毕业设计（论文）非标准曲线插值加工仿真和自动编设计代码程序输出

1、非标准曲线插值加工仿真和自动编设计 代码程序输出摘 要随着现代cnc机床的普及应用，数控程序的编制问题越来越受到人们的重视。传统的手工编程己不能满足复杂形状零件的编程需求，而采用自动编程技术大幅度地缩短了产品的制造周期，提高了产品的加工质量和市场竞争力，因而具有显着的经济效益和广阔的发展前景。本文以autocad为平台，利用visual lisp为开发语言介绍非标准曲线的加工仿真，及其自动编程系统。实现了非标准件的加工仿真和3b加工代码的自动生成子模块，对提高企业产品的生产效率及制造质量，促进现代化企业在设计、制造业的快速发展。并对机构运动的运动仿真作了简述。本文可使机械产品设计参数化，对已形

2、成系列化的产品，设计人员只需调用该命令，在弹出的dcl对话框中输入相应的参数即可自动绘制出该产品的图形，从而节约设计人员的绘图时间，提高作图效率。关键词：线切割，自动编程，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 录前 言 1第1章 概述 21.1 数控机术的现状与发展趋势 31.1.1 数控机术的现状 31.2.2 数控机床的发展趋势 31.2 数控线切割机床的发展及应用 4第2章 基于auto lisp 的自动编程及其模块设计 62.1 auto lisp和visual lisp简介 62.2 auto lisp/visual lisp的发展 72.3图形自动编程模块的设计72.3.1自动编程系统的总体结构82.3.2图形绘制

9、与编辑92.3.3图形编辑102.3.4复杂曲线绘制102.4 加工路径的实现与优化 112.4.1 加工路径确定的基本原则 112.4.2 加工路径的确定 11第3章 仿真加工在数控线切割上的应用 123.1 仿真技术的作用 123.1.1 数控仿真的发展现状 123.2 仿真加工系统的特点 133.2.1 良好的结构性 133.2.2 完善的图形接口 143.2.3 完全的符号数据接口 143.2.4 标准的数据格式 143.3 加工仿真在制造业中的应用 14第4章 运动仿真在机构上的应用 164.1 对话框及其控制语言 164.2 机构运动简图 17第5章 典型零件加工及说明 195.1

10、 圆弧类零件的仿真过程 195.2 非标准件的仿真过程 21结 论 23谢 辞 24参考文献 25附 录 26外文资料翻译 29前 言随着科学技术的飞速发展和经济竞争的日趋激烈，产品更新速度越来越快，多品种、中小批量生产的比重明显增加，特别在航空工业、汽车工业和轻工业消费品生产的高速增长下，复杂形状的零件越来越多，精度要求也越来越高。此外，激烈的市场竞争要求产品研制生产周期越来越短，传统的加工设备和制造方法已难于适应这种多样化、柔性化与复杂形状零件的高效高质量加工要求；因此近几十年来，世界各国十分重视发展能有效解决复杂、精密、小批多变零件加工的数控加工技术，在加工设备中大量采用以微电子技术和计

11、算机技术为基础的数控技术，将机械技术与现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术、网络通信技术有机地结合在一起，使机械制业的生产方式发生了革命性变化。数控技术就是以数字量编程实现控制机械或其它设备自动工作的技术。在现代工业生产中，原有的工人操作机器进行简单的体力劳动已经无法适应现代工业的发展要求。现代的工业要求是生产难度大、加工速度快和结构复杂表面光洁度要求高的产品。而传统的机械加工工人生产的产品为结构简单、容易生产表面粗糙度要求不高的低技术含量的零件。由于现代轻工业的不断发展，塑料及新材料的不断引入人们日常的生产和生活中，原有的手工制造模具已经无法适应要求形状复杂、精度要求高、制造速度快的现代

12、化模具生产业。故简单的传统的机械加工工业则无法胜任现代模具业的要求，数控加工工业也就更加凸现出其重要性和紧迫性。第1章 概 述1.1 数控机术的现状与发展趋势数控机床是以数字化信息实现机床控制的，它把刀具与工件之间的相对位置、机床电动机的起动和停止、主轴变速、工件的松开夹紧、刀具的选择、冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息，用代码化的数字信息通过控制介质送入数控装置或计算机，经译码处理与运算，发出各种指令控制机床伺服系统和其它执行组件，使机床自动加工出所需的组件。数控机床在机械加工中得到广泛的应用，概括起来采用数控机床加工有以下几方面的特点：1、加工精度高 数控机床加工精度一般在0.0050

13、.100mm之间，更重要的是数控机床加工精度不受零件形状复杂程度的影响，数控机床加工消除了操作者的人为误差，提高了同批零件加工尺寸的一致性，使产品质量稳定可靠。2、生产效率高 使用数控机床加工，对工件模具的要求降低了，省去了划线工作，使加工准备时间缩短，在加工中由于数控机床有较高的重复精度，可以只作首件检验及抽检，简化了检验工作，节省了检验时间。在零件变更时只要更换纸带节省调整时间。刀具也可自动更换，使多道工序可连续加工，缩短加工周期，这些方面都使数控机床加工的生产效率显著提高。3、改善劳动条件 数控机床调整好后，输入纸带可自动连续加工直至加工完毕自动停车，简化了工人的操作，减轻了工人的劳动强

14、度。4、有利于生产管理 数控机床根据程序进行加工，能正确计算出加工工时，简化了检验工作，减轻了工件模具管理及半成品流转运输工作，减少了废品及刀具定期进行更换，这些都有利于管理水平的提高。5、有利于向计算机控制和管理发展 数控机床是用标准代码和数字量信号输入，最宜于与数字计算机联接，进行计算机直接管理与控制。数控机床优点显著，但另一方面，它技术复杂成本较高，目前国外发展较快，数控机床已占机床总数30%40%的比例。在国外目前尚处于发展中，只使用与精度高、形状复杂的中小批量零件加工，但随着数控技术的普及和电子器件，计算机成本的降低，数控机床将扩大它的使用范围和迅速得到发展。1.1.1 数控机术的现

15、状目前，数控技术正由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。世界上各工业发达国家都投入了巨资，对数控技术进行研究开发，数控系统实现了超薄型、超小型化；实现了高速、高精、高效控制，加工过程可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；通过网络化，机床联网，cad/cam与数控系统集成一体，实现了中央集中控制的群控加工。在em02001展会上，日本的5面加工机床采用复合主轴头，可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5轴加工可在同一机床上实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国dmg公司的dwu venation系列加工中心，可在一次装

16、夹下5面加工和5轴联动加工，由cnc系统控制或cad/cam直接或间接控制。在可靠性方面，国外数控装置的mtbf值己达6000h以上，伺服系统的mtbf值达到30000h以上，表现出非常高的可靠性。我国数控技术起步于1958年，发展历程大致可分为几个阶段：第一阶段从1958年到1979年，由于国外的技术封锁和我国的基础条件的限制，数控技术的发展较为缓慢。经历了国家的“六五”至“七五”期间的消化吸收引进国外数控技术，“八五”期间科技攻关开发自主产权数控技术。第二阶段在产品的国产化方面都取得了长足的进步，初步建立起国产化体系。“九五”期间，己进入实施产业化的研究，进入市场竞争阶段。在此阶段，数控机

17、床新开发品种300多个，己有一定的覆盖面，部分国产数控机床达到国际20世纪90年代水平。从生产规模上看，己有华中数控系统有限公司、航天数控集团等具有批量生产能力的数控产业基地。1.2.2 数控机床的发展趋势1、继续向高速化和高精度化发展 这是适应机床向高速和高精度方向发展的需要，要求数控系统高速处理并计算出伺服电机的移动量，并要求伺服电机能高速度地做出反应。为使在极短的空行程内达到高速度和在高行程速度下保持高定位精度，必须具备高加、减速度和高精度的位置检测系统和伺服品质。目前，意大利gamhor公司的数控铣床用电主轴的最高转速可达75 000r/min，功率4 kw。高档数控机床的快进速度可达

18、120 m/min，加速度达2g以上，主轴转速已达100 000 r/min，换刀时间则少于0.14 s，五轴联动成为方向。发达国家正致力于研制更高精度的超高速数控机床。2、向柔性化、多轴化方向发展 数控系统采用模块化设计，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求。同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。目前，数控技术提供了多轴和多轴联动控制，如fanuci5系统的可控轴数和联动轴数为2 - y 15轴，西门子880系统控制轴数可达24轴。3、向插补和补偿方式多样化方向发展 插补方式有多种，如直线、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补

19、、螺纹插补、极坐标插补、nano插补、nurbs插补(非均匀有理b样条插补)、样条插补(a，b，c样条)、多项式插补和时间分割法的渐近线插补等。多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。4、向智能化方向发展 所谓智能化数控系统，是指具有拟人智能特征，具有模拟、延伸、扩展智能行为的知识处理活动，如自学习、自适应、自组织、自寻优、自镇定、自识别、自规划、自修复和自繁殖等。具体地讲，应用自适应控制技术的数控系统能检测过程中一些重要信息，并自动调整系统的有关参数，达到改进系统运行状态的目的。

20、机床上装有多种监控检测装置如红外线、声发射、温度测量、功率测量和激光检测等手段对加工精度、刀具磨损、破坏及工件的装夹等进行监控。引入专家系统指导加工，将熟练工人和专家的经验、加工的一般规律与特殊规律存人系统中，以工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。5、继续向开放式的方向发展 根据iee(国际电气电子工程师协会)的定义“一个开放式系统提供了使合理实现的应用程序运行于来自多个控制供应商的不同平台以及其它系统应用相互操作的能力，并且具有一个用来与用户交互的持续风格”。开放式的特点是：在实现系统构成要素模块化的同时，要通过这些要素之间的标准化，将由不同买方提供的要素自由地结合起来，从而方

21、便地构成完整的系统。其特点是：采用功能模块部件组成的机床；采用工艺策划、加工数据库向用户开放；采用信息技术将社会制造资源合理调配，逐步在机械制造业建立完善的虚拟化与网络化的先进制造体系，使机械制造业资源高效地被利用，达到降低成本、提高质量和缩短制造周期的目的。1.2 数控线切割机床的发展及应用数控线切割机床是数控机床的一种，它是一种用上下快速移动的钼丝，通过与被加工工件之间的火花放电来实现金属切削的机床。数控线切割机床的基本工作原理：由机床的数字控制系统，根据当前执行的数控程序，控制其执行组件作规定的运动，从而在工作上精确地切割出各种复杂开头的轮廓来。由于线切割加工原理简单、操作方便、可靠性好

22、，在加工时不受工作材料硬度的限制，加工成本较低，因此应用非常广泛。线切割机床又分为慢速走丝和快速走丝机床，慢速走丝机床加工精度高，国内市场上以国外产品为主，价格偏高，使用g代码指令进行驱动；快速走丝线切割机床虽然精度稍低，但这种机床在国内生产己有30多年的历史，价格低廉，技术成熟，精度能满足一般精加工要求，它们可以用g代码和3b数控代码驱动。电火花线切割加工是一种重要的精密加工方法，在模具制造、成形刀具加工、难加工材料和精密复杂零件的加工方面得到广泛应用。目前国产的高速走丝线切割机在加工精度、自动化程度和加工的稳定性、工艺指标等方面都与国外的低速走丝电火花线切割机有明显的差距。低速走丝线切割机

23、的机械部分已是相当稳定，现在主要是在计算机软件上不断更新，使软件的功能不断增强，在提高机床的自动化、可操作性和增强机床的功能中所起的作用越来越大，同时软件的研究己逐步发展到运用智能化技术。电火花线切割加工技术自问世以来，由于其显着优点获得了迅速发展，特别是最近十多年，随着数控技术、脉冲电源、机床设计等的不断进步，己逐步成为一种高精度和高自动化的加工手段，并在模具、样板制造、成型刀具加工、难加工材料和精密复杂零件的加工等方面得到了广泛的应用。数控线切割机床经过多年发展，产品的机械部分工作相当稳定，要想使它自动化程度得到进一步的提高，只能在数控技术软件上下功夫，不断提高软件的功能，使软件同时可面向

24、国内外数控线切割机床，从而达到提高线切割机床的自动化程度。数控机床与cad/cam技术互相促进相辅相成，cad的发展，可以加速nc机床的设计；cam的发展，可加速nc机床在实际生产中的应用。因此有必要对相应的数控编程技术进行研究开发并不断的发展完善。第2章 基于auto lisp 的自动编程及其模块设计2.1 auto lisp和visual lisp简介lisp (list processing language)是一种计算机表处理语言，是在人工智能科学领域广泛应用的一种程序设计语言。auto lisp是autocad所支持的一种内嵌式高级编程语言，所谓内嵌式就是指auto lisp已经集成

25、到autocad软件之中。使用auto lisp可以直接调用几乎所有的autocad命令。auto lisp语言既具备一般高级语言的基本结构和功能，又具有一般高级语言所没有的强大图形处理功能，在autocad中，用户可十分方便地利用auto lisp编程语言对autocad进行二次开发，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，然后用户就可以像使用autocad标准命令一样使用新添加的命令以完成特定的操作。用户还可以直接增加和修改autocad命令，随意扩大图形编辑功能，建立图形库，并对当前图形进行直接访问和修改。 auto lisp语言最典型的应用之一是实现参数化绘图

26、程序设计，包括尺寸驱动程序和鼠标拖动程序等。auto lisp有如下特点：1、auto lisp语言是在普通lisp语言基础上，扩充了很多适用于cad应用的特殊功能而形成的，是一种仅能以解释方式运行于auto cad内部的解释型程序设计语言；2、auto lisp语言中的所有成分都是以函数形式给出的，它没有语句概念和其它语法结构。执行auto lisp程序就是执行一些函数，再调用其它函数；3、auto lisp把数据和程序统一表达为表结构，即s一表达式，故可以把程序当作数据来处理，也可以把数据当作程序来执行；4、auto lisp语言中的程序运行过程就是对函数的求值过程，是在对函数求值的过程中

27、实现函数的功能；5、auto lisp语言的主要控制结构是采用递归方式。递归方式的使用，使得程序设计变的简单容易。visual lisp是一种专门用来加速auto lisp程序开发的程序软件，现已正式内嵌于autocad 2000中。作为新一代lisp语言，visual lisp全面兼容auto lisp，并提供一个全新的可视化集成开发环境。它拥有自己的窗口和菜单，但它们与autocad的其它窗口不同。visual lisp不能离开autocad而单独运行，如果用户想要使用visual lisp，必须首先与autocad中的图形和命令窗口进行交互来响应程序的提示。当visual lisp将控制

28、权交给autocad时，如果autocad被最小化了，那么用户需要手工来恢复和激活窗口，因为visual lisp不能自动恢复autocad窗口。2.2 auto lisp/visual lisp的发展autodesk公司的autocad是目前pc平台上最流行的通用型计算机辅助设计系统。为了便于用户在其基础上作二次开发，形成各专业化的计算机辅助设计系统，自r2.1开始，autodesk公司在autocad内部加入了用户化cad系统的auto lisp语言。auto lisp语言作为一种嵌入在autocad内部的lisp语言，它采用了与标准lisp语言最为相近的语法和约定。虽然auto lisp

29、只包含标准lisp中的一个子集，却增加了许多针对autocad的专用工具，这些工具可以完成存取和修改autocad图形文件数据，存取autocad的块表、层表、视图表、字体表及线型表，控制autocad的图形屏幕和设备输入等。作为第一代autocad用户化cad开发的标准语言，auto lisp的优点是显而易见的：首先，源于lisp的auto lisp语言语法规则简单、灵活易学。其程序和数据都采用符号表达式(symbolic-expression)的形式，在一个lisp程序中可以把另一个lisp程序当作其数据来处理。这种符号表达式屏蔽了任何复杂过程，并可以用来描述任何数据结构。因此编程方法十分

30、灵活、相当于一个一个的函数调用。其次，autocad的二次开发，主要是根据各专业的具体要求，实现对autocad的图形实体和各种参数表的数据进行存取和编辑，或是对autocad进行文件的传输。而auto lisp提供的大多数函数都是直接针对autocad操作的，用auto lisp可以编写出最简单、最直接的访问autocad图形数据库的程序。可以说，auto lisp是探索autocad奥秘的最简捷的工具。经过多年的努力auto lisp语言与autocad系统一样，其性能和功能部得到了不断的改进。使得auto lisp成为autocad用户化cad的主要开发工具，autocad因此成为具有良

31、好开放性的系统而更为普及。autodesk公司也从一个小公司迅速发展成为世界上最大的软件公司之一。2.3 图形自动编程模块的设计图形自动编程是一种以通过计算机辅助设计建立的几何模型为基础，再以计算机辅助为手段，以图形交互方式生成数控加工程序的自动编程方法。零件cad模型的描述方法多种多样，其中以表面模型在数控编程中应用较为广泛。以表面模型为基础cad/cam集成数控编程系统。数控自动编程系统的主要特点是：零件的几何形状可在零件设计阶段采用cad系统的几何设计模块在图形交互方式下进行定义、显示和修改，最终得到零件的几何模型(可以是表面模型，也可是实体模型)；零件的加工阶段靠cam系统自动生成加工

32、代码，然后输送到数控机床进行生产加工，整个过程实现了cad/cam的一体化。因此，数控自动编程系统又称cad/cam集成系统。本章重点研究cam系统的主要功能。2.3.1 自动编程系统的总体结构本自动编程系统采用模块化结构，由六大功能模块组成，分别为自动编程主模块、图形处理模块、路径优化模块、模具库模块、后置处理模块、图形仿真模块。自动编程系统的总体结构图如图2-1所示。如图2-1自动编程系统的总体结构图1、自动编程主模块自动编程主模块的主要工作是调用加工路径模块和模具库模块，将图形信息转化为加工路径信息及模具信息，并生成刀位信息。此模块还可以直接调用后置处理模块与图形仿真模块，生成加工所需的

33、nc代码，并对其进行图形仿真。本模块所具有的功能还包括保存、编辑nc代码文件等文件编辑功能。2、图形处理模块图形处理模块的作用是将cad图形中的有用图形信息提取出来，比如图形中圆孔的直径和圆心、方孔的边长和中心、腰圆孔的孔径和中心线圆弧的半径与圆心、矩形孔的边长和几何中心等，然后将这些信息输送到主程序模块中。3、路径优化模块加工路径的确定与优化就是数控冲床冲压顺序的确定和路径优化，此模块是本自动编程系统实现功能可扩展性的核心部分，主要的设计任务就是实现以何种方式来确定加工顺序，加工路径如何实现最短优化，如何使加工时间缩到最少，如何使程序适应多种加工方案。4、模具库模块模具库模块的功能包括模具库

34、的建立和编辑，可以通过修改或编辑模具参数来实现用户对自定义的模具进行调整。5、后置处理模块后置处理模块的主要作用是根据刀位文件和有关信息形成数控加工程序。由于各种机床的数控系统不同，其所用数控程序代码和格式也有所不同。为使编程系统有更好的通用性，在后置处理模块中设置一个数控系统特性文件，用以规定nc程序的代码、程序格式、数据转换及圆整。该特性文件是按照数控系统设置的，若不能满足用户特殊数控系统的要求，可对特性文件进行编辑，生成所需的特性文件如图2-2所示。 如图2-2所示为刀具加工6、图形仿真模块就是根据nc代码文件提供的信息，将加工轨迹模拟出来，动态地显示在显示屏上，以方便程序校验和冲压过程

35、检验。2.3.2 图形绘制与编辑图形绘制对系统图形绘制部分的构思时，必须认识到系统的图形绘制功能必须满足线切割加工的需要，包括以下图形的绘制操作：1、直线的绘制 画直线是最基本的操作；2、矩形绘制 在线切割加工中，对方块材料的加工是最为普遍，因此在系统中必须包含有矩形的绘制；3、圆弧的绘制 在数控加工过程中，加工圆弧曲面和加工直线一样较为普遍，图形绘制模块都必须含有圆弧的绘制；4、椭圆绘制；5、圆的绘制；6、b样条曲线的绘制 它绘制的是自由曲线。在数控线切割加工中，一般只对轮廓进行加工。因此这些基本绘图的功能基本可以满足数控线切割加工的需要。2.3.3 图形编辑只包含有图形的绘制，是不能满足数

36、控加工的需要的，只有增加了图形的编辑的功能，才能绘制出复杂且精确的图形，满足数控加工的需要，实现图形编辑功能模块是系统中较为复杂且较难实现的一个子模块。图形编辑模块主要包括如下一些的功能： 1、图形的删除 2、图形的复制 3、图形的移动 4、图形的镜像 5、图形的旋转 6、图形剪切 7、倒角功能 8、倒圆角功能 9、图形的比例的操作 10、图形的阵列的操作 11、图形炸开操作2.3.4 复杂曲线绘制在线切割加工中，经常要碰到非圆曲线轮廓零件的加工，如目前市场上需求较大的凸轮与模具，其轮廓中多包含有非圆曲线。然而，当前绝大多数数控线切害机床都只具有直线与圆弧插补功能，并不能直接进行复杂曲线的插补

37、。因此，在绘制平面复杂曲线时，也需要利用直线或圆弧样条进行逼近，为输出有效的数控代码作好准备。由于曲线拟合的最终目的是为了进行数控加工，因此对拟合效果的评价不仅要考虑到拟合精度，还需要考虑自动编程的便利与稳定，数控代码的精简程度等其它影响数控加工效果的因素。然而目前的研究多各有侧重，很少从整体上考虑最终的拟合效果，因而造成了一定的片面性。2.4 加工路径的实现与优化加工路径的确定与优化是整个系统中最核心的部分，直接影响实际加工生产的效率。合理的优化既要保证程序的可读性，又要保证程序加工的高效性，有效缩短加工时间，提高加工效率。2.4.1 加工路径确定的基本原则数控加工路径的确定主要涉及两个基本

38、原则：1、同一把刀工序尽量集中在数控冲压加工时，为了减少转刀所占用的辅助时间，可按工序集中的方法加工零件，尽可能用同一把冲模加工完零件表面上的相同冲切部分。2、走刀路径最短对于数控设备来说，每一秒钟的时间都是宝贵的，冲压过程所需的时间较短，而模具的空行程决定了加工效率，因此，合理安排空行程路径显得尤为重要。2.4.2 加工路径的确定依照以上原则，当要加工的各种不同类型元素的位置和几何尺寸己确定，刀具路线也相应地确定下来。本系统程序中先处理圆孔的加工，然后处理矩形孔的加工，最后处理复合槽孔的加工，且每一类孔都是可以按照路径优化的方法进行加工，当然也可以按照手工路径指定的方法。在每一类零件中需要根

39、据尺寸大小的顺序分组，按照最近点原则确定具体的加工顺序。最近点原则的含义是离刀具的初始位置最近的那个孔最先加工，而后与最先加工孔的模具相同的一组孔按照路径最短原则依次加工，这组孔中最后加工的位置为新的刀具初始位置，后面的孔再以相同规则加工。这样做的好处是，生成的数控程序结构合理，各类孔界限清晰，程序明了易读，采用了最短路径算法，使得空行程接近最短，减少了加工时间，提高了冲压加工的效率，使生产率得到进一步的提高。第3章 仿真加工在数控线切割上的应用在经济全球化、贸易自由化和社会信息化的今天，在技术更新速度加快的新形势下，制造业的经营。钱略发生了很大变化。如何在最短的时间内，以最经济的手段开发出用

40、户能够接受的产品，己成为今天市场竟争的焦点。虚拟制造是解决这个焦点问题的有效技术途径。虚拟制造是采用建模技术在计算机及高速网络支持下，在计算机群组协同土作下，通过三维模型及动画实现产品设计、土艺规划、加土制造、性能分析、质量检验以及企业各级过程的管理与控制的仿真产品制造过程。虚拟制造是对己有的或末来的制造活动进行的仿真过程，所进行的过程是仿真的，所生产的产品也是仿真的。仿真技术将在制造企业中发挥币要的作用。3.1 仿真技术的作用仿真技术就象是望远镜、显微镜，可以将所关心的每个局部生产过程或系统的整体生产过程呈现出来，供生产管理者分析、判断和评价。同时，仿真技术又像会计师，可以快速地将所关心的生

41、产过程的统计数据提交出来，供生产管理者参考。传统的检验数控程序正确性的方法是试切木模、蜡模或塑料模的方法进行检验。而在计算机仿真虚拟环境下，利用数控仿真方法进行校验数控代码的正确性，还可以检查加工过程中刀具与工件、机床、夹具之间是否存在干涉(包括碰撞和过切)。加工过程仿真可以比较真实地反映实际的切削加工过程，并且可以立刻进行改正在仿真过程中发现的错误。这种不需要通过数控机床进行试切来检验数控代码正确性的方法具有快速直观、省时方便的特点。它既节省了人力和物力，提高了生产效率，又保证了加工质量，适应现代市场对产品开发制造的要求。3.1.1 数控仿真的发展现状数控加工一般包括以下几个过程： 1、对图

42、样进行分析 确定需要数控加工的部位；2、利用图形软件对需要数控加工的部分进行几何造型；3、根据加工条件，选择合适的加工参数，生成刀具轨迹；4、仿真检验；5、生成nc代码文件并传给机床。由此可见，上述工作需要人与计算机相互配合、共同完成。其中，需要大量的计算和重复性的工作，如刀具轨迹计算、仿真检验、nc代码生成等，基本上可由计算机完成，而人只需指定加工部位与工艺条件。仿真数控加工软件可以让用户在系统的引导下输入少量数据(工艺参数等)，就可以迅速地完成相关的加工编程工作，而且系统具有相当的柔性，可以适应不同类型的情况，对切削加工过程进行仿真，快速检验nc程序，避免发生碰撞和干涉。随着科技的进一步发

43、展，当前软件功能在工艺规划和刀具轨迹生成等技术方面己经取得了很大的进展。但是于零件形状的复杂多变以及加工环境的复杂性，要确保所生成的加工程序不存在任何问题仍是现代化生产中非常重要的问题。其中最主要的如加工过程中刀具的过切与欠切、机床各部件之间的干涉碰撞等。而且对于数控加工，这些问题常常是致命的，常常造成生产中很多不必要的损失。因此，实际加工前采取一定的措施对加工程序进行检验并修正是十分必要的。通过基于auto lisp的编程，可以模拟加工环境、刀具路径与材料切除过程来检验并优化加工程序，具有柔性好、成本低、效率高且安全可靠等特点，是提高编程效率与质量的重要措施。虚拟加工验证有助于减少质量相关的

44、缺陷所引起的浪费，改善性能和提高制造效率，减少物理原型的设计制造和测试周期的时间和成本。3.2 仿真加工系统的特点仿真虚拟加工系统中数控机床建模和切削过程仿真是其重要部分。数控机床模型主要由机床的硬件(或物理)部分和软件部分组成。硬件部分由机床部件，加工零件，刀具，夹具等虚拟实体构成。软件部分则由cnc控制器，数据结构的识别等构成。切削是一个机床接受数控代码并驱动机床运动加工零件的过程。在这里，对数控机床建模，即建立虚拟数控机床(virtual nc machine tool)，是虚拟数控加工过程仿真的关键。3.2.1 良好的结构性良好的结构性包括三个方面：1、与真实机床相似的结构 具有与真实

45、机床相似的结构使虚拟机床能模仿真实机床的任何功能而不致因为采用某种近似替代而导致某种结构和信息的失真或丢失。一个与真实机床相似的结构能使其设计者以直观的方式设计和修改系统。2、虚拟机床各模块的颗粒性 虚拟机床各模块的颗粒性使每个模块能彼此独立地被开发和工作，从而增强了虚拟机床的可操作性和可管理性。3、各模块合适的颗粒度 虚拟机床各模块颗粒度的合适与否取决于每个模块的抽象度是否定义合适，以便使虚拟机床既是一个能概括各种类型的数控机床的抽象框架，又能方便地挂接具体的模块来仿真某种特定类型的数控机床。3.2.2 完善的图形接口完善的图形接口使用户既能如在真实环境中那样完全操作虚拟数控机床，又能完全真

46、实地以图像的形式观察机床运行的各种状态和各种机床运行参数，从而最大限度地提高人机融合程度。3.2.3 完全的符号数据接口完全的符号数据接口能使虚拟机床的各种静止和运行状态以符号数据的形式被外界感知，从而提供了与其它制造软件的无缝连接。外界也能通过输入符号数据对虚拟机床进行控制。3.2.4 标准的数据格式虚拟机床由于采用标准数据格式存储、传输和处理数据，因而能够在语义意义上提高其与外界制造资源的相互操作性。3.3 加工仿真在制造业中的应用仿真就是对复杂的显示系统经过一定的抽象和简化，形成系统的模型，然后在分析的基础上运行此模型，从而得到系统的一系列设计性能。仿真原理如图3-1所示。图3-1 仿真

47、原理 仿真加工在制造业中的应用，主要有以下几个方面：1、评价生产系统的规划设计 在新系统建立前，设计人员可以通过仿真加工，将系统的整体配置及运行过程呈现在设计者面前，通过仿真分析，找到设计存在的问题，寻求优化的设计方案，以降低投资风险。2、控制物料 通过对库存的仿真，可以动态地掌握出库、入库情况，正确地掌握订货的实际与尺度。3、协调各工序的生产节奏 多任务序组成的生产加工系统，各工序生产节奏一般上是不协调的，可通过对生产过程仿真找到生产“瓶颈”，调整设备、调配人力，使系统发挥最大的潜力，达到协调高效生产。4、辅助生产调度 生产调度在下达生产调度计划前，对该计划进行仿真，可以预测生产运行结果，并

48、根据调度者的目的修改计划，直到满意为止。也就是说，仿真能帮助生产调度者选择一种较优的调度策略。仿真技术在上述四个方面的应用是最普遍的。除此之外，还可运用仿真技术对生产系统进行可靠性分析;对生产过程的资金进行分析与预测;对产品性能进行分析与预测等。仿真加工在制造业中的应用，根据世界各国的经验表明，用仿真技术来评价新系统的规划设计，可使企业节约投资5%-10%在日常生产管理中运用仿真技术，可提高生产效率30%左右，并且可以大大降低废品率。第4章 运动仿真在机构上的应用对话框是一种深受用户欢迎的界面，它形象、直观，随意输入，随时修改，鼠标、建盘并用、操作方便。对话框用dcl(dialog contr

49、ol language)定义，得到“.dcl”类型的文件，用auto lisp或c程序驱动。autocad系统定义的对话框存放于acrd. dcl文件中、文件base. dcl为用户提供了一些常用的标准控件。4.1 对话框及其控制语言对话框是操作者与计算机对话的工具，本文对话框是利用dcl语句所编写的，该语言以ascii 文件形式定义对话框，对话框中的各种元素又称为控件，控件的尺寸和功能由控件的属性控制。用户只需提供最基本的位置信息，autocad 就可以自动确定对话框的大小和布局。在其上可以选择所要的机构，其界面如图4-1所示：图4-1 机构选择的dcl对话框对话框控制语言dcl(dialo

50、g control language)是定义对话框的语言。1、对话框文件 对话框文件是用对话框控制语言定义的文件，是asci工码格式的文本文件。文件的扩展名为“.dcl”，因此也被称作dcl文件。2、dcl文件的结构 对话框的结构图是一个树型结构，对话框是这棵树的树根，行、列组件是树枝，基本控件和组合控件是树叶。3、对话框驱动程序 对话框文件描述了对话框的结构和外观、所属控件的式样和功能及控件的布局。但是要将对话框显示到屏幕上，使对话框连同各控件发挥作用，必须靠程序驱动。用auto lisp语言可以编写对话框的驱动程序。对话框的程序驱动流程如图4-2所示。图4-2 对话框的程序驱动流程图4.2

51、 机构运动简图机构记过演示能够得到许多的信息，如主要构件的位移，速度，加速度曲线等。我们能从这些数据中得到机构的运动形态和方式，以下为演示所得的图形，在这些图形中我们可以看到机构的形态，主要构件的运动形态等。图4-3 为曲柄四杆机构及模拟运动曲线图4-3为四杆机构及模拟运动曲线，用户通在autocad环境下，通过人机交互输入方式画好机构并调用程序后，程序自动生成的机构简图并按运动参数动态模拟机构运动及是根据机构运动绘制的摇杆位移s，速度v和加速度a在转动一个周期内的化规律。图4-4为铰链滑块机构及其模拟运动结果，导杆为运动输出构件。机构的运动特性主要反映摇杆的位移s，速度v和加速度a的变化，过

52、调整几何参数，可获得不同的运动特性。图4-4 为铰链滑块机构及其模拟运动图4-5为拉包机构及其运动特性曲线图4-5 拉包机构及其运动特性曲线第5章典型零件加工及说明5.1 圆弧类零件的加工仿真本节主要介绍圆弧类工件的基本加工过程。这种类型的工件相对而言，具有较高的加工难度，如果以手工进行参数计算和定型，非常地复杂，对编程人员来说是一项繁重的体力和脑力劳动。用此程序不仅可以自动生成加工代码，还可以保证足够的精度。1、 在auto cad下绘制如图5-1所示的圆弧工件零件图 图5-1圆弧工件零件图 图5-2 圆弧工件仿真过程图 图5-3圆弧工件仿真结束图2、运行程序，让用户选择加工路线，进行仿真加

53、工如图5-2 为仿真过程中圆工件模拟图。3、为圆弧工件仿真结束是的效果图。4、加工仿真过程的分析如图5-4所示。5、仿真结束后生成的3b代码如图5-5所示。6、如果机器已和线切割机床相连接，则可一直接调用生成的代码，如未进行连接，则可以用手动的方式进行代码的输入。7、输入完毕后，可以在机床上进行工件的加工。图5-4加工仿真过程的分析如图5-5 仿真结束后生成的3b代码5.2 非标准件的仿真过程本节主要介绍非标准件的基本加工过程。在实际生产中，有时候需要用到零件反求技术，即在不知道零件具体参数的情况下，通过零件实物或影像等，以测量手段，获取零件轮廓上的一系列点，来描述零件轮廓，从而实现零件的再现加工。autocad系统通过对样条曲线的处理，可以提供简单的反求功能。如图5-6为通过实物照片提取的轮廓。样条曲线可以近似用直线和圆弧替代，其处理后的效果如图5-7所示，然后在按上节的步骤在此不在为加工仿真过程和结束时效果图。图5-6实物照片提取的轮廓5-7加工仿真过程和结束时效果图如图5-8 仿真结束后生成的3b代码和加工仿真过程分析。如图5-8 仿真结束后生成的3b代码和加工仿真过程分析结 论随着柔性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟先进制造技术迅猛发展，超高速切削、超精密加工等技术的应用，对数控加工技术提出了更高的要求。如何结合实际与计