數(shù)控車削仿真系統(tǒng)的研究—論文開(kāi)題報(bào)告書

1、本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告書題 目 數(shù)控車削仿真系統(tǒng) 的研究 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 專業(yè)班級(jí) 指導(dǎo)老師 2006年03月10日設(shè)計(jì)題目數(shù)控車削仿真系統(tǒng)的研究課題目的、意義及相關(guān)研究動(dòng)態(tài)：1、課題目的及意義：數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，隨之而來(lái)的是數(shù)控系統(tǒng)操作人員的培訓(xùn)，只有擁有了大量的、優(yōu)秀的數(shù)控人才，我國(guó)的數(shù)控技術(shù)才能稱得上是普及。然而一臺(tái)加工中心要數(shù)百萬(wàn)元，可謂價(jià)格不菲。另外由于初學(xué)者比較容易誤操作，這樣就大大地降低了價(jià)格昂貴的數(shù)控機(jī)床的使用壽命，提高了培訓(xùn)成本，數(shù)控仿真技術(shù)能有效地解決數(shù)控培訓(xùn)的難題。隨著電子技術(shù)尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，以計(jì)算機(jī)為主要工具的仿真技術(shù)在近十年得到了飛速的發(fā)展。數(shù)控機(jī)床加工零件是

2、靠數(shù)控程序控制完成的，當(dāng)前數(shù)控編程技術(shù)在曲面建模、軌跡規(guī)劃、刀位計(jì)算等方面有了很大的進(jìn)步，但仍不能確保nc程序的完全正確可靠。nc程序的檢校方法有多種，方法之一是在數(shù)控加工之前讓數(shù)控機(jī)床空運(yùn)行，空運(yùn)行只能對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)是否正確及有無(wú)干涉碰撞做粗略的估計(jì)；方法之二是試切法即通過(guò)試切木質(zhì)或塑料工件檢查其正確性，顯然這一過(guò)程周期長(zhǎng)、成本高、效率低；方法之三是軌跡顯示法，即以劃針或筆代替刀具，以著色板或紙代替毛坯來(lái)仿真刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的二維圖形（也可以顯示二維半的加工軌跡），但是局限性大。為此，尋找一種能夠快速、安全、有效地驗(yàn)證nc程序正確性的方法1,就成了急待解決的問(wèn)題因此，研究一種基于nc代碼的數(shù)控仿真系

3、統(tǒng)的將具有重要的意義。2、相關(guān)的研究動(dòng)態(tài)：數(shù)控加工仿真就是在計(jì)算機(jī)上利用三維圖形技術(shù)對(duì)數(shù)控加工過(guò)程進(jìn)行模擬仿真，它已成為cad/cam技術(shù)的重要組成部分。由于數(shù)控仿真技術(shù)不需要原料，校驗(yàn)過(guò)程具有敏捷性、直觀性和柔性等特點(diǎn)，因此它是提高刀具軌跡驗(yàn)證效率的有效途徑，具有十分可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值2。國(guó)內(nèi)外有許多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了研究。國(guó)際上，國(guó)外在上個(gè)世紀(jì)80年代開(kāi)展數(shù)控仿真技術(shù)的研究，volecker和hunt兩人于1981和1982年最早將實(shí)體造型技術(shù)引入nc程序檢校，并利用padl（csg）模型做了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)3。還有一個(gè)應(yīng)用廣泛而且功能強(qiáng)大的數(shù)控加工仿真模塊是nc verify，支持多種數(shù)據(jù)輸入（如g代碼

4、數(shù)控程序），具有檢查與測(cè)量功能、動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示功能等4。國(guó)內(nèi)許多的高校、科研機(jī)構(gòu)在數(shù)控仿真方面開(kāi)展了研究工作，取得了一些成果。1994年清華大學(xué)和華中理工大學(xué)在國(guó)家高科技計(jì)劃（863）cim主題支持下研制了由nc代碼驅(qū)動(dòng)加工過(guò)程的仿真器hmps；哈爾濱工業(yè)大學(xué)也在國(guó)防科工委“八五”科研項(xiàng)目fms關(guān)鍵技術(shù)研究計(jì)劃支持下研制了數(shù)控加工過(guò)程三維動(dòng)態(tài)圖形仿真器ncmps。南京航空航天大學(xué)開(kāi)發(fā)了基于acis平臺(tái)的的supermancad/cam2000的車/銑仿真模塊，不僅實(shí)現(xiàn)了基于實(shí)體的數(shù)控三維圖形仿真，而且提出了基于精確掃描體構(gòu)造的cuboid-array數(shù)控仿真驗(yàn)證算法5。3、主要存在的問(wèn)題以上研究

5、都是基于特征的，而基于nc代碼的數(shù)控仿真軟件卻很少見(jiàn)，雖然基于圖形的仿真技術(shù)可以解決程序編制、切削仿真等問(wèn)題。但由于世界上各個(gè)廠家所使用的數(shù)控系統(tǒng)不完全一致，這就必然導(dǎo)致了一些g指令的區(qū)別，由基于圖形所創(chuàng)建的nc程序不能被數(shù)控車床直接使用。另外從仿真軟件的應(yīng)用來(lái)看，多數(shù)的大牌軟件還存在一些問(wèn)題。例如在技術(shù)支持方面，國(guó)外的軟件公司在國(guó)內(nèi)發(fā)展不夠成熟，往往不能提供全面周到的技術(shù)服務(wù)，沒(méi)有全中文的操作界面和聯(lián)機(jī)幫助，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程不符合中國(guó)人的設(shè)計(jì)習(xí)慣，等等。還有就是國(guó)外的軟件一般造價(jià)都比較昂貴，對(duì)運(yùn)行環(huán)境的要求比較高，不符合中國(guó)國(guó)情。因此，很有必要開(kāi)發(fā)出一套基于nc代碼且符合國(guó)情的仿真系統(tǒng)。課題的

6、主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：1、 確定數(shù)控車削仿真系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及實(shí)現(xiàn)方案；2、 確立數(shù)控仿真系統(tǒng)中關(guān)鍵部分的數(shù)學(xué)建模（包括相應(yīng)的g功能代碼、幾何仿真過(guò)程中能實(shí)現(xiàn)的m代碼等）3、 加工過(guò)程的動(dòng)態(tài)建模4、 編制相應(yīng)的仿真軟件。 研究方法、設(shè)計(jì)方案：1、研究方法： 以windows為平臺(tái)，以visual basic 6.0為工作語(yǔ)言設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)控代碼的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的車削過(guò)程。2、設(shè)計(jì)方案：系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，其總體結(jié)構(gòu)方案如圖11所示，各模塊的功能如下：（1） 毛坯：基于車削的毛坯一般問(wèn)棒料，可用直徑和長(zhǎng)度兩個(gè)變量來(lái)建立毛坯的幾何模型（2） nc程序：采用記事本對(duì)nc程序進(jìn)行編輯，再用語(yǔ)言（v

7、b6.0）編寫合適的nc編譯器對(duì)nc程序讀取，識(shí)別。（3） 插補(bǔ)算法：采用逐點(diǎn)比較法對(duì)直線、圓弧進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算。（4） 仿真顯示：利用vb提供的畫圖函數(shù)建立毛坯和刀具，并顯示刀具運(yùn)動(dòng)軌跡。3、關(guān)鍵問(wèn)題：通過(guò)nc編譯器識(shí)別用記事本編輯的nc程序，經(jīng)識(shí)別的nc程序調(diào)用相應(yīng)的插補(bǔ)算法來(lái)驅(qū)動(dòng)vb畫圖函數(shù)模擬車削。 總體方案的分析界面設(shè)計(jì)毛坯建立刀具選擇nc程序編譯器插補(bǔ)算法仿真顯示nc程序 圖11總體方案完成期限和預(yù)期進(jìn)度：1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)課題調(diào)研階段：（第3-4周）：課題調(diào)研及文獻(xiàn)檢索、完成英文翻譯2、 畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告階段：（第5-6周）：完成開(kāi)題報(bào)告3、 畢業(yè)設(shè)計(jì)主要工作階段：（第7-15周）：（1） 完成系統(tǒng)的總體規(guī)劃。（第7-8周）（2） 數(shù)學(xué)建模。（第9-12周）（3） 軟件設(shè)計(jì)。（第13-14周）（4） 完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書的撰寫工作。（第15周）4、 畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯階段：（第16周）主要參考資料：1 周濟(jì)，周艷紅.數(shù)控加工技術(shù)（第1版）m.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2002待添加的隱藏文字內(nèi)容12 羅亞波，陳定方，肖田元.遠(yuǎn)程數(shù)控仿真的一種編程實(shí)現(xiàn)方法j.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2004（28）：62-653 汪辰.基于實(shí)體布爾運(yùn)算的數(shù)控車削仿真系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn).南京航空航天大學(xué)，20014 原彬.數(shù)控車削加工仿真系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn).大連鐵道學(xué)院，20015 周靜.數(shù)控仿真三維建模與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn).南