基于VB的数控车削加工轨迹仿真

基于VB的数控车削加工轨迹仿真摘要：介绍如何利用VisualBasic编程工具，模拟二维显示模式下的数控车削加工的走刀轨迹。主要方法是将已有的数控程序按功能字分解，并按照功能字的相应功能实现加工轨迹模拟及错误检查。关键词：数控;车削;仿真;visualBasic中文分类号：TP391.9文献表标识码：ATrackSimulationofNCturningprocessingbasedonVisualBasicAbstract:ByusingVBprogrammingtools,cuttertrackofNCturningprocessingissimulatedinatwo-dimensionaldisplaymode.ThechiefmethodistodisassembleNCcodeintosmallprogramsbyfunctionwords,thenwecansimulatetheworkingtrackandchecksomemistakesonacomputer.keywords:NC;turning;simulation;visualbasic0引言随着数控加工在机械制造业中的广泛应用，数控操作者和学习者与日剧增。对于数控技术学习者而言，特别是初学者，如果只是枯燥地学习课本，其理解具有一定困难。对于数控操作培训而言，培训中的误操作经常会导致昂贵设备的损坏，且在数控加工过程中，可能发生错误，因为编程人员事先对这些错误往往很难预料。因此，利用计算机图形技术对已编制的数控代码进行加工过程模拟演示，不但可以使初学者加深理解，还可以检查走刀路线的合理性及数控程序的正确性，防止数控机床在走刀错误时造成的设备损坏。同时，与高消耗、高本钱的工艺试切法相比，也有很大的优势。1仿真系统结构设计系统总体结构框图如下：系统界面系统界面数控程序识别轨迹仿真模块插补仿真模块系统帮助模块数控程序的编写录入模块毛坯定义模块图1仿真系统总体结构框图各模块功能如下：〔1〕系统界面的设计：主要对数控加工程序的输入及其输入后系统运行过程中的信息进行显示。同时，也是演示系统的载体和整个工程的启动窗体。〔2〕毛坯设计模块：由操作者指定毛坯的形状、毛坯各局部的尺寸，并以图像的形式显示出来。〔3〕数控程序编写、录入模块：该模块主要是提供一个输入和编辑数控程序的环境。录入的数控程序用于仿真加工中刀具轨迹的计算和机床状态的控制。〔4〕数控程序的分析、仿真模块：对录入的数控程序进行格式、语法分析，计算车刀运动轨迹，然后由数控仿真系统调用插补仿真子模块完成加工过程的动态仿真。〔5〕插补仿真模块：主要是对直线、顺圆、逆圆的插补过程进行模拟。〔6〕系统帮助模块：用于为使用者提供相关说明，包括系统能够识别的代码格式和代码种类及其相关功能和如何使用本软件。2车削仿真加工环境数控车床加工环境主要是由夹具、刀具、刀架、工件四个局部组成。对于数控车削仿真系统而言，以这四个局部中的刀具、工件最为重要，刀具是加工零件的直接工具，工件是加工系统的被加工对象。本系统主要是虚拟数控车床的加工局部，在虚拟的车削环境中设置了虚拟工件为矩形和刀具的刀位点为一点。在VB系统中形成车削加工环境，就是要在模拟动态加工前，先将毛坯和刀位点用VB语言进行描述，以二维图形的形式显示在屏幕上。为了简化界面，扩大仿真区域以便操作者看清加工轨迹，因此在这个仿真系统中只设置了关键功能键，且多数功能键以菜单的形式代替了控件。本系统的功能菜单主要有毛坯定义、车削轨迹仿真、插补仿真、帮助、退出。数控代码的调入或者操作者的输入，是直接在主界面的文本框中进行的。这样，可以方便操作者对照数控加工代码来检查仿真轨迹。另外，还可将数控加工程序中的相关信息：刀具号、主轴速度、进给速度显示出来。仿真显示界面如下列图2所示：图2车削仿真显示界面3仿真显示坐标系和毛坯设计数控机床是以主轴轴线方向为Z轴方向，刀具远离工件的方向为Z轴的正方向。X坐标的方向是在工件的径向上，刀具离开工件旋转中心的方向为X轴正方向。图3系统坐标系3.1机床原点和机床坐标系的设定机床原点是数控机床上的一个固定点。车床的机床原点一般定义在主轴旋转中心线与车头端面的交点上，数控车削的仿真系统机床原点“O〞如图3所示。以机床原点为坐标原点，建立一个Z轴与X轴的直角坐标系，此坐标系即为机床坐标系。在Visualbasic6.0[1]中定义机床坐标系的代码为：Form1.Picture1.Scale(0,-200)-(400,200)3.2工件原点和工件坐标系的设定工件原点〔即程序原点〕，是人为设定的点。编程时，一般先找到图样上的设计基准点，并通常以该点作为工件原点。数控车床上工件原点一般选择在轴线与工件右端面、左端面或卡爪的前端面的交点上。本数控车削加工仿真系统规定以工件右端面与轴线的交点为工件原点。如图3所示。如果以工件原点为坐标原点，建立一个Z轴与X轴的直角坐标系，那么此坐标系就是工件坐标系。数控车床上工件坐标系的Z轴一般与主轴轴线重合。3.3毛坯的设定由于车削加工的工件根本上是回转体，毛坯也根本上为棒料，因此在二维坐标系统中，可用直径和长度尺寸确定一个矩形表示。在visualbasic中专门设计了一个如图4所示的毛坯定义菜单，输入毛坯的长度和直径后，就会在仿真加工环境中显示毛坯。图4毛坯定义界面4数控加工代码的处理4.1数控加工代码的调入数控零件加工程序就是用标准ISO代码编写的C程序。数控车床中使用的典型语句模式[2,3]为：N□□□G□□G□□G□□X±□□□Z±□□□I□□□K□□□F□□S□□T□□M□□M□□LF其中□代表一位十进制数字。上述结构是按一个程序段最多可能会有3条G指令，2条M指令考虑的。对于上面的这种格式的指令，如果逐段用VB程序描述出来，不但繁琐而且当加工程序更换以后，必须重编VB程序，因此使用起来极其不方便。在本系统中，数控零件加工程序的调入方式采用，直接通过文本框输入，然后逐行保存，或把已经编写好的数控加工程序以纯文本的形式(.TXT)在文本框中逐行翻开。这样，就使得数控代码的调入这个环节简化了许多。翻开数控代码文件的主要语句〔VB语言〕如下:CommonDialog1.Action=1filenc=CommonDialog1.FileNameIffilenc<>""ThenText1.Text=""OpenfilencForInputAs#1DoUntilEOF(1)LineInput#1,newlineText1.Text=Text1.Text+newline+Chr(13)+Chr(10)LoopClose#14.2数控加工代码的识别本系统采取直接从能显示数控代码的文本框中读取数控代码，再进一步分析的方法。数控代码的识别过程是：直接将文本框中的数控代码读入到字符窜变量中,然后根据数控加工代码的每一行的开始标志〞N〞，来将其分割成一行一行的代码，放入字符窜数组，再分析字符窜数组的每一个元素即每一行数控代码。在数控代码的分析过程中，考虑到本系统只是进行图形仿真，所以在对代码进行识别的时候，关键就是识别出G代码。但是为了便于操作者查找零件加工的辅助信息，本系统将辅助信息T、S、F也识别出来放在了加工显示的图片框的旁边的文本框中。程序识别的关键语句如下：length=Len(strText)'找行数Forn=1Tolengthonechar=Mid(strText,n,1)Ifonechar="N"ThennCountCol=nCountCol+1EndIfNext'一行行的读取数据ReDimstr1(nCountCol)OldStr=strTextForn=1TonCountColm=InStrRev(OldStr,"N",-1)strTmp=Mid(OldStr,m,Len(OldStr))OldStr=Left(OldStr,m-1)str1(nCountCol-n+1)=strTmpNext'对每一行代码进行分析Forn=1TonCountColstrTmp=str1(n)Fornextchar=6ToLen(strTmp)SelectCaseMid(strTmp,nextchar,1)Case"G"Lg=InStr(nextchar,strTmp,"G",1)num=Mid(strTmp,Lg+1,2)SelectCasenumCase"00","01","02","03"datapoolno=numnextchar=nextchar+3Case"90","91"……接下去的程序继续对仿真加工的相关信息进行识别，然后判别G指令，再将程序转入相应的G指令模块中，进行插补运算及显示。4.3加工程序的自动检错本文将数控加工程序的错误分成了两类：第一类是用户输入的超限的数据值和不可识别的G指令等非法字符。引起这类错误的原因大多是用户不了解本系统的处理原那么以及用户的疏忽，但是这类错误会使系统因不能识别的字符或不能处理的数值范围而终止执行或死机，也可能导致加工轨迹异常。第二类错误是用户不按数控系统的编程规那么和书写格式来输入程序，如加工程序中的插补指令后没有设置进给速度F，或同一组加工指令〔G00，G01等〕出现在一条加工程序中等。这类错误将直接影响刀具的运动或运动结果明显与编程者本意不符，而且不易于发现。5仿真动画的生成在该系统中，动画的实现采用了图段变化技术[4]。图段是图形的一局部或者是整体。在光栅系统中，点阵图段〔图符〕可以直接从屏幕上获得，获取的图段作为一个点阵文件和图块存储到磁盘上或缓存区中，然后再调用另一图段显示操作，将它们放置在屏幕指定的位置，通过变换不同的输出屏幕位置，就产生了图段图形连续移动，也就产生了图段变换动画。由图段动画的定义可以看出，图段可以预先定义或预先存储，并将这些图段〔过程或点阵〕作为公共子过程或图符文件存放起来，在需要的时候调出直接进行绘制和标记，它可以大大减小计算量。根据本系统的特点：只需要让刀具的加工轨迹实现动画即可，所以本系统选用图段动画的方法。6结论本系统初步完成了数控车削加工中的刀具轨迹的生成，能够适应车削零件加工的二维图形模拟，且能够对数控代码中的一些简单的错误如非法字符、插补指令后没有设置进给速度等进行提示，这对进一步完善数控仿真系统打下了根底。另外，其形成的教学实验环境，有助于解