù)據(jù)接口能使虛擬機(jī)床的各種靜止和運(yùn)行狀態(tài)以符號(hào)數(shù)據(jù)的形式被外界感知，從而提供了與其它制造軟件的無(wú)縫連接。外界也能通過(guò)輸入符號(hào)數(shù)據(jù)對(duì)虛擬機(jī)床進(jìn)行控制。3.2.4 標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式虛擬機(jī)床由于采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式存儲(chǔ)、傳輸和處理數(shù)據(jù)，因而能夠在語(yǔ)義意義上提高其與外界制造資源的相互操作性。3.3 加工仿真在制造業(yè)中的應(yīng)用仿真就是對(duì)復(fù)雜的顯示系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一定的抽象和簡(jiǎn)化，形成系統(tǒng)的模型，然后在分析的基礎(chǔ)上運(yùn)行此模型，從而得到系統(tǒng)的一系列設(shè)計(jì)性能。仿真原理如圖3-1所示。圖3-1

47、仿真原理 仿真加工在制造業(yè)中的應(yīng)用，主要有以下幾個(gè)方面：1、評(píng)價(jià)生產(chǎn)系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì) 在新系統(tǒng)建立前，設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)仿真加工，將系統(tǒng)的整體配置及運(yùn)行過(guò)程呈現(xiàn)在設(shè)計(jì)者面前，通過(guò)仿真分析，找到設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題，尋求優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案，以降低投資風(fēng)險(xiǎn)。2、控制物料 通過(guò)對(duì)庫(kù)存的仿真，可以動(dòng)態(tài)地掌握出庫(kù)、入庫(kù)情況，正確地掌握訂貨的實(shí)際與尺度。3、協(xié)調(diào)各工序的生產(chǎn)節(jié)奏 多任務(wù)序組成的生產(chǎn)加工系統(tǒng)，各工序生產(chǎn)節(jié)奏一般上是不協(xié)調(diào)的，可通過(guò)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程仿真找到生產(chǎn)“瓶頸”，調(diào)整設(shè)備、調(diào)配人力，使系統(tǒng)發(fā)揮最大的潛力，達(dá)到協(xié)調(diào)高效生產(chǎn)。4、輔助生產(chǎn)調(diào)度 生產(chǎn)調(diào)度在下達(dá)生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃前，對(duì)該計(jì)劃進(jìn)行仿真，可以預(yù)測(cè)生產(chǎn)運(yùn)行結(jié)果

48、，并根據(jù)調(diào)度者的目的修改計(jì)劃，直到滿意為止。也就是說(shuō)，仿真能幫助生產(chǎn)調(diào)度者選擇一種較優(yōu)的調(diào)度策略。仿真技術(shù)在上述四個(gè)方面的應(yīng)用是最普遍的。除此之外，還可運(yùn)用仿真技術(shù)對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析;對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的資金進(jìn)行分析與預(yù)測(cè);對(duì)產(chǎn)品性能進(jìn)行分析與預(yù)測(cè)等。仿真加工在制造業(yè)中的應(yīng)用，根據(jù)世界各國(guó)的經(jīng)驗(yàn)表明，用仿真技術(shù)來(lái)評(píng)價(jià)新系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)，可使企業(yè)節(jié)約投資5%-10%在日常生產(chǎn)管理中運(yùn)用仿真技術(shù)，可提高生產(chǎn)效率30%左右，并且可以大大降低廢品率。第4章 運(yùn)動(dòng)仿真在機(jī)構(gòu)上的應(yīng)用對(duì)話框是一種深受用戶歡迎的界面，它形象、直觀，隨意輸入，隨時(shí)修改，鼠標(biāo)、建盤并用、操作方便。對(duì)話框用dcl(dialog con

49、trol language)定義，得到“.dcl”類型的文件，用auto lisp或c程序驅(qū)動(dòng)。autocad系統(tǒng)定義的對(duì)話框存放于acrd. dcl文件中、文件base. dcl為用戶提供了一些常用的標(biāo)準(zhǔn)控件。4.1 對(duì)話框及其控制語(yǔ)言對(duì)話框是操作者與計(jì)算機(jī)對(duì)話的工具，本文對(duì)話框是利用dcl語(yǔ)句所編寫(xiě)的，該語(yǔ)言以ascii 文件形式定義對(duì)話框，對(duì)話框中的各種元素又稱為控件，控件的尺寸和功能由控件的屬性控制。用戶只需提供最基本的位置信息，autocad 就可以自動(dòng)確定對(duì)話框的大小和布局。在其上可以選擇所要的機(jī)構(gòu)，其界面如圖4-1所示：圖4-1 機(jī)構(gòu)選擇的dcl對(duì)話框?qū)υ捒蚩刂普Z(yǔ)言dcl(dia

50、log control language)是定義對(duì)話框的語(yǔ)言。1、對(duì)話框文件 對(duì)話框文件是用對(duì)話框控制語(yǔ)言定義的文件，是asci工碼格式的文本文件。文件的擴(kuò)展名為“.dcl”，因此也被稱作dcl文件。2、dcl文件的結(jié)構(gòu) 對(duì)話框的結(jié)構(gòu)圖是一個(gè)樹(shù)型結(jié)構(gòu)，對(duì)話框是這棵樹(shù)的樹(shù)根，行、列組件是樹(shù)枝，基本控件和組合控件是樹(shù)葉。3、對(duì)話框驅(qū)動(dòng)程序 對(duì)話框文件描述了對(duì)話框的結(jié)構(gòu)和外觀、所屬控件的式樣和功能及控件的布局。但是要將對(duì)話框顯示到屏幕上，使對(duì)話框連同各控件發(fā)揮作用，必須靠程序驅(qū)動(dòng)。用auto lisp語(yǔ)言可以編寫(xiě)對(duì)話框的驅(qū)動(dòng)程序。對(duì)話框的程序驅(qū)動(dòng)流程如圖4-2所示。圖4-2 對(duì)話框的程序驅(qū)動(dòng)流程圖4

51、.2 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)記過(guò)演示能夠得到許多的信息，如主要構(gòu)件的位移，速度，加速度曲線等。我們能從這些數(shù)據(jù)中得到機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形態(tài)和方式，以下為演示所得的圖形，在這些圖形中我們可以看到機(jī)構(gòu)的形態(tài)，主要構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)形態(tài)等。圖4-3 為曲柄四桿機(jī)構(gòu)及模擬運(yùn)動(dòng)曲線圖4-3為四桿機(jī)構(gòu)及模擬運(yùn)動(dòng)曲線，用戶通在autocad環(huán)境下，通過(guò)人機(jī)交互輸入方式畫(huà)好機(jī)構(gòu)并調(diào)用程序后，程序自動(dòng)生成的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖并按運(yùn)動(dòng)參數(shù)動(dòng)態(tài)模擬機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)及是根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)繪制的搖桿位移s，速度v和加速度a在轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)周期內(nèi)的化規(guī)律。圖4-4為鉸鏈滑塊機(jī)構(gòu)及其模擬運(yùn)動(dòng)結(jié)果，導(dǎo)桿為運(yùn)動(dòng)輸出構(gòu)件。機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性主要反映搖桿的位移s，速度v和加速度a的變化

52、，過(guò)調(diào)整幾何參數(shù)，可獲得不同的運(yùn)動(dòng)特性。圖4-4 為鉸鏈滑塊機(jī)構(gòu)及其模擬運(yùn)動(dòng)圖4-5為拉包機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)特性曲線圖4-5 拉包機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)特性曲線第5章典型零件加工及說(shuō)明5.1 圓弧類零件的加工仿真本節(jié)主要介紹圓弧類工件的基本加工過(guò)程。這種類型的工件相對(duì)而言，具有較高的加工難度，如果以手工進(jìn)行參數(shù)計(jì)算和定型，非常地復(fù)雜，對(duì)編程人員來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)繁重的體力和腦力勞動(dòng)。用此程序不僅可以自動(dòng)生成加工代碼，還可以保證足夠的精度。1、 在auto cad下繪制如圖5-1所示的圓弧工件零件圖 圖5-1圓弧工件零件圖 圖5-2 圓弧工件仿真過(guò)程圖 圖5-3圓弧工件仿真結(jié)束圖2、運(yùn)行程序，讓用戶選擇加工路線，進(jìn)行仿

53、真加工如圖5-2 為仿真過(guò)程中圓工件模擬圖。3、為圓弧工件仿真結(jié)束是的效果圖。4、加工仿真過(guò)程的分析如圖5-4所示。5、仿真結(jié)束后生成的3b代碼如圖5-5所示。6、如果機(jī)器已和線切割機(jī)床相連接，則可一直接調(diào)用生成的代碼，如未進(jìn)行連接，則可以用手動(dòng)的方式進(jìn)行代碼的輸入。7、輸入完畢后，可以在機(jī)床上進(jìn)行工件的加工。圖5-4加工仿真過(guò)程的分析如圖5-5 仿真結(jié)束后生成的3b代碼5.2 非標(biāo)準(zhǔn)件的仿真過(guò)程本節(jié)主要介紹非標(biāo)準(zhǔn)件的基本加工過(guò)程。在實(shí)際生產(chǎn)中，有時(shí)候需要用到零件反求技術(shù)，即在不知道零件具體參數(shù)的情況下，通過(guò)零件實(shí)物或影像等，以測(cè)量手段，獲取零件輪廓上的一系列點(diǎn)，來(lái)描述零件輪廓，從而實(shí)現(xiàn)零件的再現(xiàn)加工。autocad系統(tǒng)通過(guò)對(duì)樣條曲線的處理，可以提供簡(jiǎn)單的反求功能。如圖5-6為通過(guò)實(shí)物照片提取的輪廓。樣條曲線可以近似用直線和圓弧替代，其處理后的效果如圖5-7所示，然后在按上節(jié)的步驟在此不在為加工仿真過(guò)程和結(jié)束時(shí)效果圖。圖5-6實(shí)物照片提取的輪廓5-7加工仿真過(guò)程和結(jié)束時(shí)效果圖如圖5-8 仿真結(jié)束后生成的3b代碼和加工仿真過(guò)程分析。如圖5-8 仿真結(jié)束后生成的3b代碼和加工仿真過(guò)程分析結(jié) 論隨著柔性制造系統(tǒng)的迅速發(fā)展和計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)的不斷成熟先進(jìn)制造技術(shù)迅猛發(fā)展，超高速切削、超精密加工等技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)數(shù)控加工技術(shù)提出了更高的要求。如何結(jié)合實(shí)際與