（机械设计及理论专业论文）基于ug软件集成制造系统的研究与应用.pdf

摘要 本论文是在数控技术高速发展的背景下而提出来的，在数控技术中，后处理 技术又是较为关键的技术。为了提高华中数控机床的编程效率，本文对u g 软件 的二次开发方法进行了深入的讨论，并且基于u g 软件开发了一个华中数控系统 的后处理系统。 用户根据本单位的情况，需要对u g 软件进行二次开发，把实际经验固化到 u g 软件中。本论文对u g 软件的二次开发的方法作了详细的探讨，利用v c 的 m f c 来开发u g 的应用程序，即在u g 中直接调用m f c 。u g 软件的二次开发使得 其应用更加具有针对性，为以后u g 软件的二次开发提供了参考。 在本课题中利用了u g 的建模和制造的强大功能，首先在建模模块中设计出 了较为复杂的三维模型。该模型是比较常见的零件模型，但用手工编程还是有困 难，应采取自动编程。然后即可进入制造模块，设置加工参数。因此在u g 软件 中可实现从设计、建模、加工仿真，直到生成n c 程序的集成制造一体化，提高 工厂加工效率。 本课题是针对华中数控系统，应用v c 语言开发了一个u g 软件的后处理系 统。通过u g 软件设计、建模，在制造模块中生成刀位源文件，后处理系统再读 取刀位源文件进行处理，生成符合华中数控系统的n c 程序。这样使得u g 软件 生成的n c 程序直接可以输入华中数控机床，友好的操作界面使得操作变得很容 易。 在本课题中，对u g 软件二次开发的方法进行了拓展，使得u g 软件二次开 发后的功能大大增强。u g 软件结合本课题所开发的后处理系统，可以方便的实 现从建模到制造的全过程，简便了操作，节省了数控编程时间，提高了生产效 率，方便了华中数控系统的应用。 关键词：华中数控；u g 软件；后处理；二次开发 a b s t r a c t t h i s p a p e rp u t s f o r w a r db a s e do n h i g h l yd e v e l o p m e n to f n u m e r a l c o n t r o l t e c h n o l o g y t h ep o s tb u i l d e r i st h e k e yt e c h n o l o g y o fn u m e r a l c o n t r o lt e c h n o l o g y t oi m p r o v et h e e f f i c i e n c y o fh u a z h o n gn u m e r a l c o n t r o l s y s t e m ，t h i sp a p e re x p l o i t s t h e p o s t b u i l d e rs y s t e m a n dt h e m e t h o d so fq u a d r a t i ce x p l o i t a t i o no fu gs o f t w a r ea r ed i s c u s s e dp a r t i c u l a r l y q u a d r a t i ce x p l o i t a t i o no fs o f t w a r eu gs h o u l d b ed o n ea c c o r d i n gt o p r a c t i c e o ft h e f a c t o r y ，w h i c h w o u l da d v a n c el a b o re f f i c i e n c y t h e q u a d r a t i ce x p l o i t a t i o no fs o f t w a r eu gt h o u g hm f co fv ci ss t u d i e di nt h i s p a p e r t h i sm e t h o d sw i l lb ear e f e r e n c et ot h eo t h e r s t h i sp a p e rm a k eu s eo ft h e s ef u n c t i o n st od e s i g nc o m p l i c a t e dm o d e l b e c a u s eo ft h ec o m p l e x i t yo fp a r t ，i ts h o u l db ep r o g r a m m e db ya u t o m a t i o n t h e nt h e m a n u f a c t u r i n gp a r a m e t e r s s h o u l db es e t t h e q u a d r a t i c e x p l o i t a t i o n o fu gm a k e s i n t e g r a t i o n o f d e s i g n 、 m o d e l i n g a n d m a n u f a c t u r e ，u pt ob u i l d i n gn cp r o g r a m ，w h i c ha d v a n c e st h ee f f i c i e n c yo f m a n l l f a c t u r i n g t h i sp a p e re x p l o i t e dap o s tb u i l d e rp r o g r a mf o rh u a z h o n gn u m e r a l c o n t r o ls y s t e mb yv c b a s e do nu gs o f t w a r et od e s i g n 、m o d e la n db u i l d c l s f ，t h ep o s tb u i l d e rt r a n s a c t sc l s ft ob u i l dn cp r o g r a m t h es y s t e m m a k e sn cp r o g r a mo fu gi m p o r ti n t ot h em a c h i n et o o l s s ot h ee f f i c i e n c y i sh i g h l yi m p r o v e d t h ef r i e n di n t e r f a c em a k e st h eo p e r a t i o ne a s i l y i n t h i s p a p e r ，t h e m e t h o d so f q u a d r a t i ce x p l o i t a t i o n o fu ga r e b r o a d e n e d ，w h i c hm a k e st h ef u n c t i o n so fu gb o o s tu p u gs o f t w a r ew i t h t h ep o s tb u i l d e ro ft h i st a s kc a nm a k et h eo p e r a t i o ne a s y ，s a v eo nt i m eo f p r o g r a ma n di m p r o v et h ep r o d u c t i o ne f f i c i e n c y ，w h i c h p r e d i g e s t s t h e a p p l i c a t i o no fh u a z h o n gn u m e r a lc o n t r o lm a c h i n et o o l s k e yw o r d s ：h u a z h o n g n u m e r a lc o n t r o l ；s o f t w a r eu g ；p o s tb u i l d e r ； q u a d r a t i ce x p l o i t a t i o n 昆明理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不合 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做 出重要贡献的个人和集体，均已在论文中作了明确的说明并表示了谢 意。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：；西釜保 日期：- v o 3 年月2 , o 日 关于论文使用授权韵说明 本人完全了解昆明理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅，学校可以公布 论文的全部或部分内容，可以采用影印或其他复制手段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守) 导师签名：函，盘幽 论文作者签名：刍画垒：堡 昆明理工大学硕士论文 1 1 数控技术的概况 第一章绪论 随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达 国家投入大量资金，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。数 控技术是先进制造技术的核心，是制造业实现自动化、网络化、柔性化、集成化 的基础。数控装备的整体水平标志着一个国家工业现代化水平和综合国力的强 弱。 先进制造技术( a d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g y ) 作为一个新的概 念，则是美国于2 0 世纪8 0 年代后期首先提出的。先进制造技术是制造业不断 吸收信息技术和现代管理技术的成果，并将其综合应用于产品设计、加工、检 测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程，以实现优质、高效、低 耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术 的总称。 为了发展自己的汽车工业，1 9 5 0 年日本人丰田英二考察了美国福特公司轿 车厂，并将国外经验结合日本国情，在实践中不断创新；经过3 0 多年的奋斗， 使日本成为世界汽车生产大国，其产量占世界的l 3 。7 0 、8 0 年代，当美国受 “第三次浪潮”影响，把制造业视为“夕阳工业”，热衷于把科技发展的重点簧 于高技术和军用技术，自满于有多少发明、发现，出现了多少诺贝尔奖获得者， 日本却把主要精力投入到先进制造技术的开发和应用上，使在美国发明的许多技 术，在日本最先做成了产品，投入了市场，产生了经济效益，从而在国际竞争中 占了上风，动摇了美国的技术领先地位，使之陷于经济衰退的困境，制造业出现 巨额赤字。 2 0 世纪8 0 年代末，美国政府逐渐意识到面临的危机，开始把的“星球大 战”计划扭转到采用和发展先进制造技术的务实行动中来。美国对各国，特别是 日本的汽车制造业，进行了深入的调研总结，把丰田成功的生产方式称之为精益 生产，并提出了自己的2 1 世纪制造企业战略，在这个战略中描绘了一种新 的制造模式一一敏捷制造( 对千变万化的消费市场适时做出快速反应，推出用户 需求的全新产品) ，旨在重建自己在世界制造业中的领导地位。经过两届政府的 努力，美国制造业产品出口大幅度增长，竞争力提高，经济才开始复苏” 昆i ! j j 理工大学硕士论文 制造业决不是“夕阳产业”，但制造技术中确有“夕阳技术”，这些技术同 信息化大潮格格不入，同高科技发展不相适应，缺乏市场竞争力，甚至还可能危 害生态环境1 。 目前，数控技术作为先进制造技术的核心。关系到国家战略地位和体现国家 综合国力的重要基础性产业，其水平高低是衡量一个国家制造业现代化程度的核 心标志，因此加工机床及生产过程数控化，己经成为当今制造业的发展方向。机 械制造的竞争，其实质是数控的竞争。 1 2 数控技术及其后处理技术的现状 1 2 1 国外数控技术发展及现状h m 3 数控技术的发展历史：1 9 4 6 年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人 类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具，为人类进入信息社会奠定了基础。 6 年后，即在1 9 5 2 年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台 数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控机床经历了 两个阶段和六代的发展。 1 、数控( n c ) 阶段( 1 9 5 2 1 9 7 0 年) 当时计算机的运算速度低，不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用 数字逻辑电路“搭”成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控 ( h a r d w i r e dn c ) ，简称为数控( n c ) 。随着元器件的发展，这个阶段 历经了三代，即1 9 5 2 年的第一代一一电子管；1 9 5 9 年的第二代一一晶体管； 1 9 6 5 年的第三代一一小规模集成电路。 2 、计算机数控( c n c ) 阶段( 1 9 7 0 年现在) 到1 9 7 0 年，通用小型计算机己出现并成批生产。于是将它移植过来作为数 控系统的核心部件，从此进入了计算机数控( c n c ) 阶段。到1 9 7 1 年，美国 i n t e l 公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件运算器和控制器，采 用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器，即中央处理单元， 就是我们常说的c p u 。 到1 9 7 4 年微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强，控 制一台机床能力有富裕( 故当时曾用于控制多台机床。称之为群控) 。而且当时 的小型机可靠性也不理想。由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计 算机数控。 到了1 9 9 0 年，p c 机( 个人计算机) 的性能已发展到很高的阶段，可以满 2 昆明理t 大学硕士论文 足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于p c 的阶段。 总的来说，计算机数控阶段也经历了三代。即1 9 7 0 年的第四代一一小型计 算机；1 9 7 4 年的第五代一一微处理器和1 9 9 0 年的第六代一一基于p c 。 目前，发达国家与发展中国家机床拥有量、年产量中，低( 普遍机床) 、中 ( 高效自动化机床) 、高档机床( n c 机床) 之比例不同，发达国家机床拥有 量、年产量中低、中、高档机床之比分别为：2 0 ：7 0 ：1 0 和5 ：6 5 ；3 0 ，而 发展中国家分别约为：8 0 ：1 7 ：3 和7 0 ：2 5 ：5 ，因此两者之间的生产率、劳动 生产率相差悬殊【5 】。 1 2 2 国内数控技术发展及现状 回顾我国数控的发展历史，自1 9 5 8 年我国研制出第一台电子管式数控系统 样机后，经历了三落三起的发展历程。 5 0 7 0 年代中期，国内机床制造技术几经努力，在机械部分已经能与外国 进行竞争，但是控制部分却与国际先进技术相差甚远。 7 0 年代末，由于引进了日本先进技术，国内数控机床才上了一个台阶。8 0 年代，国内外汇紧张影响了机床散件进口，虽然当时竭尽全力去使器件国产化， 但还是避免不了再一次的走向下坡路。到1 9 7 9 年为止，我国n c 机床无法正式 生产，也无法在生产中正式使用。 我国从1 9 8 0 年起，先后引进了日、德、美、西班牙的n c 系统，各种n c 机 床，各类机、电、液、气基础元部件等进行合作生产。采用国外先进产品配置， 学习国外先进生产技术，有的使用国外关键元部件，对n c 机床的有关主机，n c 系统和基础部件进行生产，由此改变了过去产品质量、可靠性问题，n c 机床才 逐步开始批量生产并正式用于生产制造。在1 9 8 0 2 0 0 0 年2 0 年间，我国n c 机床在品种上、技术上、产量上提高较快，取得了较大的成绩。1 9 8 0 年我国n c 机床产量6 9 2 台。至1 9 9 9 年，产量达9 ，0 0 7 台，2 0 0 0 年超过一万台。在品 种上，各类n c 全切机床、成形机床、激光加工机床等都能生产，也较齐全，在 设计、制造技术上也有了很大提高。许多国产n c 机床，己在广大用户生产现场 使用，有的取得了用户的好评。但是，由于主机设计本领不过硬，许多n c 机 床，特别是较先进的高性能机床上还是有问题。 我国n c 机床的现状，可用下面3 句话来描述：“进步很大，问题不少：拥 有量较多，但利用率不高；产量较少，高性能产品缺乏。”虽然机床总拥有量数 字很大，居世界第一，但普遍性能落后、结构陈旧，数控机床所占比重不大到 2 0 0 0 年我国数控机床拥有量约为1 4 万台，平均利用率约为4 0 昆明理工大学硕t 论文 1 2 3 数控技术的发展趋势们 1 、模块化、专门化与个性化 为了适应数控机床多品种、小批量的特点，机床结构模块化，数控功能专门 化，机床性能价格比显著提高并加快优化。硬件模块化易于实现数控系统的集成 化和标准化。根据不同的功能需求，将基本模块，如c p u 、存储器、位置伺服、 p l c 、输入输出接口、通讯等模块，做成标准化系列化产品，通过积木方式进行 功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的数控系统。个性化是近几年来特别 明显的发展趋势。 2 、智能化 所谓智能化数控系统，是指具有拟人智能特征，在数控系统中具有模拟、 延伸、扩展的智能行为的知识处理活动，如t l 学习、自适应、自组织、自寻优、 自镇定、自识别、自规划、自修复、自繁殖等。智能数控系统通过对影响加工精 度和效率的物理量进行检测、建模、提取特征、自动感知加工系统的内部状态及 外部环境，快速做出实现最佳目标的智能决策，对进给速度、切削深度、坐标移 动、主轴转速等工艺参数进行实时控制，使机床的加工过程处于最佳状态。 3 、网络化和集成化 网络技术目前己逐步成为现代信息技术的主流。机床数控系统的网络化，为 远程监控及网络制造提供了最坚实的基础。网络数控系统通过高速通信网络及时 地向远程监控点提供当前加工状态信息并接收远程监控命令，为数控系统生产厂 家提供远程诊断与维护。特别是对各种数控改造项目，远程诊断可以大大减少维 护的盲目性及相关生产费用。 4 、开放化 9 0 年代中期以来，日本的o s e c 计划欧共体的o s a c 计划和美国的n g c 计划得以运行。1 9 9 4 年，日本的o s e c 计划在日本国际机器人和工厂自动化中 心的倡导下，由东芝机器、三菱电子等6 家日本公司联合发起的，其目的是开 发基于p c 平台的，具有高性能价格比的开放体系结构的新一代数控系统。它研 究的重点是在n c 本身和分布式d n c 控制系统上。欧共体的o s a c a 计划由欧洲 z - 十多家机床、控制生产与开发商及有关研究机构联合启动的。它提出了一个 “分层的系统平台+ 结构化的功能单元”体系结构，充分保证了“开放”的各个 特征，既可移植性，可替换性，可缩放性和互操作性。 近年来，我国的广大数控研究者也相继开发出了如中华1 型、蓝天1 型、 航天l 型、华中l 型等开放式数控系统。其中以华中i 型较具代表性，它采用 4 昆明理t 大学硕t 论文 工业p c 机上配适配器卡的结构，是基于通用3 2 位工业p c 机和d o s 平台的开放 式体系结构，具有较好的模块化、层次化特征。 5 、高速、高效、高精度、高可靠性发展方向 ( 1 ) 高速、高效机床向高速化方向发展，不但提高加工效率、降低成本，而且还 提高零件的表面加工质量和精度。( 2 ) 从精密加工发展到超精密加工( 特高精度 加工) ，其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级( 1 0 n m ) 。( 3 ) 高可靠性数控 机床的工作环境比较恶劣，工业电网电压的波动和干扰对数控机床的可靠性极为 不利，因而对c n c 的可靠性要求要优于一般的计算机。 6 、绿色制造将成为2 1 世纪制造业的重要特征 日趋严格的环境与资源的约束，使绿色制造业显得越来越重要，它将是2 1 世纪制造业的重要特征，与此相应，绿色制造技术也将获得快速的发展。在整个 制造过程，使得对环境负面影响最小，废弃物和有害物质的排放最小，资源利用 效率最高。绿色制造技术主要包含了绿色资源、绿色生产过程和绿色产品三方面 的内容。 1 2 4 国内外数控后处理技术的发展现状 后处理技术是数控技术发展的关键技术，是数控机床应用的瓶颈。由于后处 理是极为个性化的东西，它不是软件本身所标准化的，而因机床的不同而不同。 一般的c a d c a m 软件经过设计计算阶段已经得到了刀具轨迹的全部信息，但为 了适应数控机床的要求。还要进行后置处理，以得到与数控机床相适应的n c 代 码数据。 现在世界上一些软件公司也在这一方面做了很多努力，美国的e d s 公司、 p t c 公司、c n c 软件公司投入大量资金，做了许多研究，成功研制出的三维软件 像u g 、p r o e 、m a s t e c a m 的后处理系统，应用这些后处理系统，能生成一些典 型数控系统的n c 程序。 国内许多应用数控机床的公司都在后处理技术方面做了深入地研究，像上 海大众、东风公司、中国一汽、各航空公司及大专院校研究所等，不过都是针对 不同的系统自行开发研究。譬如西北电子设备研究所大型天线关键零件柔性设计 制造中心( n a m c ) 采用p t c 公司的p r o e n g i n e e r 软件来进行c a d c a mn 由于 n a m c 加工制造设备的数控系统种类比较多，包括s i m e n s 、f a n u c 、m a z a k 、 h e i d e n h a i n 、m i c r o n 等几种不同的数控系统，各有特点，所以对n c 代码要求 不尽相同。生成与数控机床紧密结合的后处理程序，提高设计效率及加工程序的 适用性和可靠性，取得显著成效，实现了真正意义上的信息化设计与制造。 昆驯理1 + 大学硕士论文 1 3 本课题的研究背景、主要内容及意义 1 3 1 本课题的研究的背景及意义 华中( h n c 2 l 2 2 t 、h n c 一2 l 2 2 m ) 数控系统是在华中i 型、华中2 0 0 0 系 列数控系统的基础上，满足用户对低价格、高性能、简单、可靠的要求而开发的 数控系统。具有更好的性能价格比，现已被国内数十家主机厂所配套使用，进入 市场后深受用户的好评。该系统具有高亮度、高对比度，色彩丰富，视角范围宽 广等优点。适用于各种车、铣床加工中心等机床的控制，结构牢靠，造型美观， 体积小巧，具有极高的性能价格比。目前己广泛用于车、铣、磨、锻、齿轮、仿 形、激光加工、纺织、医疗等设备。 数控机床是数控技术的具体表现形式，数控技术最终体现在数控机床上。国 外数控机床在两班制工作下开动率达到6 0 一7 0 ，但国内许多用户往往只能 达到2 0 一3 0 【7 1 。归纳起来我国数控机床使用率低的原因有如下几点： ( 1 ) 管理手段落后。目前企业中，尤其是国企中的基层技术干部、管理干部对数 控机床加工的原理、数控系统的特性不了解，对零件加工工艺和程序的编制生 疏，无法对数控设备进行科学的管理。 ( 2 ) 数控机床技术人员，综合素质低。数控加工操作人员大部分来自普通机械加 工工人，文化素质参差不齐。用户缺少高级编程人员、操作人员、维修人员等复 合型应用型专业人才，不能最大限度地发挥数控设备的加工效率。 ( 3 ) 数控设备的系统繁杂，设备档次不齐，给技术人员、操作人员的应用和编程 带来很大困难，大大限制了零件的转移加工。目前国内除少数大厂配有专业维修 队伍以外，大部分使用单位很难配备技术水平高的维修人员。 ( 4 ) 编程“效率低”。由于大量的加工程序是使用手工编制的，据国外统计，手 工编程时，一个零件的编程时间与机床实际加工时间之比约为3 0 ：1 ，而数控机 床不能开动的原因中有2 0 一3 0 是由于加工程序一时编制不出而耽搁的。 ( 5 ) 很多公司在使用u g 软件实际过程中针对本单位的情况积累了大量的经验， 但在这些有经验的技术人员退休后，积累的经验也就没有保留下来，后来的就必 须从头开始研究，这就浪费了大量的精力，不能在前人经验的基础上进一步发展 u g 软件的优势。 ( 6 ) 各种软件的后处理功能在实际应用中还是存在问题，是属于关键技术r 是难 点，重点，这大大延误了编程效率。 u g 软件作为最优秀的设计、工程及制造系统于一体的三维软件，为充分发 挥其作用，就应该根据本单位的情况结合u g 软件，对u g 软件进行二次开发， 6 昆明理工大学硕士论文 把实际经验固化到u g 软件中，这也必将提高生产效率。本论文将对u g 软件的 二次开发豹方法作详细的探讨，原来使用的开发方法中发现u g o p e n 使用起来 很不方便，主要表现在下面几个方面： ( 1 ) 字符串处理，u g o p e n 基本上采用的是标准c 的字符串函数，使用起 来非常麻烦，很容易出现错误。 ( 2 ) 数据结构的实现，目前很多w i n d o w s 开发工具都提供了链表、映射、 数组等类，对于实现复杂的数据结构非常有用。但是u g o p e n 中相关的内容很 少，想实现复杂的数据结构很困难。 ( 3 ) 用户界面的开发，同目前流行的w i n d o w s 应用程序开发工具相比，u i s t y l e 中包含的控件较少，功能有限，受到的局限太大，使用起来很不方便，有 的功能甚至难以实现。 尽管u g 从15 0 推出微机版以来，u g i o p e n 应用程序一直采用m i c r o s o f t v i s u a lc + + ( v c ) 作为编译器，但是由于u g o p e na p i 中没有直接提供对 m f c 的支持，所以在u g 开发中还不能直接调用m f c 。通过摸索，本文提出了 能够在u g o p e n 中直接使用m f c 的方法，得出二次开发的方法。 基于数控机床在实际应用中出现的问题，提高编程效率，简化操作，开发后 处理系统就很必要。虽然u g 、p r o e 、m a s t e r c a m 等软件也有后处理模块，能生 成n c 程序，但由于不同的数控机床厂家使用的系统不同，所使用的代码就不 同。表1 1 中列出了华中数控系统和机械工业部制定的j b 3 2 0 8 - 8 3 标准的部分 g 代码之间的区别。没有什么软件能生成适用于任何机床的n c 程序，因此本课 题就是为了开发出针对华中数控系统的后处理模块，简化编程过程和提高编程效 率。 表1 1 部分华中数控系统与j b 3 2 0 8 - 8 3 标准g 代码比较 华中数控系统g 代码( 铣削)j b 3 2 0 8 8 3 标准g 代码 代码功能代码功能 g 2 0 英寸输入 g 2 0 3 2 不指定 g 5 2 局部坐标系设定 g 5 2 刀具偏置一0 g 5 3 直接机床坐标系编程 g 5 3 直线偏移，注销 g 5 4 工作坐标系1 选择 g 5 4直线偏移x g 6 4 连续方式 g 6 4 6 7 不指定 g 6 8 旋转方式 g 6 8刀具偏移，内角 g 6 9 旋转取消 g 6 9刀具偏移，内角 g 9 3 不指定 g 9 3 时间倒数，进给率 g 9 9 固定循环返回到r 点 g 9 8 9 9 不指定 7 昆明埋工大学硕士论文 后处理一直以来是关键技术，在u g 、p r o e 等软件的后处理不能满足要求 时，各个使用机床的厂家都作了本公司数控机床的后处理的研究。但是基本上都 是针对自己已有的数控机床进行研究，而且相应的技术是保密的，所以各个厂家 在应用数控机床时，必须自己重新研究。 目前针对华中数控系统后处理的研究报道还不多，信息产业部电子第3 9 所 曹永新和任林杰在华中一l 型数控系统后处理程序的设计一文中研究的是 m a s t e r c a m 针对华中数控系统的后处理，而对u g 软件针对华中数控系统后处理 研究还未见报道，因此，本论文的研究具有一定的学术和应用价值。 1 3 2 本课题研究内容 通过国内外数控技术、三维建模技术、后处理技术等研究和分析以及对u g 软件的研究，所做的几个关键部分如下： 1 、研究华中数控系统的软件系统和硬件系统，对相应的编程方法及其中用到的 插补方法、刀具补偿关键技术进行了研究。 2 、利用u g 把零件的设计、建模、加工仿真到实际的制造过程实现一体化，大 大提高了生产效率。所选用的模型是常见的零件模型，但是手工编程不方便，应 采用自动编程方法。 3 、应用v c 语言对u g 软件的二次开发方法进行详细的研究，利用v c 的m f c 来 开发u g 的应用程序，这样大大增强u g 软件的功能，u g 软件的二次开发使得其 应用更加具有针对性。 4 、使用v c 开发u g 针对华中数控机床的后处理模块，后处理系统对刀位源文件 进行处理，生成符合华中数控系统的n c 程序。同时建立了友好的操作界面，方 便了对华中数控系统的操作， 1 3 3 研究方法和技术方案 本课题的研究方法如下： 1 、华中数控系统进行研究，对其数控程序的编制进行探讨： 2 、在u g 中完成零件的设计、建模； 3 、在u g 加工模块中对加工方法定义，输出刀位源文件，以备下面调用； 4 、找到u g 软件接1 ：3 ，使用v c 对u g 进行后处理模块的开发： 5 、调用上一步文件，用开发的后处理模块对它进行后处理，生成针对华中数控 系统的n c 程序。 第二章华中数控系统及编程原理 h n c 系统是我国武汉华中数控有限公司生产的国产型数控系统。该系统是我 国八六三计划的科研成果在实践应用中的成功项目，已开发和应用的产品有 h n c i 和t f n c 一2 0 0 0 两个系列共计l6 h n c i m 铣床、加工中心数控系统、h n c 种型号。华中数控系统主要的产品有： 2 0 0 0 m 铣床、h n c 一2 0 0 0 t 齿轮加工数控 系统、世纪星系列等。本章以华中数控系统( h n c 一2 1 2 2 t 、 n c 一2 1 2 2 m ) 装 置为例作简要介绍。 2 1 华中数控系统的特点 华中数控系统( h n c 一2 l 2 2 t 、h n c 一2 l 2 2 m ) 采用先进的开放式体系结 构，内置嵌入式工业p c ，配置7 7 “或10 4 “彩色液品显示屏和通用工程面 板，集成进给轴接口、主轴接口、手持单元接口、内嵌式p l c 接口于体，支 持硬盘、电子盘等程序储方式以及软驱、d n c 、以太网等程序交换功能、具有低 价格、高性能、配置灵活、结构紧凑、易于使用、呵靠性高的特点。机床的控制 面板如图2 1 ”。 图2 1机床的控制面板 l 、采用国际标准g 代码编程，与各种流行的c a d c a m 自动编程系统兼容，具有 直线插补、圆弧插补、螺纹切削、刀具补偿、宏程序、恒线速切削等功能。 2 、采用7 7 “( h n c 一2 2 t 为1 0 4 i ) 彩色液晶显示器( 分辨率为6 4 0 x4 8 0 ) ，全 汉字操作界面、障诊断与报警、加工轨迹图形显示和仿真，操作简便，易于掌握 和使用。 3 、内置r s 2 3 2 通讯接口，轻松实现机床数据通讯。 4 、最大联动轴数为4 轴。 5 、m b f l a s hr a m ( 可扩充至1g m b ) 程序断电存储，16 m br a m ( 可扩充至此 3 2 m b ) 加工内存缓冲区。 2 2 华中数控系统的硬件系统简介 该系统主要包括数控装置、软驱单元、手持单元、i o 分线端子板、远程 i ( ) 端子板、主轴单元。其中软驱单元、手持单元、远程i 0 端子板可以作为 选件。其硬件总体连接框图如图2 2 所示“。 h n c 一2 1 a c 2 4 v d c 2 4 v b x s l4 8 x s 4 3 d 黜，服 x s 2x s 3 0 x s 3 3 以土网卜，x s 3 x s 2 l d 裂翘粉 软驱k 2 = ) r s 2 3 2b x s 4x s 2 0 遗程i ，o 板b瑙5 1 1 等剖开关量输出，入 播6蕊1 0 l 手持单元 = 令 = = d 主轴单元 图2 2 硬件总体连接框图 软驱单元为系统的数据交换单元，该单元可为系统扩展软盘数据交换、外接 键盘、r s 2 3 2 d n c 和以太网接口等功能。采用全封闭结构，安全可靠；3 5 标准 软盘驱动器简单快捷；外接标准p c 键盘转接r ：_ l 十分方便；r s 2 3 2d n c 、以太网 转接口可以共享网络资源。 手持单元包含有4 坐标选择功能、标准四线式手摇脉冲发生器、手持使 能、紧急停l 卜功能。 i 0 分线端子板通过电缆与数控单元的光电隔离开关量输入输出接口联 结方便用户在控制电柜中连线、调试和维护。该端予有2 0 位丌关量输入或输 出，每位开关量均带指示灯，集成n p n 、p n p 两种接口。 远程i o 端子板可以与数控单元的远程i o 网络接口连接，最大有效距离 5 0 米，3 2 位光电隔离开关量输入或功率放大光电隔离输出，各个远程i o 端予 板间采用串联方式连接。 2 3 华中数控系统的软件系统简介 h n c 一2 1 t 软件操作界面如图2 3 所示。其界面由如下几个部分组成”“： 图2 3 软件操作界面 图形显示窗口可以根据需要，用功能键f 9 设置窗口的显示内容。 菜单显示窗口通过菜单命令条中的功能键f 1 f 10 来完成系统功能的操 作。 运行程序索引自动加工中的程序名和当前程序段行号。 选坐标系下的坐标值坐标系可在机床坐标系工作坐标系相对坐标系之间 切换；显示值可在指令位置实际位置剩余进给跟踪误差负载电流补偿 值之间切换。 工作坐标零点工作坐标系零点在机床坐标系下的坐标。 辅助功能自动加工中的m 、s 、t 代码。 当前加：f 程序行当前加工的程序段。 t 0 分线端子板通过电缆与数控中元的光电隔离开关量输入输出接几联 结方便用户在摔制电柜中连线、调试和维护。该端予有2 0 位丌关量输入或输 出，每位开关量均带指示灯，集成n p n 、p n p 两种接口。 远程i o 端子板可以与数控单元的远程i o 网络接口连接，虽大有澈距离 5 0 米，3 2 位光电隔离开关量输入或功率放大光电隔离输m ，各个远程j o 端予 板间采用串联方式连接。 2 3 华中数控系统的软件系统简介 i i n c2 i t 软件操作界面如图2 3 所示。其界面由如下几个部分组成： 图2 3 软件操作界面 幽形显示密口町以根据需要，目功能键f 9 设置窗口的显示内容。 菜单显示窗口通过菜单命令条中的功能键n r 10 来完成系统功能的操 作。 运行程序索引自动加工中的程序名和当前程序段行号。 选坐标系下的坐标值坐标系可在机床坐标系工作坐标系相对坐标系之闷 切换；显示值可在指令位置实际位置剩余进给跟踪误差负载电流补偿 值之e 】f i 切换。 工作坐标零点工作坐标系零点在机床坐标系r 的坐标。 辅助功能自动加工中的m 、s 、t 代码。 当前加工程序行当前加工的程序段。 当前加工程序行当前加工的程序段。 当前加工方式、系统运行状态及当前时间 工作方式：系统工作方式根据机床控制面板上相应按键的状态可在自动运 行、单段运行、手动运行、增量运行、回零、急停、复位等之间切换。 运行状态：系统工作状态在“运行正常”和“出错”闯切换。 系统时钟：当前系统时洲。 机床坐标、剩余进给 机床坐标：刀具当前位置在机床坐标系下的坐标； 剩余进给：当前程序段的终点与实际位置之差。 直径半径编程、公制英制编程、每分钟进给每转进给、快速修调、进给 修调、主轴修调。 操作界面中最重要的一块是菜单命令条。系统功能的操作主要通过菜单命 令条中的功能键f 1 f 1 0 来完成。由于每个功能包括不同的操作，菜单采用层 次结构，即在主菜单下选择一个菜单项后，用数控装置会显示该功能下的子菜单 用，o 可根据该子菜单的内容选择所需的操作。 h n c2 1 t 的菜单结构如下： 厂选择加工程序( f 1 )厂程序管理( f 1 ) 1 运行状态( f 2 ) 选择文件编辑程序( f 2 ) i 程序校验( f 3 )i 保存文件( f 4 ) 自动加工l 重新运行( f 4 )程序编制、查找替换( f 6 ) 、保存断点( f 5 )l 行操作( f 8 ) 卜恢复断点( f 6 )【块操作( f 7 ) l 重新运行( f 7 ) 【从指定行运行( f 8 ) 、 2 3 1 程序的输入 机床与外界的数据交换是我们比较关心的，华中数控系统的程序输入主要是 通过以太蚓、r s 2 3 2 、i o 端子输入。 1 、以太嘲属网络低层协议，通常在o s i 模型的物理层和数据链路层操作。它是 总线型协议中最常见的，数据速率为1 0 m b p s ( 兆比特秒) 的同轴电缆系统。 该系统相对比较便宜且容易安装，直接利用每个工作站网卡i 的b n c t 型连接 器，就可以将电缆从一个工作站连接到另一个工作站，完成网络传输控制任务。 该系统的安装如下： ( 1 ) 在集线器( h u b ) 处连上网线； ( 2 ) 在h n c 一2 1 t 数控装置的以太网接口处连上网线； ( 3 ) 数控装置的以太网接口处的指示灯一闪一闪的说明网络连好。 这样就可以建立网络路径，在程序输入时当作磁盘程序输入。 2 、把h n c 2 1 t 的串口r s 2 3 2 与上位计算机的r s 2 3 2 相连，就能实现数控装 置与计算机通讯，然后就可以通过数控装置读串日程序功能把程序读进来。操作 时需要在上位机进行端口号、波特率、数据长度、停止位、校验位的设置，在数 据传输时，需要用到上述参数。 3 、通过i o 端子连接p l c 也可以实现程序的输入，把输入，输出端子板的接 口与h n c 2 l t 数控装置的x s l 0 、x s l l 、x s 2 0 、x s 2 1 接口连接以后就可以使 用，也很方便。 当然也可以在数控装置的操作面板上直接编程在机床上运行，这种方法也很 方便。 2 3 2 插补方法的研究 零件的形状很复杂，但可以抽象成一些简单的集合元素：直线、圆弧等。插 补就是计算插补点的运算，把实现插补运算的装置叫插补器。 数控装置是根据程序介质上的信息来控制对各坐标轴的脉冲分配比例而得到 所希望的轨迹。具有沿平滑直线分配脉冲功能的叫直线插补，实现这种插补运算 的装置叫直线插补器。沿圆弧分配脉冲功能的叫圆弧插补，实现这种插补运算的 装置叫圆弧插补器。 常用的插补算法可归纳为两类。第一类称为“基准脉冲插补法”或“脉冲增 量插补法”。其特点是每插补运算一次，最多给每一轴进给一个脉冲，产生一个 基本长度单位的移动量( 即脉冲当量) 。常用的有逐点比较法和数字积分法。第 二类方法称为“数据采样插补法”。其特点是其位置伺服通过计算机及涮量装置 构成的闭环，计算机定时对反馈回路