数控加工仿真系统的开发及在教学中的应用

维普资讯 http://www.cqvip.com 科　信Ｉ息Ｊ科Ｉ学　数控加工仿真系统的开发及在教学中的应用　李静王占礼张立敏　（长春工业大学，吉林长春１３００１２）　摘要：Ｗｉｎｄ０ｗｓ２０００为开发平台，采用Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　Ｖｉｓｕａｌ　Ｃ＋＋软件及三维图形软件标准接口ＯｐｅｎＧＬ为开发工具开发了数控加工仿真系统，实　现ＮＣ代码校验、材料去除过程模拟、加工过程碰撞干涉检验等，并应用到实际教学中，提高课堂教学质量。　关键词：虚拟制造；数控加工仿真；几何模型　引言　值，根据计算结果更新工件模型数据，调用实体　随着我国经济的飞速发展，我国制造业装　显示程序将加工后的工件模型显示在屏幕上，　备的自动化水平在不断提高，数控机床的拥有　完成材料去除全过程。在这一过程中涉及毛坯　量及在机床中所占的比重大幅度地增加。如何　模型的离散、刀具扫描体的生成以及毛坯模型　有效地发挥数控机床的使用效率、提高加工质　和刀具扫描体的布尔运算等关键技术，其中毛　量一直是人们追求的目标。在进行零件数控加　坯模型离散是核心。毛坯模型离散常用基于三　工过程中，零件本身的可加工性和数控程序的　角网格的方法，它将毛坯表面离散为规则的三　质量是影响零件加工质量的关键因素。数控程　角片，即将工件毛坯的上表面离散为均匀点阵，　序投入实际加工之前，都必须进行有效的检验。　再将这些点阵构造成三角形网格模型。图３所　检验数控程序的方法主要有手工检验、试切检　示的铣削模型是在均匀离散的基础上，考虑了　验、轨迹显示和计算机仿真等。其中计算机仿真　图１虚拟机床的层次结构图　曲面曲率和刀具半径的影响，进行了非均匀离　是近年来发展较快，也是最行之有效的方法。本　散。　文在综合分析国内外研究现状的基础上，对数　４碰撞干涉检验　控加工仿真的若干关键技术进行了研究，以此　将碰撞干涉检测分为粗检、细检和精检等　为基础建立了数控加工仿真系统并应用到教学　三个步骤，采用改进的基于ＦＤＨ包围盒法对碰　中。学生利用此系统可以在计算机上模拟加工　撞干涉进行细检，通过包围盒层次树的建立和　环境和数控加工的过程，完成ＮＣ程序的校验，　遍历以及包围盒的相交测试和基本体素的相交　发现干涉（主要是刀具与工件之间）和过切现象，　测试，确定两个物体是否相交。该算法不仅可以　修改ＮＣ程序，通过实际参与，弥补课堂教学的　检测凸多面体，还可以检测凹多面体，具有检测　不足。另外，此系统也可用于生产实际，减少加　速度快及实时性好的优点。图４所示为相交测　工失误、返工，缩短研制周期，节约资金，提高产　试算法演示，图５所示为仿真系统中碰撞干涉　品质量和生产效率。　检测实例。　１数控加工仿真系统总体结构　以Ｗｉｎｄｏｗｓ２０００为开发平台，采用Ｍｉ—　刀具与夹具在　ｃＩ＇Ｏ￣Ｏｆｔ　Ｖｉｓｕａｌ　ｃ＋＋软件及三维图形软件标准接　三角面片相交　口ＯｐｅｎＧＬ为开发工具。以华中Ｉ型数控铣床、　处发生碰撞干　沈阳机床厂的ＣＫ６１３６Ｈ数控车床为仿真系统　原型进行系统开发。系统仿真模块包括建立虚　涉　拟加工环境、ＮＣ代码翻译、材料去除过程仿真、　碰撞干涉检验等。其仿真的对象不仅有刀具和　工件，还包括夹具、工作台、刀库、机床等加工环　图４碰撞干涉相交测试　境，并进行声音、光照效果仿真等。　２虚拟加工环境　虚拟加工环境由虚拟机床、工件、刀具及　夹具等的几何模型和虚拟机床运动模型等组　成。本文以虚拟机床几何模型的建立为例说明，　虚拟机床的几何模型是一个装配体，在几何模　型的建造过程中，要对每个组成部分（包括床　身、主轴箱、立柱和工作台等）独立建模，运动模　型是建立在装配模型基础上的。装配模型中定　图３铣削毛坯离散模型　义了各零部件之间的相对位置和装配层次关　虚拟机床的运动是通过动画方式实现的。　系，它反映了部件间的相互约束关系。对于零部　本文采用实时动画的方式利用ＯｐｅｎＧＬ的双缓　件间装配的表达首先应当表达零部件拓扑关　存技术一边计算一边在计算机终端上产生动　图５碰撞干涉检测实例　系。拓扑关系表达零部件间的连接性、层次性。　画。不仅交互能力强，还可根据用户要求实时改　５数控加工仿真系统在教学中的应用　本文采用分层树来表达零部件间的层次关系，　变画面。　５．１数控加工仿真系统的使用界面　如图１所示。几何模型有两个层次，第一层存储　３材料去除过程仿真　图６所示为三轴数控铣削仿真系统用户界　机床零部件几何模型之间的装配关系，第二层　材料去除过程仿真利用计算机图形技术　面，车削和铣削加工系统界面类似。图中数控信　用于存储机床零部件几何模型的几何信息和拓　通过动画实现，首先将工件模型按照精度要求　息、控制面板和加工仿真三个窗口在屏幕上同　扑信息。图２是采用Ｂ—Ｒｅｐ造型方法构造虚拟　进行离散，然后由ＮＣ代码翻译模块计算出刀　时显示，并可以通过菜单栏和工具栏上的相应　机床零部件的几何模型，并根据模型间的装配　具下一步的刀位坐标，生成刀具扫描体模型，确　命令或按钮对机床运动和加工仿真进行控制。　关系采用ＣＳＧ法组装而成的一台完整虚拟机　定扫描体区域内可能发生切削的离散点，计算　其中加工仿真窗口是最大的，用于显示机床、刀　床。　离散点ｚ向矢量和刀具扫描体交点的ｚ向坐标　具运动和材料去除动态过　（下转１３页）　一６２—　维普资讯 http://www.cqvip.com

技　术ｌ广　场　科　—技信恩　—黑龙江——　浅谈对出租车计价器的管理　王志辉　（齐齐哈尔市计量检定测试所，黑龙江齐齐哈尔１６１００５）　摘要：出租车经营者利用各种手段破坏计价器准确度，坑害广大消费者，究其原因，一是出租车经营者缺乏应有的职业操守；二是在于缺少有　效的管理，缺少一种完善的运行用管理机制。以下阐述的观点是通过加强管理，确保百姓的利益不再受到损害。　关键词：出租车；计价器；管理　随着人民生活水平的提高，人们的出行观　营，这种现象亦较普遍，原因一是经营者缺乏必　卡，参数卡必须由法定计量检定机构持有，计价　念发生了巨大变化，打车的人也越来越多。出租　要的常识，二是经营者有意为之。　器的安装维护也应由法定计量检定机构来完　车经营者与乘客之间的矛盾日显突出，现已成　产生上述问题的原因有主观的刻意行为，　成，只有这样儆，才能有效地从根本上解决私调　为市民投诉的热点问题。经研究显示，造成这一　也有客观的无心所致，但不论是哪种原因，都　乱动等违规行为的发生。　局面的根源其一是出租车经营者缺乏应有的职　给消费者带来了损害。有人认为上述问题的出　第四，计台　器要设立周检必到功能，即超　业操守，见利忘义，采取各种手段破坏计价器准　现是行业主管部门教育宣传及监管部门打击力　过计量检定周期计价器自动黑屏，经营者不检　确度；其二在于缺少有效的管理，缺少一种完善　度不够，只要加大宣传力度，加大打击力度上述　就无法运行。　的运行用管理机制。应是通过加强管理，让别有　问题是完全可以解决的。这几年我局多次联合　第五，在用参徵卡调整计价器参数时，须　用心者无机可乘，从源头堵塞漏洞，确保百姓的　交通、公安部门对出车行业进行综合治理，加大　经计价器检定开关，。而只有打开签封时，才能打　利益不再受到损害。　打击破坏计价器准确度的单位和个人，同时利　开计价器检定开关，国内大多数计价器产品的　先让我们来看一看都有哪些典型问题吧。　用新闻媒体加大宣传力度，共同查处了一批坑　签封都在计价器的前　可或侧面，极易刮碰而折　第一，个别出租车经营者心存侥幸逃避检　害消费者的违法经营者，收到了一定效果，但却　断，因此计价器的签　最好设置在计价器的底　查，计价器不经计量检定或超过检定周期运行，　未能从根本上解决问题。　部，这样可有效防止经茸者在日常维护中无意　达到获利的目的，根据我市计量检定测试所近　经过研究认为，违法行为是人通过计价器　刮碰，损坏检定开关．影响计价器计量参数的可　几年的统计数据表明，每年计价器受检率仅在　来实现的。其主体是人，客体是计价器，如何降　靠性，减少不必要的麻烦，又能使恶意破坏者找　７０％左右。　低主体对客体的影响，既如何降低人的因素，这　不到借口。　第二，违法经营者为逃避处罚，在计量检　将是解决这一问题的关键。下面结合我市２００７　教育不是万能的，打击也不是目地。我们　定周期前到社会上计价器维修部门先行调试，　年新上出租车一事谈谈看法。　只有不断完善各方面的管理，利用技术手段让　通过计量检定后，再将计价器（多为老型计价　第一，要取得当地政府的支持，由交通局、　违法者无从下手，不给违法者可　之机，这应该　器）调快，这种现象较普遍，也很难防范。　质监局共同制定并出台《出租车计价器管理　是我们今后研究的方向。２００７年　，我市新上　第三，计价器种类繁多，质量良莠不齐，甚　条》，并大宣传力度，让经营者懂得什么是应该　出租车７００余台，到日前为止，还没有　生一起　至有很多是无证产品，曾参观过一个计价器生　做的，什么是不能做的，同时监管者亦有法可　新车投诉事件，效果良好。　产企业，几平方米的房间，两三个人，所有的零　询。　作者简介：王志辉（１９６４～），男，大学本科，　部件都是外购的，经过简单组装既上市销售，这　第二，严把市场准入关，比照政府招标采　高级工程师，齐齐哈尔市计量栓定测试所副＾。’十　样的产品价格便宜，质量没有保证，但却很受欢　购的模式，设立计价器选型条件，由交通局、质　长，发表论文数篇。　迎。　监局专家成立招标领导小组，对企业申报材料　第四，签封易脱落，这种现象也较普遍，一　进行文审，然后对计价器做样机试验，确立入选　是经营者有意为之，一是因计价器签封外漏，在　厂家，并对每台安装的计价器都进行本机检定　打扫卫生及日常维护时无意碰断，很难判定到　和使用误差检定，这样将那些条件不具备，质量　底是哪种行为所致。　差的产品挡在了门外，极大地提高产品质量。　第五，更换轮胎后不经计量检定继续运　第三，计价器的参数调节必须要使用参数　：接６２页）　程；数控信息窗口用于显示　５．２数　加上ｆ，ｊ　糸境芷教　’＃　ｌｌ　Ｊ　ｌ川的　Ｉ２Ｉ肖田元等．虚拟制造Ｉｌ、１｝．北京：清华大学出版　：文件的内容，可通过滚动条来显示全部文件　义　社．２００４　内容，加工时显示正在加工的ＮＣ代码；控制　数控技术是一门实践性很强的课程，在以　【３］李素有，侯宇，孙智民　０用ＯｐｅｎＧＬ实现常用　板窗１：３是与实际机床一致的，面板上的各功　舶ｑ教学中，由于缺乏必要的设备支持，只能采　规机构的三维运动仿真『Ｊ１．计算机应用研究　键和实际机床的也是　对应的，同时也可　取课堂教学来“纸上谈兵”单一的课堂教学，单　２００２（１）：７７—７８．　菜单栏和工具栏上找到与其功能一致的命　向的信息流动很难让学生有系统，全面的认识。　【４】童秉枢，李学志等．机械ＣＡＤ技术基础『Ｍ１．北　。另外，还添加了仿真系统中特有的功能子菜　将此仿真软件应用到教学中，具有如下意义：　京：清华大学出版社．１９９６．　，例如Ｎｃ代码读取、编辑、存储，定义毛坯尺　５．２．１将传统的被动教学变学生参与的主　［５】孙宏伟，马玉林．数控铣削仿真系统中刀具几　遂　藿　国箍　遴谴　。　譬鍪　薯　……～ｌ，ｌ　＿．＿Ｌ＿　？　’　。二～　．　一　…………　……　一　１，二ｗ二，　＿　５．２．２利ｆＨｊ虚拟机床代替买际机床，日Ｊ消除　（４５　２）：１０－１２．　睡　１　际机床加工的危险因素。　｛　５．２．３在计算机上模拟加工过程代替试切，　目　曲　町不消耗材料，降低成本。　参一ｊ　；　ｆ≥　｜　■　’　“Ｅ都可参与其中，５．２．４可有效解决设备不足的问题，极大提高学生的学习兴趣，使每个　　蹦　ｊ　赫删　釜宣叠　：　僻更好的教学效果。捌　５．２．５满足网络教学和远程培训的需要。　参考文献　　｝　Ｉ’　ｒ■１……一……’ｌ…一…　…一＊　嘲　帮　ｆ　』一＇　Ｐ　Ｈ　７工，，　一　中７－‘　图６用户乔面图　的研究【ＭＩ．天津：天津大学，２００４．　责任编辑：周宝军　一１３—