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1、工艺与检测数控铣床图象编程与仿真系统的研究东北大学葛研军王启义摘要利用计算机图形学技术提出一种对数控铣床进行图象编程的方法,并针对所生成的NC程序进行加工模拟仿真,最后采用RS—232串行通信方法,方便地实现了微机与数控机床之间的数据传送,使CAD/CAM集成成为可能。关键词数控铣床图象编程仿真通信在现代机械制造中,数控机床作为一种高效自动2数控代码自动生成化加工设备,越来越广泛地受到人们的关注,但国内外刀位文件成后,可根据零件几何外观图形及数据,数控机床使用情况并不理想,究其原因主要有以下几将其
2、自动地转换为具体数控机床所需要的数控代码点:(1)编程方法落后,缺少必要的图形工具的支持,程(本系统的数控代码格式适用于FANUC0M系统及[2]序不够直观,容易出错。(2)缺乏必要的程序检验手FANUC6M系统)。另外,在此过程中还要解决坐标段。无论是手工编程还是自动编程都可能出现错误,这制的设定、刀具补偿及加工参数的设定等问题。图2是样就会在加工过程中引起设备、刀具或工件的损坏。将排好序的刀位支件直接转换成FANUC0M系统和(3)数控代码不便传输与保存。传统的数控代码只能靠FANUC6M系统的
3、数控代码程序框图。手动在操作面板上或通过光电阅读口输入,对于用户更换加工品种及保存资料等甚为不便。针对上述问题,我们开发了一个数控铣床基于图形的自动编程与仿真系统。1图象编程方法基本原理利用计算机图形学技术,在计算机屏幕上绘制出所要加工零件的几何图形,然后将所生成的几何图形关键点坐标转化为刀位文件所需的形式,并将其存储在一个动态链表中,此动态链表可以根据用户的加工要求进行加工排序,最后生成用户加工要求的刀位文件。图1a所示为用户在微机上绘制出的加工零件几何图形,图1b中P1点为加工起点,P2点为确定
4、的加工方向,图1c为数控加工各程序段的加工方向示意图。图2数控铣床程序框图3数控系统加工过程计算机仿真3.1加工过程计算机仿真原理图1加工零件外观图在数控加工过程中,由于各种错误加工因素,往往辽宁省科委攻关项目资助。·20·《制造技术与机床》会使数控系统自动报警,造成停机、废活等现象,因此3.2.3加工内、外轮廓确定有必要对其进行加工过程仿真。切削零件时,首先要进行内、外轮廓测量,以便形本系统加工过程计算机仿真原理是:首先在刀具成不同的刀心轨迹,内、外轮廓可由轮廓角确定。如补偿为零的情况下,用C
5、语言将数控代码解释成图图5,将PQ矢量取反并单位化,即=PQ,b表示QPQ形,并检查该图形是否为用户所绘制的原始图形,然后点圆弧方向数,由欧拉公式得:根据刀具补偿值,计算出各个关键点的刀位数据,并按iia=e1b=e2加工要求将其解释成为动iae1i(-)i==e12=e=cos+isin(3)态图形,即可直观显示出bei2是否与工件发生干涉等加由式(3)知,根据复变函数的虚、实部可唯一地确定出工故障。图3中粗线轮廓的大小,其变化范围为0°～360°,根据FANUC0M为无
6、刀偏时数控代码还原系统和FANUC6M系统定义可知:当0≤≤时为的原始图形,箭头方向线内轮廓,<≤2时为外轮廓。为刀偏是G41时仿真加3.2.4内轮廓交点的取舍工过程的刀心轨迹。图3铣削加工计算机过程仿真内、外轮廓确定后,还要对内轮廓进行求交运算,3.2数控铣削刀位文件生成方法除直线与直线加工情况为单交点外,其余各种情况出3.2.1加工方向性现的交点均为双交点,因此需要对其进行交点的取舍。为使刀位数据易于获得,避免传统数值积分法但这种情况与上述加工状态相比就显得较为简单了,[4](DDA)
7、精度较差与运算繁琐等缺点,本系统在加工可用解析几何理论直接获得。由上述得出各种状态下仿真过程中引入加工方向性概念,使刀心轨迹在算法刀位数据关键点之后,刀位文件即可生成。该方法也可上简洁明了,程序可读性强。类推到数控线切割加工。将刀位文件动态地解释成图3.2.2刀具偏置位置确定形,并显示在计算机屏幕上,便构成了数控加工过程计如图4若加工方向确定为P→Q→R,则可根据刀算机仿真。具偏置号G41(左刀偏)或G42(右刀偏),利用矢量代数唯一地确定出P1点或者是P2点。设PQ×PP1=t1k(1)PQ×PP
8、2=t2k(2)则当刀具偏置号为G41时,t1>0,此时取P1点。当刀具偏置号为G42时,t2<0,此时取P2点。图5轮廓角确定4微机与数控机床异步通信数控代码自动生成后,经仿真验证无问题之后,即可向数控机床传送数控代码。传统的数控程序是用穿图4刀具偏置位置上述计算适用于加工起点是直线的情况。若加工起点是圆弧,则应确定圆弧的方向数,然后再利用式(1)或式(2)进行计算。可由微分几何理论进行确定dr(-Rsini+Rcosj)d==ds±Rd=±(-sin
