980T系列数控系统仿真作业环境的研究与开发.pdf

《980T系列数控系统仿真作业环境的研究与开发.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《980T系列数控系统仿真作业环境的研究与开发.pdf（68页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、分类号U D C学号竖!i!蟹皲垒珏工程硕士学位论文、。9 零。了丞列数控系统仿真作业环境的研究写开发工程硕士姓名鲎堡工程领域撞剑三焦研究方向盐簋扭控剑指导教师至羞这勘熬拯单位指导教师渣旦盐盟直三国防科学技术大学研究生院m 0 0 六年五月国防科学技术大学研究生院硕士论文摘要数控加工仿真环境是C A D c A h I 与N c 技术的支持平台，其研究开发直接有益于c D c A M与N C 的仿真开发建立通用的仿真环境，可以极大减少c A D c A M 系统开发的工作量、提高产品质量和生产效率本文从剖析数控加工仿真环境的功能与结构出发，首先给出了基于图形编辑器、自动编程器、译码器及三维仿真

2、器为核心模块的数控加工仿真环境总体架构，然后给出了图形编辑器、自动编程器等核心模块的结构设计及软件实现方法。本文的研究取得了以下一些成果：1 给出了一般数控加工仿真环境的框架结构。提出了基于图形编辑器、自动编程器、译码器及三维仿真器为核心模块的数控加工仿真环境总体架构该模式适合于一般c c A D C A M 与N c 仿真系统的开发2 设计开发出二维图形编辑器该图形编辑器即可作为一般C A D C A M 二维设计子系统，又可提供数控加工仿真的基本图形数据如工件几何结构及毛坯几何结构。系统采用v c 抖为开发工具，直接从底层开发，具有完全自主知识产权。3 设计开发出自动N C 程序生成器。该

3、自动编程器可以根据加工零件与毛坯的几何形状、尺寸，通过交互式工艺链定制，自动生成G S K 9 8 0 数控系统加工的N c 程序，丰富了9 8 0系列数控系统的功能4 基于多线程技术，研究开发出多数据同步的仿真器数控加工仿真环境的仿真器涉及到多种不同数据的同步显示，需要采用多线程技术实现这些数据的同步显示笔者在研究剖析了多线程技术的基础上，研究开发出多数据同步的仿真器，使各种数据能够同步显示，取得很好的真效果。5 研究开发出完整的G S K 9 8 0 车削仿真环境。关键词：数控技术，C A D O I 憎仿真平台，自动编程工具第1 页璺堕型兰彗查盔兰坚塞生堕堡主丝苎A B S T R A

4、C TS i m u l a t i o ne n v i r o n m e n tf o rn u m a r i c a l-c o n t r o l c dm a c h i n i n g(S E N C M)i sas u p p o r tp l a t f o r mf o rC A D C A Ma sw e l la sN Ct e c h n o l o g y T h ed e v e l o p m e n to fS E N C M,w h i c hc a nr e d u c ed e v e l o p i n gc o s t,i n c r e a s

5、ep r o d u c t-c f f i c i c n t sa n de n h a n c ep r o d u c tq u a l i t i e s,i sg r e a t l yb e n e f i c i a lt oC A D C A Ma n dN Ct e c h n o l o g y S t a r t i n gw i t l la l la n a l y s i so ft h es t r u c t u r ea n df u n c t i o n s o f S E N C M,a f r a m e w o r k o f S E N C M,

6、w h i c hs o n s i s t s o f a g r a p h i c e d i t o r,a l l a u t o m a t i cN Cp r o g r a m m e r,a nN Cc o d ei n t e r p r e t o ra n da3-d i m e n s i o n a lg e o m e t r i cs i i m u l a t o r,i sf i r s tp u tf o r w a r di nt h i st h e s i s；t h e nt h es y s t e m a t i cs t r u c t u

7、r e sa n di m p l e m e n t a t i o n sf o r t h ed e v e l o p m e n to ft h eg r a p h i cc d h o ra n dt h ea u t o m a t i c a lN Cp r o g r a m m e ra r cp r e s e n t e di nd e t a i l s T h em a i na c h i e v e m e n t sc o n c e r n e dw i t h t h i st h e s i sa r ea sf o l l o w s：I Ag e

8、n e r i cf r a m e w o r ki sp u tf o r w a r df o rS E N C M，s a y i n gt h a tS E N C MC a nb em a d eu po fag r a p h i ce d i t o r,a na u t o m a t i c a lN Cp r o g r a m m e r,a nN Cc o d ei n t c r p r c t o ra n da3-d i m e n s i o n a lg e o m e t r i cs i l m u l a t o r T h i sf r a m e

9、w o r kc a nb er e f e r e dt oi nd e v e l o p m e n to fc K Q l c 心A a n dN Cs i m u l a t i O I l S 2 Ag r a p h i ce d i t o rf o r2-d i m e n s i o n a lg r a p h si sd e s i g n e da n dd e v e l o p e d T h i se d i t o rC a nb eu s e dt od e s i g nt h eg e o m e t r i cd a mo ft h em a c h

10、i n e dp a r t sa sw e l la sas u b s y s t e mi naC A D C A Ms y s t e m T h ee d i t o ri sd e v e l o p dw i t hV i s u a lC 抖。c o m p l e t e l yc o p y r i g h t e d 3 A na u t o m a t i cN Cp r o g r a m m e ri sd e s i g n e da n dd e v e l o p e d T h ea u t o m a t i cN Cp r o g r a m m e r

11、C a na u t o m a t i c a l l yg e n e r a t e sN Cp r o g r a m si na c c o r d a n c ew i t ht h eg e o m e t r i cs h a p eo ft h em a c h i n i n gp a r ta n dt h ep r o c e s sc h a i n f l 锄n o df o rt h ep a r t sb ym e a n so fi n t e r a c t i v em o d e s，a n de n r i c h e st h ef u n c t

12、i o n so f G S K 9 8 0s y s t e m s 4 As i m u l a t o ri sd e s i g n e da n dd e v e l o p e dv i am u l t i t h r e o d st e c h n o l o g i e s T h es i m u l a t o rC a ns y n c h r o n i c a l l y d i s p l a yh e t e r o g e n e o u sd a t ai n d i f f e r e n ta r e ao fs c r e e n,e x h i b

13、 i t se x c e l l e n ts i m u l a t o n s 5 As y s t e mo f S E N C Mi sd e v e l o p m e n ta n dp r o v eg o o di np r a g t i c e K e y w o r d s：N u m m c r i c a c o n t r o lt e c h n o l o g y,C A D C A M，S i m u l a t i o np l a t f o r m,A u t o m a t i cp r o g m m m i l l g(A P T)t o o l

14、第1 I 页图表清单图I I 手工编程的一般步骤。5图1 2 计算机仿真的三个过程6图1 3 仿真环境与仿真、C A D C A M 关系图。9图2 1 数控加工仿真作业环境采用总体设计。l l图2 2 仿真作业环境功能分解图1 2图2 3 图形编辑器与自动编程器集成环境的可视化规划图1 2图2 4 仿真器的显示区域规划1 3图2 5 仿真作业环境总体模块关系图1 3图2 6 图形编辑器数据流向关系示意图。1 4图2 7 自动编程器数据流向关系示意图1 4图2 8自动编程模块流程图。1 5图3 1 图形编辑器功能模块图1 6图3 2 两线段倒圆的计算流程1 7图3 3 数据存储框架结构图1 8

15、图3 4T D a t a L a b e l 结构图1 8图3 5 图形实体类结构图一1 9图3 6 虚屏中节点构成双向显示多重链表。2 l图3 7 部分C o m m a n d 类层次图2 2 图3 8 菜单项和C o m m a n d 对象关系图2 2图3 9 命令历史记录示意图。2 3图3 1 0 撤销最近命令操作示意图一一2 4图3 1 l 重复撤消示意图。2 4图3 1 2 重做最近命令示意图2 4图3 1 3 重复重做示意图2 4图3 1 4 d i m e E n t i t y 类继承关系图：2 7图3 1 5D X F 导入导出流程图2 7图4 1G S K 自动编程系

16、统总体结构示意图一2 9图4 2 树状结构的工艺链结构图3 2图4 3 工件设计。j 3 2图4 4 自动生成的精加工N C 程序一3 3图4 5 仿真加工效果3 3图5 1 仿真加工环境的屏幕显示分区3 8图5 2 仿真面板上的各种同步显示关系。3 9图6 1 数控车削仿真器界面4 2图6 2 仿真加工效果图4 3图6 3 图形编辑器运行效果(左边图形参数记录表单)4 3图6 4 自动编程器运行效果(左边工艺表单)4 4图6 5 自动生成的数控程序4 4图6 6 模拟L C D-位置”状态4 5图6 7 模拟L C D-“程序”状态4 5图6 8 模拟L C D p 刀补”状态一4 6图6

17、9 模拟L C D-参数”状态。4 6图6 1 0 模拟I,C D-诊断”状态4 6图6 1 l 模拟L C D-设置”状态图6 1 2G 0 1 加工实例的零件图图6 1 3G 0 1 实例加工仿真后的效果图6 1 4G 0 2 G 0 3 加工实例零件图图6 1 5G 0 2 0 3 实例加工仿真后的效果图6 1 6G 0 2 G 0 3 组合加工零件实例图6 1 7G 0 2 G 0 3 组合实例加工仿真后的效果图6 1 8 螺纹加工零件零件图图6 1 9 圆柱螺纹和圆锥螺纹加工仿真后的效果图6 2 0 包含循环指令的综合实例图6 2 l 车削加工后效果表3 1D X F 文件从R 1

18、2 到R 2 0 0 0 段的变化拍钉卯糯船的勋豇钇笳独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表和撰写过的研究成果，也不包含为获得国防科学技术大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意学位论文题目：2 1 Q!丞列熬控丕统佐裹笠些丕境鲍珏窒曼珏虚学位论文作者签名：臂镪日期：汐口年，月绍日学位论文版权使用授权书本人完全了解国防科学技术大学有关保留、使用学位论文的规定本人授权国防科学技术大学可以保留并向国家有

19、关部门或机构送交论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借阕；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存汇编学位论文(保密学位论文在解密后适用本授权书)学位论文题目：!塑丕列熬整丕统鱼套丝些丕墟鲍珏究皇五发学位论文作者薪：壁垒日期：2,o O 年岁月必日作者指导教师签名：弓，牡日期：乡彩年自到，日国防科学技术大学研究生院硕士论文第一章绪论计算机辅助设计与制造(C A D C A M)技术是近年来工程技术领域中发展最迅速、最引人注目的高新技术之一它的崛起已成为工业生产现代化的重要标志，它的应用及发展正引领着一场工业产品设计与制造技术革命，并对产业

20、结构、产品结构、企业结构、以及人才知识结构等方面带来深刻的影响【1 1 1 2 1 随着计算机硬件、软件，图形及智能模拟等方面技术的巨大进步，C A D C A M 技术已经广泛应用于机械，电子、汽车、船舶、航天，航空轻工等各个领域，它的发展与应用水平已经成为衡量一个国家科技现代化和工业现代化的重要标志之一嘲1 4】。C A D C A M 技术在机械工业中的应用从根本上改变了历史上的手工绘图及按图纸组织生产过程的组织管理方式；在计算机上进行交互设计，用数据文件发送产品定义，在统一的数字化模型下进行产品的设计、分析计算、工艺规划，工艺装备设计、数控加工编程、数控仿真、数控加工、质量控制等已成了

21、当今C A D C A M 技术的基本手段。C A D 是一个包括范围很广的概念概括来说，C A D 的设计对象有两大类：一是机械、电气、电子、轻工和纺织产品；另一类是工程设计产品现在，C A D 技术的应用范围已经延伸到艺术，电影、动画、广告和娱乐等领域，产生了巨大的经济及社会效益，并有广泛的应用前景C A D 技术的研究起步于2 0 世纪5 0 年代后期，经历了二维绘图，线框造型、曲面造型、实体造型、参数化设计和特征造型技术等几个发展阶段经过4 0 多年的发展，传统C A D 技术已经基本成熟C A D 技术的发展趋势集中在以下几个方面【5】：(1)C A D 系统的网络化和互操作：(2)

22、支持产品全生命周期；(3)支持产品设计全过程；(4)用户交互技术的智能化和人性化；(5)产品设计过程的知识化；(6)3 D 数字媒体的大众化和普及应用等。第3 页国防科学技术大学研究生院硕士论文C A M 技术是随着1 9 5 2 年美国麻省理工学院研制出世界上第一台三坐标联动的数控铣床的诞生而出现的数控自动编程技术从手工编程、数控语言编程，发展到今天的将产品设计与图像编程相结合的自动化多坐标数控编程，解决了许多外形复杂或精度要求很高的零件加工问题随着计算机技术的迅速发展，信息与通信技术，多媒体技术和人工智能专家系统的实用化，C A D C A M 技术的普及应用越来越广泛和深入，现在正朝着开

23、放、集成、并行，智能化和标准化的方向发展嘲国外C A D C A M 技术经过四十多年的发展，涌现了许多商品化的C A D C A M 软件，如美国P T C 公司的P r o E n g m e r,E D S 公司的U n i g r a p h l c s(U G)，美国S D R C(S t r u c t u r a lD y n a m i c sR e s e a r c hC o r p o r a t i o n)公司的I-D E A SM a s t e rS e r i e s。法国M A T R A 公司的。E U C L I D，法国达索(D a s s a u l

24、t)飞机公司的C A T I A r 1 这些软件已有很多引入到我国我国自6 0 年代开始研究开发C A D 软件以来，开发了一系列实用的C A I)，C A l 订软件，如清华和华中理工大学的G H C A D，北京航空航天大学的c A X A n、N】口A、华正、金银花，浙江大学的G D C A D 系统，南京航空航天大学的S u p e r m a nC A D C A M 集成系统等等。在我国，各类C A D 软件的应用已逐渐普及深入1 8】【9】。1 2 数控加工编程的发展概况数控加工是C A D C A M 技术中最能明显发挥经济效益的生产环节之一，可以保证产品达到极高的加工精度和

25、获得稳定的加工质量，实现操作过程自动化，缩短生产准备周期，适宜产品快速更新换代的需要。实践证明，生产对象的几何形状越复杂，加工精度要求越高，生产批量越小，数控加工的优越性就越能得到发挥数控加工程序的编制一直是发挥数控机床潜能的关键环节数控编程大体经过了手工编程、数控语言自动编程和交互式图形编程三个阶段手工编程是指由人完成编制零件加工程序的各个步骤。包括分析零件图纸，制定工艺规划、数值计算、编写零件加工程序单，制作控制介质、程序校核等团1 其工作流程如图1 1 所示对于几何形状不太复杂的简单零件，计算比较简单。所需加工程序不复杂，出错率也较低，手工编程显得经济且及时但对编程人员要求较高，其必须非

26、常熟悉所用第4 页国防科学技术大学研究生院硕士论文数控机床的各种指令、代码及数控系统的性能。对于复杂的零件加工，特别是在面对多台不同数控系统的情况下，编程时容易产生指令代码的混淆，编程的计算量将非常大，编程效率会很低，出错率将大大增加因此。现在已经很少应用图1 1 手工编程的一股步骤为了提高编程的效率，人们开始借助计算机进行自动编程，如数值计算、编写零件加工程序单、自动地输出打印加工程序并将程序记录在相关介质上这种编程方法叫自动编程【1 4 1 程序编制人员只需根据零件图纸和工艺要求，使用规定的数控语言编写出一个较简单的零件加工源程序，并将其输入计算机中，计算机就自动的进行处理，计算出刀具中心

27、的运动轨迹。2 0 世纪5 0 年代麻省理工学院研制开发了用于机械零件数控编程的专用编程语言A P T 语言1 1 2 1 1 3 1 该语言具有直观、制备介质快、加工精度高等优点，很快得到了广泛的接受和应用，成为使用最广的自动编程语言f 2 1 脾1 计算机自动编程代替程序编制人员完成繁琐的数值计算工作，既能减轻劳动强度，缩短编程时间，又能减少错误，提高编程精度和编程效率，还能够解决手工编程无法解决的许多复杂零件的编程问题【3 l l。随着C A D C A M 技术的发展，计算机自动编程系统也从A P T 语言自动编程过渡到。图形交互自动编程”2 6 V 2 1 3 3 1 1 6 1 1

28、 它是通过专用的计算机软件来实现的这种软件通常以C A D C A M 集成系统软件为基础，利用C A D C A M 软件的图形编辑功能将零件的几何图形绘制到计算机上，形成零件的图形文件，然后用数控编程模块，采用人机交互的方式在计算机屏幕上指定被加工的部位，再输入相应的加工参数，计算机便可自动进行必要的数值处理并编制出数控加工程序，同时在计算机屏幕上动态的显示出刀具的加工轨迹这种编程方法与前两种方法比较，具有速度快，精度高、直观性好，使用简便，便于检查等优点因此，图形交互自动编程是一种先进的自动编程技术，已经成为当今N c 加工编程的主要方法【4 射。一些先进的编程软件如M a s t c

29、r C A M，U G，第5 页国防科学技术大学研究生院硕士论文P r o E 等普遍采用了这种编程技术但是，无论采用何种编程方式产生的N c 代码，在进行实际的数控加工之前，都必须对它进行检验和调试。随着计算机技术的不断改善和计算机图形学的飞速发展，计算机仿真技术在制造系统中得到了广泛的应用使用计算机仿真技术，对数控加工过程进行仿真，从而验证N c 代码的正确性具有重要意义 3 0 I。1 3 数控加工仿真的应用和国内外研究现状I 3 1数控加工仿真技术的概念计算机仿真，通俗的说，就是在计算机上模拟各种真实的事物或现象伫2 I 2 3 1。这个过程的实现依赖于三个基本环节 Z g l 3 7

30、 1 1 3 1 1：一，将被模拟对象的性质和相关规律用数学、物理语言进行描述这一过程叫做数理建模：二、结合计算机工作的特点，将建立的数理模型表达成适合计算机快速计算的算法及相应的数据结构这一过程称为仿真建模；三、将建立的仿真模型在计算机上实施计算并把结果通过图形、动画或专用技术显示出来以实现对对象的分析这一过程称为仿真试验(也称为可视化过程)如图1 2 所示：数控加工仿真就是利用计算机建立虚拟的加工环境7 6 1 1 7 7 l(如虚拟的机床、刀具、夹具，工件等)，在计算机中模拟实际的机械加工过程，用来验证数控加工程序的可靠性、正确性，预测切肖过程，代替实际工件的试切，减少编程错误，提高生产

31、效率第6 页国防科学技术大学研究生院硕士论文在C A D C A M 系统中，数控加工仿真是一个重要的模块，称为数控加工仿真器，其输入输出分别为N C 程序和动态显示的2 D 或3 D 图形数控加工仿真的含义1 5 0】较广：(1)从仿真对象来看，它包括刀具中心的运动轨迹验证仿真，刀具、夹具、机床、工件之间的运动干涉(碰撞)仿真，加工质量分析仿真，工艺过程的布局仿真等几个方面(2)从采用的建模方法来看，它可分为几何仿真和物理仿真。几何仿真不考虑切削参数、切削力及其他物理因素的影响，只仿真刀具，工件几何体的运动，以验证N C程序的正确性。切削过程的物理仿真通过仿真切削过程的动态力学特性来预测刀具

32、破损、刀具振动和加工表面质量控制切削参数，从而达至优化切削过程的目的(3)从可视化的角度来看，数控加工图形仿真的实现方法有2 D 和3 D 图形两种目前3 D 造型技术越来越成熟，现在的数控加工仿真系统已经广泛采用3 D 图形显示技术，并具有光照、材质、纹理等真实感图形的显示功能，是未来的研究方向之一。1 3 2数控加工仿真技术的研究背景数控加工仿真技术的研究背景主要在于解决三个方面的问题：一是高效地进行N C程序的调试和检验。二是更好地进行数控人员的教育培训，三是评估产品设计的合理性。调试和检验N C 程序的传统方法是模型检验法，即通过加工木材、塑料或油泥等易切削材料模型，检查加工结果与设计

33、要求之间的差异。再编辑修改程序或加工工艺。但这种方法费工废料且有环境污染，使生产成本上升，生产周期延长。后来采用轨迹显示法，即用计算机控制绘图仪，以笔代替刀具，以纸代替毛坯来仿真刀具运动轨迹的二维图形。这种方法可以检查出一些大的错误。但其局限于二维，与实际加工的情况相差很大。由于计算机仿真运行成本低廉，无需占用昂贵的机床进行试验，参数(包括刀具形状，切削速度，刀具运动等)容易改变，试验的速度可以比实际加工快得多，可以降低生产成本，提高生产效率，所以人们一直在研究能够代替试切的仿真方法，并且已经在试切环境的模型化、仿真计算和图形显示等方面取得了重要的进展，正在向模型的精确化，仿真计算的实时性和图

34、形显示的真实感方向发展剐。第7 页国防科学技术大学研究生院硕士论文数控加工仿真技术也能用于评估产品设计的合理性产品设计的工艺性是评估产品设计优劣的重要方面，良好的工艺性能有利于产品的制造和质量的提高。通过仿真，可以预先评估产品设计的工艺性能，从而评估产品设计的合理性数控加工仿真在数控技能的教育培训方面也具有重要意义圈数控加工要求操作人员既要熟悉数控编程指令、数控系统的功能，又要了解机床的性能数控加工的这些特点决定了传统的技术培训方式已难于满足需要。传统的技术培训方式是指操作人员先学习技术理论和操作规程，再到生产现场，以师父带徒弟的方式进行技能培训这种方式因数控机床比较昂贵且容易损坏，不允许学员

35、任意操作以免制造事故，从而导致学员动手机会少，掌握操作技能的时间较长。1 3 3数控加工仿真技术的国内外研究现状国外在许多商品化C 黼A M 软件系统如：U G、P r o E、M a s t e r C A M、C A T A、S I G 鼢H-N C 等中，开发了以二维图形或三维图形为基础的图形数控编程工具和刀具轨迹生成工具，具备零件加工过程的计算机仿真功能。例如U G I O A 以上版本提供了强大的刀具轨迹模拟功能，检验走刀路径，发现加工中的不合理，如欠切和过切等。P r o E 也提供了类似的数控加工仿真模块M a s t e r C A M 8 0 具有很强的C A M 功能，能以

36、实体模型快速高效的仿真数控加工过程，应用非常方便国内在这一领域的研究工作开展的较晚，有华中理工大学开发的应用于C A D 曲面造型系统中的数控铣削加工仿真系统；哈尔滨工业大学瞰l 开发的三轴数控铣削仿真系统，天津大学的回转类零件的C A D C A M 集成系统等近年来，在数控加工仿真的研究中有不少成果报道文献表明，南京航空航天大学 嚣1 1 3 1 1 1 3 3 ，天津大学5 1 1 1 5 2 1 1 5 3 1 5 4 、大连交通大学1 4 l l l 4 2 1 7 3 1 7 4 l T I T S l、浙江大学咖、华中理工大学1 5 0 1 5 9 1 山东大学1 2 a)、北京

37、航空航天大学【2 5 1、清华大学【s 0】【8 l】【s 5 1、西北工业大学口5 l、西安交通大学【4 3】1 0 5 1、哈尔滨工业大学1 3 4 1、四川大学 5 5 1 等高校都对数控仿真技术进行了较深入的研究为了提高数控加工过程仿真系统的性能，我国研究人员在理论方法和相关技术上作了大量的研究，集中在如下几方面：仿真系统总体结构设计1 4 0 5 2 5 5】，数控机床(或加工中心)等机械设备的几何建模1 5 6 1 1 7 4 1|7 7 1 1 9 1 1、数控机床(或加工中心)的运动学建模第8 页国防科学技术大学研究生院硕士论文1 7 4 1 1 7 6 1 1 9 0 1、刀

38、具管理和规划 3 7 1 4 5 1、运动物体的碰撞干涉检验1 5、N C 程序的分析处理 3 9 1 4 9 洲8 5】【蛔【8 7 1 等。国内在数控加工仿真教学培训平台的研究开发上也已取得较大进展，如南京宇航i 0 6、上海宇龙P 0 7】、广州红地【瑚l、广州超软【1 0 9 1 等数控机床仿真系统，在很多学校(特别是职业学校)应用，对提高数控教学质量起到了一定的促进作用。2 0 0 4 年在武汉举行的制造自动化国际学术会议(I C M A(I n t e r n a t i o n a lC o n f e r e n c e0 1 1M a n u f a c t u r i n

39、gA u t o m a t i o n)上，哈尔滨工业大学JL I 和YY A 0 1 3 4 1 介绍了虚拟车削平台的研究进展。他们在结论中强调：系统能用于评估产品设计的可行性和N C 程序的可靠性，也能为数控设备的使用和N C 程序的编制提供一个低风险的培训环境1 3 4仿真作业环境与仿真、C A D c 腿之间的相互关系数控系统仿真作业环境是支持数控仿真，c A D c A I 的基础支撑平台包括：用于生成仿真用的毛坯、工件的图形编辑器；用于生成仿真用的N c 代码的自动数控程序生成器与工艺配置器；用于模拟加工过程的加工仿真器；用于处理不同窗口之间数据的同步显示的多线程技术等基础模块。

40、仿真与C A D c 埘既是相互独立又是相辅相从的，它们拥有一个共同的基础就是仿真作业环境。其关系如图1 3 所示由此可见，仿真作业环境的优劣对于仿真与C A D c A M 均有着重要的影响图1 3 仿真环境与仿真，C A D C n I 关系图第9 页国防科学技术大学研究生院硕士论文1 4 课题的来源及本文研究的主要内容本课题来源于广州数控设备有限公司与国防科技大学合作开发的。9 8 0 T 系列数控车削仿真系统研究开发项目”。作为中国南方的数控产业基地，广州数控设备有限公司已建立起较完善的研发队伍、元器件供应链、生产体系，质保体系和服务体系，目前具有年产2 0 0 0 0 套的生产供应能

41、力，产品在国内市场的占有率为1 3 强广州数控培训中心于2 0 0 1 年被国家劳动部授予为数控机床、数控铣床应用初级、中级职业技能鉴定所至2 0 0 3 年年底累计培训各类学员近4 0 0 0 人次，考证2 1 0 0 多人次为社会提供了大量的数控人才，加快了行业的发展2 0 0 3 年国家劳动和社会保障部授为“国家高技能人才培训基地”计划四年内配备2 5 0 台数控机床，年培训数控加工操作、应用、维修技能人才4 0 0 0 名，建成广东省最具实力的数控加工职业技能人才培训基地为减少成本，提高效率，广州数控设备有限公司与国防科技大学合作开发“9 8 0 系列数控车削仿真系统研究开发项目”本文

42、主要针对该项目所涉及仿真作业环境的关键技术，如图形编辑，自动编程t多线程等关键技术进行了深入的分析和研究，并给出了用V C 从底层实现这些环境开发的系统架构与实现方法本文研究的主要内容有：第一章在简要介绍C A D c 心的研究现状，数控编程的发展历程后，重点分析了数控加工过程仿真的作用与意义，研究现状和采用的主要方法。+第二章给出了系统的基本框架结构，具体分析了各模块之间的软件结构和详细实现方法，并指出了其中的关键技术第三章深入分析了图形编辑器的设计与实现技术第四章重点研究了自动编程系统设计与实现技术第五章提出了利用多线程技术实现译码，仿真、面板控制的同步。第六章给出了系统实现的效果和一些具

43、体测试实例第七章为本文的结论、不足和今后工作的展望。第1 0 页国防科学技术大学研究生院硕士论文第二章仿真作业环境系统整体设计本章给出了数控加工仿真作业环境的整体设计。包括用于生成仿真用的毛坯，工件的图形编辑器：用于生成仿真用的N c 代码的自动数控程序生成器与工艺配置器；用于模拟加工过程的加工仿真器；用于处理不同窗口之间数据的同步显示的多线程技术等基础模块。并对各个功能模块的实现方法作了简要的阐述。2 1 系统总体规划2 1 1总体功能模块结构描述数控加工仿真作业环境采用总体设计、模块分解、模块设计再组装成全系统的开发方法。如前所述，数控加工仿真作业环境主要包括图形编辑器、自动编程器、译码器

44、以及三维仿真器四大模块其总体包括结构如图2 1 所示I Os t r e a mr J，D o c：V i e w2 D 3 DE d i t o rD i s p l)a t aD a t a图形编辑器N CF i l elN CF r o g r o 嘶e t o rD i s p C L DD a t aR 1 IN c 程序生成器lN CF i l e托I n t e r p r e t e r I 一一I*H gtR u l e sD i s p C L DT e m pF i l e2 D 3 DS i m u l a t o rD i s p S i m u仿真器图中虚线仅为功能

45、描述，实线除功能描述外还含有软件系统架构的意义其中：第1 1 页国防科学技术大学研究生院硕士论文图形编辑器用于生成仿真加工零件，毛坯的几何数据，N c 程序生成器依据零件、毛坯的设计数据自动生成仿真加工的数控程序，译码器用于将N C 程序转换成仿真加工指令，仿真器根据译码的指令实施加工仿真。系统各部分的功能模块详细划分图2 2 所示直线多叉践正多边形矩形皿弧矗椭圈点仿真作业环境田形冀辑嚣j 乞一图形生成标注，测量敷据支件交换自动冀雀嚣Il 加工仿真暑数控末纯选型i 艺誊敷设定H“t 码检错与翻译刀具轨迹计算加i 运动三维模拟巍性标注平行标注半径标注i 轻标注意庹标注心标注点的住王雨点距离点线距

46、高线同距离图形面积D I FI C 酷S t C L D刀其补偿计算H c 描争生成碰撞干涉检验加环境模型建立图2 2 仿真作业环境功能分解图在可视化方面，考虑到现行C A D c A M 的特点，将图形编辑器与自动编程器按照当前流行的c 仰c A M 主流模式融合在一个环境，形成一个C 删c 越的集成环境如图2 3所示。图形致据与图形编辑嚣显示工艺数据列表1 丽r j 可图2 3 图形编辑器与自动编程器集成环境的可视化规划图第1 2 员筹巫蔷互芸堑署亟懒篓等嘉要嘉磊丽国防科学技术大学研究生院硕士论文由于仿真器设计到多种数据的显示，故拟定将屏幕划分为五个区域显示、建立仿真器的环境，如图2 4

47、所示。虚拟机床区域控制面版L C D 区域B薮控敦字面版区域C数控操作面版区域D机床操作控制区域E图2 4 仿真器的显示区域规划图中文字标注已将各部分意义表述清楚。这里不再解释采用上述规划的主要依据：与国际流行的主流模式一致并且与G S K 9 8 0 t u 实物最大可能接近。2 1 2总体实现架构描述本系统层次结构简单，都是单一层的结构，各模块单独负责其中一个独立的功能，各模块之间无上下属关系。数据通信模块则是各个模块数据和消息传递的桥梁，利用多线程技术，使得各个模块可以共享数据或者传递一些相关的消息各模块之间的关系如下(图2 5)所示上重暑叠信楼姥多冀程笺私由卤由图2 5 仿真作业环境总

48、体模块关系图第1 3 页国防科学技术大学研究生院硕士论文图形编辑器中各个主要功能及其数据流向的实现关系如图2 6 所示。图2 6 图形编辑器数据流向关系示意图自动编程器各个主要功能及其数据流向的实现关系如图2 7 所示圈1一图2 7 自动编程器数据流向关系示意图译码与仿真器部分的结构在文献【1 3 4 l 里已经描述，本文不再赘述。2 2 组成软件的各功能模块的描述图形编辑器的功能描述图形编辑器是一个类似于 u t o C A D 的图形设计编辑模块，主要用于生成仿真用的毛坯，工件等。考虑到车削加工对象大多是回转体类零件，可用过回转中心线的二维剖面图形表示，如图2 5 所示，图形编辑器主要包括

49、图形生成，图形变换、尺寸标注，数据交换等功能自动编程器的功能描述在完成零件设计之后，系统将根据设计好的零件图形进行自动编程，如图2 8 所示先回答软件提出的一些问题，诸如对刀点，走刀方式、切削用量参数等，再由编第1 4 页中一国防科学技术大学研究生院硕士论文程人员在屏幕上指定要加工的表面，并判断选取的加工表面是否合法(如车削时应为回转表面等)，然后由系统自动生成刀位数据文件再经后置处理，生成N c 程序代码为此，主要设计了数控系统选型、工艺参数的设定、刀具位置的补偿计算、N c 程序清单的生成与输出等功能模块图2 g 自动编程模块流程图三维加工仿真的功能描述加工仿真器是仿真作业环境的核心模块之

50、一，它根据手工编程或自动编程处理器生成的N C 程序，首先进行语法检错与译码，转换成仿真模块所接受的格式，然后用刀具轨迹计算模块计算出刀具轨迹，驱动虚拟机床实现仿真运动，如果在加工过程中出现了干涉和碰撞。系统将发出警告提示操作者修改N C 程序或加工工艺的定义从新生成N C 程序，直到满意为止。三维加工仿真器的实现技术在文献【帅】【5 2 1【5 5 1 1 9 1】1 1 3 1 1 蚓已经有了详细的介绍，这里将不再赘述。2 3 本章小结本章按照仿真作业环境的特点，设计和建立了系统的总体结构，它包括图形编辑器、自动编程处理器、加工仿真器和数据通信模块四个部分。本章简单介绍了每个功能模块的功能