0引言 数控技术应用于生产中,已有几十年的历史,它使传统的制造业发生了质的变化,尤其是近年来,微 电子技术和计算机技术飞速发展又给数控技术带来了新的活力。数控机床因为精度高、质量稳定、生产效率高、适应性强等特点而获得了巨大的发展,在现代制造业中占据着重要地位。数控加工是靠数控程序控制机床完成整个加工过程。数控程序可能因人为因素等各种原因而产生一些 差错,程序输入数据系统时需对程序进行检验。对于平面零件,一般可以笔代替刀具,以坐标纸( 或图纸)代替工件进行空运转画图检验;对于较复杂的零件,需采用铝件、塑料或石蜡等易切材料 进行试切,通过检查机床动作和运动轨迹的正确性检验程序。但是,这些方法仍需要操作者在数控 机床上实际运行,很难避免数控机床在实际加工过程中刀具与工件、刀具与夹具、机床相撞(干涉 )的现象。因此,为了提高同一批零件加工的一致性,延长数控机床的使用寿命,降低数控机床的 使用成本,在实际生产及数控编程用户培训时迫切需要一种方便、准确、快速的数控程序检验方法 。本文以数控二维车削加工为研究对象,利用C语言软件技术和仿真原理,模拟零件在数控机床上 的加工过程,在计算机屏幕上动态仿真刀具的切削运行轨迹,对二维数控车削加工程序进行验证。l数控车削仿真系统的设计1.1数控仿真系统基本原理数控加工过程的基本原理是,根据待加工零件的形状和加工要求(如加工顺序、加工类别)、T艺参 数(如主轴转速、进给速度、刀具尺寸)用数控语言编制出数控加工程序,通过机床控制柜由MD I方式或其他输入设备(如光电阅读机或电缆)输入到机床数控系统中。数控系统的译码器对数据 程序进行译码、计算后,向机床各个坐标的伺服机构发出信号,以驱动机床的各个运动部件,机电一体化.Mechatronic·s2003年第2期并控制其他的辅助操作,如刀具的转位、主轴的变速、冷却液的启停等,最后加工出合格的零件。 数控程序仿真系统是模拟零件数控加工的基本原理,首先对数控程序进行编译,然后根据译码的结果 ,运用软件技术,实现零件加工过程中的直线插补和圆弧插补过程,并利用插补计算信息、驱动计算机显示器,在计算机屏幕上动态地显示出零件的切削运动轨迹。1.2软件插补计算过程在数控机床中,刀具的最小移动量是一个脉冲当量。刀具的运动轨迹是折线,而不是光滑的曲线,直 线和圆弧是构成工件轮廓的基本线条,因此除在某种较高档次的数控系统外,大多数CNC装置一般都具有直线和圆弧的插补功能,因此在这里只讨论直线和圆弧的插补算法。编程人员编制的数控零件程序,～般都提供直线的起点和终点、圆弧的起点和终点坐标值、逆圆还是 顺圆及圆心相对于起点的偏移量,同时还屏幕物理坐标系要给出进给速度和刀具参数:插补的任务 就是根据进给速度的要求,在起点和终点坐标值间进行“数据密化”的ur=作,即插补过程。插 补工作对数控机床而言,是由数控系统中的运算器完成的,在仿真系统中,则利用软件方法来实现 。本次设计中直线和圆弧插补均采用数值微分法即DDA法,这是一种基于直线的微分方程来生成 直线的方法。在进行插补运算时,首先要进行坐标调整和坐标变换:由于计算机屏幕尺寸有限,而 且屏幕上的位置不存在负值,因此,要对零件的坐标值进行调整,以适应屏幕的大小,同时进行基 准点的转换,以调整仿真曲线的位置。一般的插补计算公式使用x—y坐标系,数控车床选用的是 x—Z坐标系,而计算机显示器上,物理坐标系原点(0,0)在屏幕的左上角,水平向右为+x 方向,竖直向下为+y方向。因此,为了能较清楚直观地反映二维车削零件的轮廓仿真切削,需要进行坐标变换。坐标转换如图1所示。图l坐标转换图1.3数控仿真系统的设计一个零件的加工程序是由许多按规定方式书写的程序段组成。源程序结构最大特点是,每一个源程序 数据段仅仅由一条语句构成,并包含着各种指令和数据信息,它对应着零件的一段加工过程。从程 序段中分离出有用信息,驱动仿真系统,便可以对数控程序的正确性进行验证。为了充分考虑具体的数控加工环境,本文设计利用数控程序直接驱动仿真模型。仿真系统进行加工程序检验时,首先扫描整个数控程序,一方面检查数控程序中是否出现G、M、T 、s、F代码以外的控制代码;另一方面分析程序字的组合是否能构成一条正确的语句,对于没转 换后车削坐标系有定义的组合方式都认为是非法的。除此之外,这些程序字的后面还要有几何参数 与之匹配,否则也认为是错误的。接着,由系统的译码程序和数据处理程序完成零件数控加工程序 段的译码和数据计算工作。通常,系统分段把零件加工程序从零件程序存储区中取到专门的工作缓 冲区进行处理。每次只读入一个程序数据段。每个数据段都要经过译码、数据计算,然后再转入插 补和图形输出过程。系统在进行插补以前,一定要完成程序数据段的译码和数据计算工作。当系统 完成了一个数据段的加工后,再读入下一个数据段,重复上述过程直到整个零件程序加工完毕。译 码程序的功能是,将输入的零件轮廓信息、加工速度以及数控车削加工程序图形仿真系统辅助功能 (M、S、T)进行识别处理,它把这些零件程序翻译成计算机能够识别的代码。数据处理程序完 成刀具运动轨迹的计算工作。根据运算结果,驱动计算机显示器的像素点工作,动态模拟显示出刀 具的切削运动轨迹,使得编程人员可以直观地看到数控程序的运行情况,及时发现在实际加工中可 能出现碰擦、过切现象等隐患和问题,在离线情况下,快速、方便地实现对二维数控车削加工程序的验证。系统流程图如图2所示。2仿真实例2.1CNC车削加工程序 以典型的数控外圆、内孔车削加工程序为例,进行仿真系统软件的验证。采用日本牧野FANUC—6T数控系统编程如下:N10 G50 X240 Z100:N20 M03$400 3"01N30 COO X190 Z10N40 G90 X170 Z一80 F420N50 X160N70 X148’N80 COO X150 Z10N90 Ggo X130 Z一45 F420N100 X120图2仿真系统流程图N230 COO X182 Z一105N240 C01 X164 F25lN250 C04 PS00N260 COO X240N270 Z100N280 M03$400'105N290 COO。X40 Z10N300 G90 X58 Z一70 F400N310 COO X76 Z3机电一体化Mechatronics 2003年第2期N110 X108N120 M03 S1000N130 G00 X94 Z3N140 G01 X100 Z一3 F300N150 Z——40N160 G02 X120 Z一50 110 K0N170 G01 X140N180 Z一80N185 G03 X170 Z一95 10 K一15N188 G01 Z一105N190 X184N200 G00)(240N210 Z100N220 M03$300’r02N320 G01 x70 Z一3N330 Z一70N340 X46N350 G00 Z100N360 X240N370 M03$300’1106N380’G00 X45 Z10N390 Z一70N400 G01 X76 F260N410 G04 P500N420 G00 X45N430 Z100N440 X240N450 M30 图3车削加工程序动态图形仿真实例2.2仿真加工结果图 图3为上述数控车削加工程序的动态仿真图。3结束语 通过大量实际应用证明,本文设计的仿真系统对于形状比较复杂的轴类回转体零件型面加工程序可以 进行快速、正确地验证,能够动态、直观地显示零件的加工过程,实现非实际切削过程中的数控程 序检验,有效地解决了复杂轴类零件数控加工程序的检验问题。数控车削加工程序图形仿真系统@邓伟辉$湖北汽车工业学院电气工程系!十堰442002数控;;仿真;;插补;;译码本文以数控车削加工为研究对象,利用软件仿真技术, 在计算机上实现对数控加工程序的验证。阐述了数控仿真系统的设计基本原理及过程,并给出了系 统设计流程图和应用实例。1任玉田.机床计算机数控技术.北京:北京理工大学出版社,1996．9
2罗笑南,王若梅.计算机图形学.广州:中山大学出版社,1996． 10
3叶伯生等.计算机数控系统原理、编程与操作.武汉:华中理工大学出版社,1999． 5
4许兆丰.数控车床编程与操作.北京:中国劳动出版社,1993
5王玉新.现代数控机床编程与操作.天津:天津科技翻译出版公司,1996
6求实.Borland c++编程实例集锦.北京:科学出版社,1994搿Ｊ荽沓绦蛲瓿傻毒咴硕旒５募扑愎ぷ鳌 ８菰怂憬峁?驱动计算机显示器的像素点工作,动态模拟显示出刀具的切削运动轨迹,使得编程 人员可以直观地看到数控程序的运行情况,及时发现在实际加工中可能出现碰擦、过切现象等隐患 和问题,在离线情况下,快速、方便地实现对二维数控车削加工程序的验证。系统流程图如图2所示。2仿真实例2.1CNC车削加工程序 以典型的数控外圆、内孔车削加工程序为例,进行仿真系统软件的验证。采用日本牧野FANUC—6T数控系统编程如下:N10 G50 X240 Z100:N20 M03$400 3"01N30 COO X190 Z10N40 G90 X170 Z一80 F420N50 X160N70 X148’N80 COO X150 Z10N90 Ggo X130 Z一45 F420N100 X120图2仿真系统流程图N230 COO X182 Z一105N240 C01 X164 F25lN250 C04 PS00N260 COO X240N270 Z100N280 M03$400'105N29
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