数控加工仿真及机械传动参数化程序设计

毕 业 设 计（论 文） 题目：数控加工仿真和机械传动参数化程序设计姓 名 系 （部）专 业 指导教师 毕业设计（论文）任务书 填表时间： 20*年 03 月 18 日 （指导教师填表）学生姓名专业班级指导教师课题类型软件工程题目 数控加工仿真和机械传动参数化程序设计主要研究目标(或研究内容 )用 Lisp 语言开发建立复杂零件线切割加工代码的自动编程平台，成对实际零件的加工和验证工作。完成机构仿真和加工仿真、数控代码自动编程的程序设计。课题要求、主要任务及数量（指图纸规格、张数，说明书页数、论文字数等）应用 Lisp 语言完成加工界面、参数选择、加工路径选择以及模拟加工仿真的子程序设计；编写加工仿真程序和 3B 加工代码的自动生成子模块；加工路径选择以及模拟加工仿真模块；建立复杂路径的识别和优化工艺，结构运动分析和设计的仿真程序的调试工作。进度计划第 13 周：了解和掌握线切割加工特点和加工编程的基本知识，学习和掌握 Lisp 语言在加工仿真的应用理论；第 47 周：制定模拟程序设计方案；制定输出文件格式和模块设计；第 812 周：子程序设计、程序调试，加工仿真和系统优化分析；第 1315 周，编写说明书，答辩。主要参考文献数控机床线切割机床AutoCAD 应用与开发Lisp 语言程序设计指导教师签字： 教研室主任签字： 年 月 日数 控 加 工 仿 真 和 机 械 传 动 参 数 化 程 序 设 计摘 要仿真技术是复杂系统研究和设计的一种新型、有效工具，可以在不消耗实际材料、不需要真实机床设备的情况下，进行零件切削过程的模拟，数控程序的检验，分析零件的可加工性和工序的合理性。能够缩短产品的研制周期，降低成本，提高产品质量。在设计中产品的结构形式是确定的，它需要根据某些具体的条件和具体的控制参数来决定产品某一结构形式下的结构参数，从而设计出系列化的产品或不同规格的产品，使机械设计的质量和效率得到了很大提高，更加方便快捷。AutoCAD 具有强大的二维和三维绘图功能。采用 AutoCAD 内置二次开发工具 Auto LISP 语言、DCL 语言，结合国家标准，开发一个新的 AutoCAD 平台上的命令，就可以实现机械产品设计的参数化；对已形成系列化的产品，设计人员只需调用该命令，在弹出的对话框中输入相应的参数，即可自动绘出该产品的图形，从而节约设计人员的绘图时间，提高作图效率。而本设计就是以 LISP 语言为开发语言，实现了机械传动参数化程序设计，平面零件的加工仿真以及机构的运动仿真。关键词：数控编程，加工仿真，参数化，LISP 语言NUMERICAI CONTROL PROCESSING SIMULATION AND MECHANICAL DRIVE PARAMETERIZATION PROGRAMMINGABSTRACTThe emulation technique is one kind of new and effective tool and designed by complicated system. In not consume the actual material, not to need in the real engine bed equipments situation, It can carry on the simulation of components cutting process, the examination of numerical control procedure, and analysis components mach inability and working-procedures rationality. It can reduce products development cycle, reduces the cost, improve the product quality.In the design the products structural style is definite, It needs decides under the product some structural style according to certain concrete conditions and the concrete controlled variable the design parameter, thus designs the striation the product or the different specification product, causing the machine design the quality and the efficiency had the very big enhancement, more convenient quick.AutoCAD has formidable two-dimensional and the three dimensional cartography function. Using AutoCAD built-in re-development tool Auto the Lisp language, the DCL language, the union national standards, developing a new AutoCAD platform the order, may realize the parameterization engineering products design; To has formed serialized the product, designers into only need transfer this order, and inputs the corresponding parameter in the dialog box, then it can draw this product the graph automatically, thus saving designers cartography time, raising the mapping efficiency.But this design is to take Lisp as the development language, realizing the mechanical drive parameterization programming, the processing simulation of plane components as well as the movement simulation of organization. KEY WORDS: Numerical control programming, processing simulation, parameterization, Lisp language目录前 言 .1第 1 章 数控自动编程技术简介 .21.1 数控自动编程技术概述 .21.1.1 数控编程的基本概念 .21.1.2 数控编程的内容和步骤 .21.1.3 数控编程的方法 .41.2 数控自动编程技术发展趋势 .41.2.1 数控技术发展概况 .41.2.2 国外数控系统的发展概况 .51.2.3 现有数控技术的优势和不足 .51.2.4 数控技术的发展趋势 .6第 2 章 NC 系统的基本知识 .7第 3 章 数控加工过程仿真 .93.1 仿真技术概述 .93.1.1 基本概述 .93.1.2 数控加工仿真系统的基本组成 .103.1.3 数控加工仿真系统的发展趋势 .103.1.4 小结 .103.2 基于 AutoCAD 环境的数控图形自动编程系统 .113.2.1 系统功能简介 .113.2.2 加工代码的生成 .123.2.3 结束语 .14第 4 章 基于 AutoCAD 环境的 3B 数控加工及应用 .154.1 3B 语言简介 .154.1.1 3B 语言概述 .154.2 3B 语言在数控加工中的应用 .164.1.1 数控线切割机床的基本介绍 .164.1.1 工作原理 .164.1.1 数控线切割 3B 加工指令的图形化自动编程 .17第 5 章 Lisp 语言在机械传动参数化程序设计中的应用 .185.1 Lisp 语言简介 .185.1.1 Lisp 语言概述 .185.1.2 Lisp 语言特点 .195.2 Lisp 语言在界面输入程序设计中的应用 .195.2.1 界面设计 .195.2.2 DCL 对话框 .205.2.3 典型机械传动仿真实例 .21第 6 章 型零件加工和说明 .246.1 典型零件加工仿真 .246.1.1 典型线形零件加工 .246.1.2 典型圆弧形零件加工 .256.1.3 典型线形圆弧形零件加工 .256.2 NC 加工代码生成 .26结 论 .28谢 辞 .29参考文献 .30附 录 .31前 言随着科学技术的飞速发展，社会对产品多样化的要求日益强烈，产品更新越来越快，多品种、中小批量生产的比重明显增加;同时，随着航空工业、汽车工业和轻工消费品生产的高速增长，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周期越来越短。传统的加工设备和制造方法己难于适应这种多样化、柔性化与复杂形状零件的高效率高质量的加工要求。因此，近几十年来，能有效解决复杂、精密、小批多变零件加工问题的数控加工技术得到了迅速发展和广泛应用，使制造技术发生了根本性的变化。发展数控加工技术，实现高水平的自动化、柔性化、敏捷化、网络化和数字化制造，是当前机械制造业发展的方向。AutoCAD 简介：AutoCAD 是目前机械设计领域应用最广泛的应用系统,随着机械 CAD/CAM技术的普及和深入，研究如何将零件的图像高效、准确的转化为 NC 代码，并通过机械仿真加以验证和修改，在目前依然有着重要的意义和广阔的应用前景。Auto LISP 嵌入 AutoCAD 之后，使仅仅作为交互图形编辑软件的 AutoCAD通过编程能真正成为进行计算机辅助设计、绘图的 CAD 软件。LISP 灵活多变、易于学习和使用，因而使 AutoCAD 成为功能强大的工具性软件，在此基础上开发一个新的 AutoCAD 平台上的命令，就可以实现机械产品设计的参数化。加工仿真简介：仿真英文全称是：Simulation 即:使用项目模型将特定于某一具体层次的不确定性转化为它们对目标的影响，该影响是在项目整体的层次上表示的。项目仿真利用计算机模型和某一具体层次的风险估计。随着虚拟现实技术及计算机技术的发展，数控加工仿真技术得到了迅猛发展。数控加工仿真是一种先进的计算机人机交互技术。其技术特点在于计算机产生一种人为虚拟环境，模拟现实数控加工工艺系统环境。传统的检查方法是在数控机床上进行试切,既费时又费力。而利用计算机在屏幕上显示刀心轨迹，进行加工仿真,来验证数控加工程序的正确性，既方便又快捷。本文介绍了平面类零件数控加工仿真程序设计，同时以 LISP 为开发语言，实现了机构简图的参数化设计以及机构的运动仿真。第 1 章 数控编程技术简介1.1 数控编程技术概述 1.1.1 数控编程的基本概念数控编程是数控加工准备阶段的主要内容之一，是指根据被加工零件的图纸和技术要求、工艺要求，将零件加工的工艺顺序、工序内的工步安排、刀具相对于工件运动的轨迹与方向、工艺参数及辅助动作等，用数控系统所规定的规则、代码和格式编制成文件，并将程序单的信息制作成控制介质的整个过程。 1随着数控技术的发展，先进的数控系统不仅向用户编程提供了一般的准备功能和辅助功能，而且为编程提供了扩展数控功能的手段。FANUC 6M 数控系统的参数编程，应用灵活，形式自由，具备计算机高级语言的表达式、逻辑运算及类似的程序流程，使加工程序简练易懂，实现普通编程难以实现的功能。数控编程同计算机编程一样也有自己的“语言” ，但有一点不同的是,现在电脑发展到了以微软的 Windows 为绝对优势占领全球市场。数控机床就不同了，它还没发展到那种相互通用的程度，也就是说,它们在硬件上的差距造就了它们的数控系统一时还不能达到相互兼容。所以，当我们要对一个毛坯进行加工时,首先要以我们已经拥有的数控机床的数控系统编程。虽然，每个数控系统的编程语言和指令各不相同，但其间也有很多相通之处。1.1.2 数控编程的内容和步骤数控机床的程序编制主要包括：分析零件图样、确定工艺路程、数值计算、编写程序单、程序检验和首件试切、制作控制介质，如图 1-1 所示。图 1-1 数控编程的过程1. 析零件图样、确定工艺过程分析零件图样，明确加工内容和要求，从而确定正确的加工方法、定为加紧方式及加工顺序、使用刀具和切削用量等，即加工工艺路线。在确定工艺过程中，要做到加工路线短，进给、换刀次数少，充分发挥数控机床的功能，加工安全、和靠。2. 值计算根据零件的尺寸要求、加工路线及设定的坐标系，进行运动轨迹坐标的计算。对由圆弧和直线组成的简单零件，只要计算零件轮廓上个元素的交点或切点的坐标，得出个几何元素的起点、终点、圆弧圆心等坐标值。如果数控系统无刀具补偿功能，还应该计算刀具中心的运动轨迹。对于由非圆曲线组成的复杂零件，由于数控机床通常只具有直线和平面圆弧插补功能，因而只能采用直线段或圆弧段逼近的方法进行加工，这时就要计算逼近线段和被加工曲线的交点（即节点）的坐标值。对于简单的平面运动轨迹，各几何元素坐标值的计算常由人工完成。如果运动轨迹十分复杂，或者是三维立体的，则坐标值的肌酸长借助于计算机来完成。3. 写程序单 根据计算出的运动轨迹坐标值和以确定的加工顺序、道具号、切削参数以及辅助动作等，按照规定的指令代码及程序格式，逐段编写加工程序单。4. 程序检验与首件试切,在加工之前，要对程序进行检验。检验的方法有：(1) 空运法 机床上不装夹，空运行程序，通过检查工件和刀具的运动轨迹、坐标显示值的变化来检验程序。也可把机床锁住，只观察坐标显示值的变化来检验。在数控铣床上加工平面零件时，还可用笔代替刀具，用坐标纸代替工件，进行空有运行画图来检验。(2) 图形模拟 在具有图形模拟功能的数控机床上，可通过显示进给轨迹或模拟刀具对工件的切削过程，对程序进行检查。(3) 首件试切 上述的方法只能检查程序是否正确，而不能保证零件加工的精度。因此，有必要进行首件试切，分析影响加工精度的原因，加以解决。5. 制作控制介质最后将调试好的程序内容记录在控制介质上，再输入至数控装置，或直接用键盘输入至数控装备并保存。1.1.3 数控编程的方法数控编程分为手工编程和自动编程。手工编程是指编程的各个阶段均由人工完成。对于几何形状复杂的零件需借助计算机使用规定的数控语言编写零件源程序，经过处理后生成加工程序，称为自动编程。1. 手工编程 手工编程是指程序编制的整个步骤几乎全部是由人工来完成的。对于几何形状不太复杂的工件，所需的加工程序不长，计算也比较简单，出错机会较少，这时用手工编程既及时又经济，因而手工编程仍被广泛地应用于形状简单的程序编制中。但在轮廓复杂，特别是加工非圆弧曲线、曲面等表面时，加工程序很长使用手工编程就十分繁琐、费时，而且容易出错，此时必须用自动编程的方法来编制程序。2. 自动编程有两种：APT 软件编程和 CAM 软件编程。 APT 软件是利用计算机和相应的处理程序、后置处理程序对源程序进行处理并加工程序的编程方法。在具体的编程过程中，除拟定工艺方案仍重要依靠人工进行外（有些自动编程系统能自动确定最佳的加工工艺参数） ，其余的工作，包括数值计算、编写程序单、程序检验和制作控制介质等工作均由计算机自动完成。编程人员只需要根据工件图样的要求，使用数控语言编写出加工的源程序，送入计算机，由计算机自动的进行数值计算、后置处理，编写出加工程序单，并在屏幕模拟显示加工过程，及时修改，直至自动穿出数控加工纸带，或将加工程序通过直接通信的方式送入数控机床，指挥机床工作。CAM 软件是将加工工件以图形形式输入计算机，由计算机自动进行数值计算、前置处理，在屏幕上形成加工轨迹，及时修改，在通过后置处理形成加工程序输入数控机床进行加工。自动编程的出现使得一些计算繁琐、手工编程困难或手工无法编出的程序得以实现，大大提高了编程质量和效率。 21.2 数控编程技术发展趋势1.2.1 数控技术发展概况随着现代技术的发展,数控技术从无到有,再到发展壮大,在很大程度上影响着国民经济和人民的日常生活水平，首先我们来看一下数控技术的发展初阶段。1946 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。它与人类在农业、工业、国防和科学技术等领域中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础，揭开了人类发展史的新篇章。6 年后，即在 1952 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。从目前数控技术的发展状态看，数控技术正在发生根本性变革，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。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM 与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。数控技术发展趋势，从高速度高精度高效化角度，高速度高精度高效化是在激烈的市场竞争中立于不败之地的最关键因素，速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。1.2.2 国外数控系统的发展概况目前,数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式正向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。1. 在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化。2. 在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术;数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节、补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理。3. 在网络化基础上，CAD/CAM 与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。1.2.3 现有数控技术的优势与不足1. 随着计算机技术的发展，给传统制造业带来了根本性变革，进入了现代制造技术时代。现代制造系统(不同于传统制造系统的刚性和固化特征)，采用了高精度、高效率、高柔性、高自动化等特征的数控技术。数控技术集成微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。2. 长期以来,以数控技术为基础的数控系统一直采用封闭式体系结构，CNC只能作为非智能的机床运动控制器。加工过程的各种变量必须根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前要用手工方式或 CAD/CAM 自动方式编程。CAD/CAM 和 CNC 之间在加工过程或环境条件发生变化后，一般没有反馈控制环节，整个制造过程中 CNC 只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境和多变量条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，还不能在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时地动态调整，更不能通过反馈控制环节随机地修正CAD/CAM 中的设定量 ,从而影响到 CNC 的工作效率和产品质量。由此可见，CNC 系统的这种固定程序控制模式和封闭到体系结构，已不适应日益复杂的制造过程；CNC 系统应进一步地向高度自动化、高度智能化方向发展。1.2.4 数控技术的发展趋势1. 性能的智能化方向趋势数控系统除在高速高精高效化、柔性化、工艺复合性和多轴化等方面发展外,还在实时智能化方面加强了充分的认识和重视。早期的实时系统通常针对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，确保任务在定期内完成。然而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。随着实时系统和人工智能相互结合,人工智能正在向着具有实时响应的、更现实的领域发展；而实时系统也正朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展；由此产生了实时智能控制的新领域。在数控技术领域,实时智能控制研究和应用的主要趋势分支有：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。2. 功能的智能化方向趋势数控系统除在用户界面图形化、科学计算可视化、插补和补偿方式多样化、高性能 PLC 和多媒体技术应用等方面发展外，还可做到信息处理智能化，例如在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面实施高度智能化处理。 第 2 章 NC 系统的基本知识数控，即数字控制（Numerical Control，简写为 NC） 。数控技术，即 NC 技术，是指用数字化信息（数字量及字符）发出指令并实现自动控制的技术。计算机控制（Computer Numerical Control，简写为 CNC）是指用计算机实现部分或全部基本数控功能。NC 也可以叫做瘦客户端。NC 模式是一种全新的 C/S 模式，在欧美很流行。NC 模式称为终端服务（TERMINAL SERVICE）和基于 WINDOWS 的终端（WINDOWS-BASED TERMINAL，WBT） 。NC 除了没有硬盘、CD-ROM、软驱，其他与一台 PC 机没有什么差别，也拥有主板、内存、网卡、显卡、鼠标键盘接口、并口、串口、USB 口。 NC 采用的工作模式是 C/S（CLIENT /SERVER）模式，由于没有硬盘所以终端所使用的全部数据是放在服务器上的，当 NC 登录到服务器以后，服务器会发送给终端一个早已设置好的用户界面以及适合该用户的一些应用程序，服务器接收由终端所发出的进行操作的鼠标键盘命令，然后将运算的结果图像发送回终端显示。采用 NC 进行工作，所有的升级工作和管理维护工作均集中在服务器端。自 1952 年美国 MIT 研制出第一台 NC 机床以来的 50 年间，NC 系统发生了巨大的变化。随着微电子、计算机技术的进步，NC 系统大致经历了六大阶段，即：1. 1952-1958 年的电子管 NC 系统阶段；2. 1959-1964 年的晶体管 NC 系统阶段；3. 1965-1969 年中小规模集成电路 NC 系统阶段；4. 1970-1973 年的小型计算机 NC 系统阶段；5. 1974-1993 年的小型计算机 CNC 的 NC 系统阶段；6. 1994 年迄今 NC 与个人计算机(PC)结合的开放化 NC 系统阶段。今后，将进入第七阶段，即高度软件的 NC 系统开发阶段。软件在 NC 系统中的作用将越来越大。 经过 10 年的开放化科研与开发实践，目前世界上的许多 NC 系统，大都为开放化形式，但都不统一，最主要的区别有三点，即：1. 是否是在工业标准的硬件平台和总线结构基础上设计出来；2. 控制运动的软件是否采用了工业标准的开放操作系统；3. 采用流行的硬件和软件能否与工厂网络联接。今后开放化 NC 系统的发展与统一仍将是 21 世纪机床控制技术的努力方向。NC 系统开放化今后的发展趋势主要有三：1. 在控制器技术，接口技术、感测技术、执行器技术、软件技术五大方面开发出优质、先进、适销的经济，合理开放化 NC 系统；2. NC 系统今后主攻方向是进一步适应高精度、高效率 (高速)、高自动化加工的需求，特别是对复杂任意曲线、任意曲面零件的加工，需要利用新的加工表述语言，简化设计、生产准备、加工过程并减少数据储存量，并采用64 位 CPU 实现 CAD/CAM 进行三维曲面的加工；3. 开放化个人计算机 NC 系统的实现网络化，使 NC 机床配上个人计算机开放化 NC 系统，能在厂内并与厂外通信网络联结，对 NC 机床能进行工作管理，远距离监视、情报检索等，在实现高精度、高效率加工的基础上，进一步实现无人化、智能化、集成化的高度自动化生产。 3第 3 章 数控加工过程仿真3.1 仿真技术概述3.1.1 基本概述机床数控技术是 20 世纪 70 年代发展起来的一种机床自动控制技术。20 多年来随着计算机、传感与检测、自动控制及机械制造等技术的不断进步，机床数控技术得到了迅速发展。数控机床作为典型的机电一体化产品是高新技术的重要组成部分，采用数控机床提高机械工业的数控化率，已成为当前机械制造技术更新的必由之路。近年来，数控机床在制造行业得到了越来越广泛的应用。在数控加工过程中，无论采用什么系统进行数控程序的编制,都可能发生错误，编程人员事先对这些错误往往很难预料，尤其是对于多坐标数控铣床手工编程产生的数控程序，由于其复杂性和不可靠性，在进行产品加工前，往往要进行多次检查和程序调整，包括模拟零件的加工过程，检验刀位计算是否正确、加工过程是否过切、所选刀具、走刀路线、进退刀方式是否合理、刀具和约束面是否干涉与碰撞等等。为检查数控程序的正确性,传统上采用试切的方法，但这种方法费工费料，代价昂贵，延长了产品的生产周期。后来又采用轨迹显示法，即用计算机控制铅笔绘图器，以笔代替刀具，以纸代替毛坯来仿真刀具运动轨迹的二维图形。这种方法可以显示三轴加工轨迹，也可以检查一些大的错误，但其运动仅限于平面，局限性很大。为此，人们一直在研究能逐步代替试切的仿真方法，并在试切环境的模型化、仿真计算和图形显示等方面取得了重要进展。在这种情况下，数控加工的计算机仿真技术应运而生。仿真技术是复杂系统研究和设计的一种新型、有效工具。所谓数控加工仿真，是指采用计算机图形学的手段对加工走刀和零件切削过程进行模拟,具有快速、仿真度高、成本低等优点。数控加工仿真采用可视化技术，通过仿真和建模软件，模拟实际的加工过程，在计算机屏幕上将车、铣、钻、镗等加工方法的加工路线描绘出来,并能提供错误信息的反馈，使工程技术人员能预先看到制造过程，及时发现生产过程中的不足，有效预测数控加工过程和切削过程的可靠性及高效性，此外，还可以对一些意外情况进行控制。数控加工仿真代替了试切等传统的走刀轨迹检验方法，大大提高了数控机床的有效工时和使用寿命，在制造业得到了越来越广泛的应用。3.1.2 数控加工仿真系统的基本组成数控加工仿真系统一般可由两个模块组成：1. 仿真环境：由机床、工件、夹具、刀具库构成。2. 仿真过程：包括几何仿真和力学仿真两个部分。几何仿真将刀具与零件视为刚体，不考虑切削参数、切削力等其它物理因素的影响，只通过仿真刀具、工件几何体的运动来验证 NC 程序的正确性；而切削过程的力学仿真属于物理仿真的范畴，它需要考虑精度分析等影响加工质量的因素，通过仿真切削过程的动态力学特性来预测刀具磨损、刀具振动等现象，进行切削参数的控制，从而达到优化切削过程的目的。 43.1.3 数控加工仿真技术的发展趋势随着先进制造业的飞速发展以及对生产过程高效率、高智能化的要求，单纯的几何仿真已经不能满足需要。在加工之前能否给出加工参数的合理评判及对产品质量的合理预测已成为现代加工生产中的关键。因此在实际加工过程之前要对切削过程进行仿真、预测与分析。但由于加工过程的复杂性和加工形式的多样性，今后一段时间数控加工仿真及其建模研究重点应集中于以下几个方面:1. 建立数控加工仿真的切削实验参数数据库。由于加工过程的复杂性,加工预测技术发展到今天，仍然要借助大量的实验作为基础，如果前人的大量实验数据能够共享，对加工建模将会产生深远的影响；2. 仿真机理与实际加工机理两者之间的进一步耦合。尽管已建立了不少切削加工仿真的理论模型，但与生产实际的需求相比尚有一定差距；3. 实现仿真手段和方法的多样性，将有限元法、传感器融合检测技术和人工神经网络等用于提高建模能力，以增强物理仿真模型预测的可靠性和适应性；4. 全面反映加工精度的质量仿真模型和全面反映加工过程的仿真预测模型将是数控加工仿真的重点研究内容；5. 几何仿真和物理仿真的集成对将来数控加工仿真发展意义重大。几何仿真过程中包含有物理仿真所需的大量几何信息，如刀具的类型和几何参数、工件的几何形状和切削参数等，是实现物理仿真的基础。只有两者之间有机结合才能构成完整的虚拟加工过程仿真系统。3.1.4 小结随着数控机床性能、零件复杂程度的不断提高,数控加工编程的难度日益加大，NC 程序的故障率也越来越高。如果 NC 代码生成不正确，很可能发生零件被多切或少切，刀具和零件、刀具和夹具、刀具和工作台之间的干涉和碰撞等现象。如果采用数控加工过程三维动态仿真系统，动态模拟数控切削的加工过程，验证数控程序的可靠性，就可以防止干涉和碰撞的发生,有效地减少或消除因程序错误而导致的机床损坏、夹具或刀具折断、零件报废等问题，同时也可以减少产品的设计制造周期，降低生产成本。在信息化时代，数控仿真技术不仅是编程工具，而且还将成为在网络平台上面向制造业的高效数控加工编程服务平台。 43.2 基于 AutoCAD 环境的数控图形自动编程系统3.2.1 系统功能简介为了实现系统操作的简便直观，并充分考虑当前的技术水平，该系统采用了图形交互式参数输入方式。图形交互式参数输入不仅符合一般用户的工作习惯，操作简便易用，效率高不易出错，而且充分利用了 Windows 丰富的图形界面技术，具有良好的人机性能。1. 系统使用范围 鉴于时间关系，基于 AutoCAD 的数控自动编程系统主要针对 AutoCAD 中由直线、圆、圆弧组成的二维图形，主要用于加工较复杂的二维图形。2. 系统特点 基于 AutoCAD 的数控自动编程系统 CAD 程序力争实现“简化式”设计，所有命令均通过 Windows 风格的菜单来实现，且所有的数据均通过对话框输入，因此输入形式简单明了，自动化程度较高。对于基本操作，可以实现一用即会。系统流程图如图 3-1 所示。 5图 3-1 系统流程图3. 系统的基本思想 基于 Auto CAD 的数控自动编程系统，实际上是基于图形的自动编程系统，从某种意义上来说，是 CAD/CAM 一体化技术的一种应用。其基本原理如图 3-2 所示。 6图 3-2 系统的基本思想4. 图形代码仿真模块图形代码仿真在本系统中主要起到模拟效验的作用，验证生成代码的正确性，具体流程图如图 3-3 所示。 7图 3-3 仿真流程3.2.2 加工代码的生成对于直线元素，编制加工需要指导其起点坐标和终点坐标，而这些数据通过前面的程序较容易得到，利用 Auto LISP 中的 prince(变量)命令按照 ISO 代码的规范写入保存的文件中。对于圆弧元素，需要知道起点、终点、半径以及顺圆和逆圆，程序在模拟加工时对此已经作了分析和判断，可直接按代码要求写入文件。数控加工的坐标系设定、进刀速度、主轴转速、圆弧和直线插补方式以及具体的命令代码，用户都可以对代码标准部分加以修改和完善。1. 工作原理为了实现由 AutoCAD 二维图形直接生成数控加工代码，必须从二维图形中获取数控编程所需的主要信息：刀具轨迹，刀具轨迹信息由 AutoCAD 图形数据库中描述零件轮廓的图形实体获取。刀具轨迹信息为描述零件轮廓的图形实体连接成一条多段线。多段线的起点即就是刀具(切削)的起点。加工过程中所需的终点坐标均可由多段线各顶点的数据确定，有了这些数据，即可写出各段所对应的数控代码，再根据用户输入，加上机床与刀具(如刀具编号、转速、进给速度、刀具初始位置以及开停机等)的代码，即可写出完整的数控加工程序代码。如图3-4 所示。 8图 3-4 系统实现流程3.2.3 结束语用这些方法,可以开发出由 AutoCAD 二维图形直接生成数控加工代码系统，不需要人工编程，不仅避免人工编程繁琐易出错，还可以明显提高编程效率和编程质量，提高数控机床的利用率，降低废品率,有显著的经济效益，尤其是在复杂轮廓的编程中，更能发挥其优势。同时为从 CAD 直接到 CAM 提供了一种简单而有效的途径。第 4 章 基于 AutoCAD 环境的 3B 数控加工及应用4.1 3B 语言简介4.1.1 3B 语言概述3B 格式及带补偿功能的 4B 格式程序结构简单，使用的控制器功能有限，而且这种格式只能支持快走丝的线切割。从当前的线切割发展来看，已经不是发展的方向，将可能被淘汰。但是目前大部分的数控快走丝线切割机床都在使用 3B格式，因此 3B 格式还有很大的使用空间。3B 格式编程，其数值的计算和程序的编写工作量都比使用 G 格式编程要大得多。3B 指令代码：格式: B X B Y B J G Z。这里：B 表示分隔符，表示一道程序，并将 X、Y、Z 等数据分隔开；X、Y 表示坐标数值 ,对于圆弧，将坐标原点移至圆心,X、Y 是圆弧起始点的坐标。对于直线,坐标原点移至直线起点,X、Y 为直线终点坐标,单位为 ；J 表示计数长度,用于控制加工终点，它等于加工线段在m计数方向上的投影长度；G 表示计数方向,有 、 两种，表示计数方向是沿XGY轴或 轴；Z 表示加工指令，直线按其终点所在象限分为 L1、L2、L3 和 L44种；圆弧按其第一步进入的象限及走向的顺、逆，分为 SR1、SR2 、SR3、SR4及 NR1、NR2、NR3 、NR4 共 8 种。 93B 语言编程规则如表 4-1 所示。表 4-1 3B 格式编程方法如下4.2 3B 语言在数控加工中的应用4.2.1 数控线切割机床的基本介绍数控线切割机床是一种利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。它的基本工作原理是:由机床的数控系统，根据当前执行的数控程序，控制其执行元件作规定的运动，从而在工件上精确地切割出各种复杂形状的轮廓来.由于它在加工时不受工件材料硬度的限制，加工成本较低，因此应用非常广泛。根据加工时钼丝的走丝速度，线切割机床可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;而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已有 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，因此在全国各地拥有广泛的用户。 104.2.2 工作原理1. 基本原理本程序充分利用了 AutoCAD 软件对所绘图形的资源库及图表较好的组建及管理功能，结合实际应用的需要，对生成的备用文件及 NC 加工代码的所有数据进行统一的)分配及处理，提高了程序的可靠性，也精简了程序的设计过程。由于设计本程序的初衷是面向对象的，是为解决通过 AutoCAD 软件进行自动编写线切割代码的，因此在原理上是比较简单的。首先是利用了 AutoCAD 的精确的绘图功能，及对对象的准确地信息捕捉功能，通过列表将工件的主要参数进行存储，为编写 NC 代码做好数据的搜集工作。其次，在前面的基础上，通过调用子程序，对工件所需的加工步骤进行自动运算，确定分几个加工工序对工件进行加工，而后让操作者选择工件的加工路径，当操作者输入完成后，程序自动运行仿真加工程序，让操作者有更明了的视觉效果，从而更能直观地确认工件的加工工序是否正确。进而生成备用文件及 NC 加工代码。不过，这些过程除了让用户选择加工路线这一需要人工干预的过程以外，其余均由程序自动完成。当 NC 代码生成后，就可以直接在线切割机床上使用了。2. 程序基本结构本程序由一个主调程序和六个子程序组成，如图三所示。各个分程序结构及其功能介绍如下：(1) nc.lsp:这是本设计程序的主程序，主要的作用是组织子程序的运行次序和对子程序的调用；(2) nc 代码: 这个子程序是写备用文件用的，每次程序运行的时候，都会自动生成一个 tt.txt 文件，用以对结论的判断和资料的保存；(3) zdw.lsp:此子程序的作用是捕获所绘图形的基本信息，并配合模拟加工；(4) 仿真.lsp:这是对整个加工路线进行仿真模拟的程序；(5) 加工代码.lsp:这是本程序的关键段，它根据所绘图形的基本数据，生成线切割源代码，从而可直接与线切割机床形成对接；(6) 线方向计数器.lsp:这是针对所绘直线的进行参数确定用的；(7) 圆转向及起点象限计数器.lsp:这是