GSK928数控车削仿真系统的研究与开发NC代码插补功能的设计【毕业论文+开题报告+任务书】
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GSK928数控车削仿真系统的研究与开发NC代码插补功能的设计【毕业论文+开题报告+任务书】,gsk928,数控车削,仿真系统,研究开发,nc代码,插补功能,设计,毕业论文,开题报告,呈文,任务书
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开题报告 课 题 名 称： 数控车削仿真系统的开发与研究 学 生 姓 名： 指 导 教 师： 所 在 学 院： 机电工程学院 专 业 名 称： 机械设计制造及其自动化 说 明 1根据学院 毕业设计 (论文 )管理规定 ，学生必须撰写 毕业设计（论文）开题报告 ，由指导教师签署意见、教研室审查，学院教学院长批准后实施。 2 开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应 当在毕业设计（论文）工作前期内完成，开题报告不合格者不得参加答辩。 3毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。 4本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，没有经过整理归纳，缺乏个人见解仅仅从网上下载材料拼凑而成的开题报告按不合格论。 5. 课题类型填：工程设计类；理论研究类；应用（实验）研究类；软件设计类；其它。 6、课题来源填：教师科研；社会生产实践；教学；其它 课题 名称 控车削模拟仿真系统的研究 与开发 课题来源 教师科研 课题类型 软件工程 选题的背景及意义 随者我国工业化程度的加深，产业结构的优化升级，生产制造的自动化程度越来越高。因此，数控技术已成为当前工业生产领域的一大主流。但是，在培养合格的数控技术工人方面存在着重要问题：一方面，培养的对象多，另一方面，设备资金方面是一个很大的负担。还有一个问题是数控本身操作容易，编程难。因此，开发出仿真软件可以很好的解决以上两个比较突出的问题。 传统技术里，数控程序的检验一般都用试切法，这种方法给生产带 来一定的损失。而仿真，从工程角度来看，就是通过对系统模型的实验研究一个已有或设计出的系统。数控加工仿真研究包含几何仿真和物理仿真。几何仿真的主要目的就是检验程序的正确性。物理仿真主要目的是在保证程序正确运行的情况下，消除因切削变形引起的加工误差。这种方法可以在不消耗实际材料，不需要实际机床的情况下，对零件切削过程进行模拟和检验。这样，缩短了研制周期，降低成本，提高产品质量。所以，数控模拟系统在生产、教学和培训新员工上面有着重要的实际意义。 研究内容拟解决的主要问题 由于车刀对零件的加工主要涉及到圆柱 面、圆锥面、螺纹、端面、切槽、切断等表面加工，但是无论加工什么样的零件，工件均以回转运动为主运动，刀具作直线运动、圆弧运动和其它轨迹运动。因此，二维图形仿真能够模拟实际机床的加工过程并检验数控程序。本文选用了简单的二维图形仿真，其主要内容包含 ：（ 1） 用二维图形模拟实心或空心毛坯； （ 2） 提供七种常用刀具，并通过背景色透明处理以实现双边车削；（ 3）着重解决了译码、插补、加工程序段连续执行的关键技术问题。 系统关键技术包括：译码、快速定位、插补、系统各部分的动态实现、程序段连续执行的实现这五个方面。本文按照这五个 问题将本系统分为五个模块。 主要解决问题：数控模拟仿真软件面板的制作，并通过 写相关程序进而实现插补功能。 研究方法技术路线 （ 1） 译码，就是将数控标准程序转换为 统内部能够识别的数据的过程。译码有解释和编译两种形式，解释方式为边插补边译码，而编译则是将所有程序转换成所谓的目标程序，存储在系统里以便调用。但本系统采用解释方式，虽然较编译方式来说占用内存少，可是会出现停顿和过切的错误。另外，译码时程序会按照几何的、工艺的、开关功能三种类型来分类，分别进行译码。 （ 2） 快速定位的特点是从一点移动到 另一点，但是对它的运动轨迹不作任何要求。由于这种特性，本系统将按坐标轴移动分为 X、 Z 轴两大方向。若指令要求刀具单向移动，则只有一个方向上的运动指令有效；若指令要求刀具按照某一个斜线移动，则两方向移动指令均有效。这样就完成了快速移动功能。 （ 3）插补是数据密化的过程。实际加工中，我们没有必要也不可能严格地按照工件的实际外轮廓形状加工出工件来。没有必要是因为，当我们得到符合一定粗糙度要求和准确度要求的工件时，我们就没有必要再得到完全符合轮廓的工件了。没有可能是因为，当前的技术、所用的设备等其它因素都是无法得到完 美轮廓的原因。由此说来，插补技术是非常重要的技术。随着技术水平的提高，现在有两类插补算法：一是脉冲增量插补算法，一种是数据采样插补算法。本文采用的逐点比较属于前者。 （ 4）图形与动画处理方面。对于毛坯，将图片框的 性设置为“异或“，用方法绘制外径矩形和内径矩形，通过判断内径是否为零，实现对工件实心、空心的模拟。实时动画方面，采用简单的动画法，即“绘制 方法。但是清除环节容易造成动画过程中出现屏幕闪烁。工件动画方面，通过设置用户控件实现。首先，定义 透明的控件；其次，通过设置 刀具图片背景以用来告诉系统中哪种颜色被裁剪掉；接着，控件属性设置为与属性一致的刀具图片；保留并调用此控件，即可实现动画功能。 （ 5）程序段的连续执行是依靠定时器周期性触发自动加工模块，而自动加工模块只有在循环启动按钮有效时才转到下一个程序段，这样，就能达到连续自动加工的目的。其主要组成为定时器、循环启动按钮、自动加工模块。 研究的总体安排和进度计划 论文提纲： （ 1） 论述该设计题目提出的背景、意义。 （ 2） 构建该系统各个功能模块及实现各个功能的程序设计。 （ 3） 阐明该系统各个关键技术的实现方法。 （ 4） 用该系统仿真数个典型工件的加工过程。 （ 5） 对该设计题目发展前景的展望和对该系统缺陷的分析总结。 （ 6） 谢辞及参考文章和数目。 进度安排： 第 1、 2 周 了解数控车床的工作原理，数控面板的操作；了解各个主要组成部分及其功能；熟悉数控编程指令。 第 3、 4 周 了解 程语言；熟悉 作环境。 第 5、 6 周 熟悉 程语言；深入了解 各个相关工具的运用。 第 7、 8 周 用 关工具制作数控车床的面板；深刻了解面板上各个功能。 第 9、 10 周 编写各个按钮、控件的程序代码；逐步实现具体功能。 第 11、 12 周 完善代码；完善各个部分功能；调试代码。 第 13、 14 周 逐一检查操作面板所实现的功能；编写并完善系统使用手册；初步 编写论文。 第 15、 16 周 完善论文；检查相应代码；熟悉本系统。 主要参考 文献 1 葛研军 M1998， 12. 2 赵继政，魏生民，杨彭基 N1998， 11. 3 韩向利，袁哲俊，肖田元，温秀梅 P设计与图形学报， 1997， 2. 4 唐泽圣，周嘉玉，李新友 M1995，12. 5 王玲 ，王晓春 M1993， 10. 6 李浙昆，樊瑜瑾 M1999，3. 7 郑堤，张建，王春海，陈廉清 编程 M2005，8. 8 刘书华 M2001. 9 魏志强 R995, 3. 10 杨合明 A1994. 11 高华， 李进京 B 的数控加工图形仿真 M2005， 1. 12 李春葆，刘圣才，张植民 序设计 M清华大学出版社， 2005. 13 牛又奇，孙建国 序 设计教程 M003， 4. 14 张翠华，李进京，陈兴 N005， 7. 15 严爱珍 M1999. 16 原彬 士学位论文） D2002. 17 郑爱军 N2000， 1. 18 谢明红 C 的数控系统编译及图形仿真研究 A003， 3. 19 赵瑾，周来水，张臣，余湛悦 C2005， 10. 20 张建钢，胡大泽 M2000， 1. 21 章富元，方江龙，汤季安 A001， 5. 22 任 玉田，焦振学，王宏甫 C1996， 1. 23 孟凡力 D2003. 24 朱晓春 M2001， 7. 指导教师 意 见 指导教师签名： 年 月 日 教研室意见 学院意见 教研室主任签名 ： 年 月 日 教学院长签名： 年 月 日 I 摘要 数控机床是当今机械制造业的工作母机，在我国的应用越来越广泛。对数控操作人员的培训已经成为一个非常重要的问题。该文详细阐述了数控车床的功能、特点和广州数控车床操作过程。利用 0 作为开发工具，设计出基于网络的数控车床操作仿真软件。该仿真软件具有基于 中文的操作环境，良好的人机交互界面，便于学生学习。同时该软件能实现数控车床的基本操作过程。包括各级子界面操作，同时能完成程序的打开输入、保存、选择，图形界面显示区的范围设定，刀具偏置参数输入等功能，并在仿真过程中实现数据的动态显示和轨迹的 动态显示。同时本文还对下一步的工作做出展望，为以后的工作指出方向。 关键词 计算机数控；模拟仿真；图形界面； is in in is It a NC s NC of ANs NC on on to NC of it as of of of it in of to I 目录 1 绪论 . 1 控仿真技术的概述 . 1 控加工仿真的发展现状 . 1 控加工仿真存在的问题 . 1 题背景与意义 . 2 控仿真系统的研究现状及其发展趋势 . 3 2 系统开发工具及运行环境 . 5 向对象技术 . 5 向对象程序中的基本概念 . 5 向对象的三大特征 . 5 向对象的 . 6 言概述 . 6 视化设计基本控件 . 7 视化设计高级控件 . 7 见的用户触发事件 . 8 体的设 计 . 8 件设计 . 8 互界面设计 . 9 统界面的整体布局 . 10 章小结 . 11 3 数控车削加工及 码的处理 . 12 控车床加工工件的成形原理 . 12 序设计的任务 . 12 削仿真系统的设计 . 12 削加工仿真的任务 . 12 件毛坯的模型设计 . 13 库的建立 . 14 码的处理 . 15 真接口的设计和实现 . 15 码编译器的设计原理 . 16 码的翻译流程 . 16 码的修改与确认 . 17 码翻译与仿真系统的集成 . 19 章小结 . 19 4 数控插补原理和模拟仿真加工 . 20 补仿真系统的设计 . 20 补仿真系统的实现 . 22 真数据的记录 . 22 件加工过程干涉碰撞检查 . 22 涉检查算法 . 23 生干涉报告 . 25 控仿真系统的模拟车削实例 . 25 合加工零件 . 31 章小结 . 32 5 结论与展望 . 33 论 . 33 望 . 33 致谢 . 35 参考文献 . 36 1 1 绪论 控仿真技术的概述 控加工仿真的发展现状 数控加工仿真一般包括以下几个过程；（ 1）对图样进行分析，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 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，而人只需指定加工部位与工艺条件。优秀的计算机仿真数控加工软件可以让用户方便地建立其工件的几何模型 (曲面与实体模型 )，同时只要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 序，避免发生碰撞和干涉。 目前，流行的计算机数控加工仿真系统主要有以下几种： 高档 件的代表，其加 工方式完备，计算准确，实用性强，是航空、汽车、造船行业的首选 件。 档 件的代表，该软件产自以色列，其实用性强，也是航空、汽车、电子、模具行业广泛应用的 低档 件的代表，主要应用在中小企业的模具行业。国内 件的代表，主要面向中小企业。由于市场的国际化，全球竞争要求产品的制造过程具有高速度和低成本。产品更新的速度越来越快，市场需求朝着小批量、个性化方向发展。传统的小而全的企业模式已越来越丧失竞争力，各种形式的合作开 发、生产和销售方式应运而生。因此，异地设计、异地编程、异地加工越来越被众多企业采用，虚拟制造技术也应运而生。虚拟制造是应用计算机技术，对产品的设计、加工、装配等工序统一建模，形成虚拟的生产过程，从而产生了虚拟产品、虚拟企业。虚拟制造技术使厂家可以在不同的城市甚至不同可国家通过 行设计、加工，共享同一产品模型，从而大大提高效率，降低成本。虚拟制造技术实际上使一种软技术，其中，产品建模、数据共享和加工过程仿真是虚拟制造技术的基础。 数控加工仿真软件的主要特点是具有 系统集成性，比较成熟的 统主要以两种形式实现 统集成：一体化的 如 : )和相对独立的 统 (如 : )。前者以内部统一的数据格式直接从 统获取产品几何模型，而后者主要通过中性文件从其它 统获取产品几何模型。 控加工仿真存在的问题 进行机械加工过程仿真，主要存在以下两种情况。一种是从研究金属切削的角度出发，仿真某具体切削过程内部各因素的变化过程， 即研究其切削机理，供生产设计与研究应用。另一种是将加工过程仿真作为系统的一部分，重点在于构 2 造完整的虚拟制造系统。但这两种方式的仿真方法是相同的，即对机械加工工艺系统建立连续变化的模型，然后用数学离散方法将连续模型离散为断续点，通过分析这些离散点的物理因素变化情况来仿真加工过程。由于机械加工过程仿真还处于起步阶段，目前存在以下几方面的问题： 仿真的加工形式少，研究范围窄。在切削加工众多的种类与形式中，目前的仿真加工主要集中于车削、铣削和磨削等。同时这些加工方法的仿真也局限在很窄的范围内。如铣削仿真多是 仿真立铣刀与端铣刀，而这种仿真系统对其他种类的铣刀 (如加工成形表面用的成形铣刀 )就无能为力 在着铣平面、铣外圆、铣外形、铣型腔。铣螺旋槽、铣齿轮等多种铣削形式 ;另一方面是因为铣削加工理论复杂，不同的加工方法、刀具形状的加工模型有较大的差别。目前的仿真系统大多数只能进行几何仿真，即到位轨迹仿真、工件与刀具的干涉校验等，有人称之为 验。但在机械加工过程中，几何校验只是前提条件，更为重要的是切削力、刀具振动及刀具磨损等在切削过程中其决定因素的各物理量。 物理仿真考虑理想 状态，与实际有较大差距。在目前的仿真系统中预先设定了大量的假设因素，如设定工艺系统刚性满足要求、无振动，加工材料结构统一、无硬点等缺陷，刀具无磨损，切削要素不发生变化等。这种假定的理想状态不能将切削过程中的随即干扰如工件硬点造成的材质变化、振动造成的切深变化等因素考虑进去，是仿真系统不能真实地反映实际切削过程。 仿真手段限制仿真系统的发展。仿真技术的发展与计算机技术紧密相连。过去由于计算机软、硬件的限制，造成仿真时间长，编码工作量大，程序可读性、维护性差等，这些都为仿真工作带来许多困难。目前应用 C+语言及 面向对象的方法 (00P)开发仿真系统己成为发展潮流。以上问题己引起研究人员的重视，今后的仿真制造系统将朝着快速运行、面向多种加工方式，更加符合实际状况的方向发展。 题背景与意义 选题背景： 随着数控技术的发展与广泛应用，各行各业在设备方面普遍采用数字控制己成为当前工业生产领域的一大主流。对于学校和技能培训部门来说，使自己培养的技术人员具有一定的数控知识和操作经验，是其人才顺利走向市场、具有更强的竞争力和适应现代制造业发展的当务之急 4。在目前如何培养适应社会需求的数控操作技工人才主要存在两方 面的问题 :一方面培养的对象多，另一方面资金设备受到严格的限制且安全系数低。所以说学生多设备少危险性大始终是困扰着数控培训的一个严重问题。虽然目前市场上有不少先进的仿真软件，但它们所能解决的大都是些共性的问题，并且价格昂贵。在大量采用半手工数控编程的我国制造业，研究开发基于 码的仿真加工软件具有十分重要的意义。 鉴于上述原因，再加上数控教学本身的特点 :编程难，操作容易。因此，开发合适的数控教学仿真软件，将手工编写的数控程序在计算机上屏幕上较真实地显示出每一个程序段执行时所留下的轨迹、执行过程和执行 结果成为了一种需要，将这样的教学手段用在数控编程和操作的教学及培训中，可以很好地解决上述问题，达到良好的教学效果与生产需要。 意义： 本课题主要研究基于网络的数控车床实训操作仿真系统，实现系统的 3 意义如下： （ 1） 可以减少实际使用的数控设备。学生在学完理论课之后就要进行生产实践，这就需要大量的数控设备。然而数控设备价格昂贵，学校的条件非常有限，不可能购买大量的数控设备供学生进行生产实习。而通过网络进行数控实训操作练习，学生可以熟练掌握数控车床的大量操作界面，而且还能进行 序的语法校验及刀具轨迹校验，避免在试 切过程中既浪费材料，损耗机床，又可避免由于 序的语法错误而造成的机床或刀具的损伤。 （ 2） 利用网络传输 序，避免人为输入误操作，缩短程序输入时间。 随着课题研究的进一步深入，为后续软件仿真的其它功能实现打好基础。 （ 3） 本研究为我们提供一次设计仿真软件的机会，可以提高教师的科研水平。 本文介绍基于 面的 件设计包开发出的人机界面友好，操作简便的数控教学仿真系统软件的情况。 控仿真系统的研究现状及其发展趋势 国外在数控加工过程仿真方面做了许多工作。美国 学开发了用于培训数控操作人员的虚拟数控机床仿真器。日本东京大学开发了 性制造系统仿真器。美国 司开发 件，可仿真数控车床、铣床、加工中心、线切割机床和多轴机床等多种加工设备的数控加工过程，既能仿真刀位文件，又能仿真 置处理的 序。韩国 司开发出面向培训的虚拟数控车削及铣削加工环境，能够实现数控的几何仿真并配有声音信息。日本 司研制的 统可对球头铣刀加工自由曲面进行三维仿真，并进行干涉检查。意大利 学用 B 样条曲面建立端铣刀与工作台模型，采用真实感图形显示铣床精加工过程。 国内在这方面也开展了诸多研究工作，并取得了重要成果。比如由北京市斐克科技有限责任公司研制开发的 真软件、由南京宇航自动化技术研究所研制开发的宇航仿真软件、由上海宇龙软件工程有限公司研制开发的宇龙仿真软件等都是近年来比较知名的国内数控仿真软件，被用于全国数控技能大赛和数控人才的培训中。这些软件都能实现对数控铣和数控车加工全过程的仿真，其中包括毛坯定义与夹具，刀具定义与选用，零件基准测量和设置，数控程序输入、编辑和调试， 加工仿真以及各种错误加检测功能。又如清华大学、华中理工大学心联合开发的“通用加工过程仿真器 在 作站及高档微机上能实现三种典型的加工中心 (立式、卧式、车削 )加工过程的仿真 ;仿真过程由码驱动，可进行刀具与成品零件、夹具、机床工作台的碰撞、干涉检验 :仿真过程具有三维动画，画面可放大缩小，视角可 360任意改变 :用户可利用该软件提供的交互式建模环境，定义刀具、工件、夹具及其装夹、甚至加工中心的模型。华中理工大学开发的 统，具有数控铣削加工过程仿真功能，即 4 通过生成刀具轨迹，由 三维动画显示数控加工过程，以此发现数控程序错误。同济大学研制的数控程序微机动画仿真系统，以二维图形方式动态模拟加工过程，能满足生产现场实时性要求。西北工业大学和德国柏林工业大学联合研制的五坐标数控加工仿真系统，采用压缩形式的体素模型构造各种刀具扫描体和工件模型，在三维空间进行动态数控加工仿真，计算材料切削量，进行切削过程动态分析及加工程序优化，并可以进行虚拟五坐标数控加工。国内对于数控机床加工仿真的研究主要在具体应用对象方面，在具体的技术实现上也主要是应用 有少量是应用部分 统的仿真模块实现的。 按需开发切削加工仿真技术软件是数控仿真技术的发展趋势。目前，许多科技人员正在进行生产工程中最基础的切削加工技术的研究，其中多数研究的目的是在弄清楚加工现象的同时，对加工过程进行预测。如果这些研究内容实现了系统的计算机软件化，就意味着能形成一个切削仿真技术软件。如东京农工大学机械学院的实验室就正在进行几种预测性的有关切削加工仿真技术软件的研究。 目前仿真系统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的进展，正向提高模型的精确度、仿真计算实时化和改善图形显示的真实感等方 向发展。 5 2 系统开发工具及运行环境 向对象技术 所谓面向对象就是基于对象概念，以对象为中心，以类和继承为构造机制，来认识、理解、刻画客观世界和设计、构建相应的软件系统。面向对象设计首先强调来自域的对象，然后围绕对象设置属性和操作，具有很高的软件生产率，可靠性，易重用性、易维护性等特点。 向对象程序中的基本概念 （ 1） 对象 对象是由数据和容许的操作组成的封装体，与客观实体有直接对应关系，它不仅能表示具体的事物，还能表示抽象的规则、计划或事件。 （ 2） 类 具有相同或相似性质的对象的抽 象就是类。因此，对象的抽象是类，类的具体化就是对象，也可以说类的实例是对象。 类具有属性，它是对象的状态的抽象，用数据结构来描述类的属性。类具有操作，它是对象的行为的抽象，用操作名和实现该操作的方法来描述。 （ 3） 消息和方法 对象之间进行通信的结构叫做消息。在对象的操作中，当一个消息发送给某个对象时，消息包含接收对象去执行某种操作的信息。发送一条消息至少要包括说明接受消息的对象名、发送给该对象的消息名 (即对象名、方法名 )。一般还要对参数加以说明，参数可以是认识该消息的对象所知道的变量名，或者是所有对象都知道 的全局变量名。 类中操作的实现过程叫做方法，一个方法有方法名、参数、方法体。 向对象的三大特征 （ 1） 封装性 封装机制将数据和代码捆绑到一起，避免了外界的干扰和不确定性。它允许创建对象，简单的说，一个对象就是一个封装了数据和操作这些数据的代码的逻辑实体。 在一个对象内部，某些代码和或某些数据可以是私有的，不能被外界访问。通过这种方式，对象对内部数据提供了不同级别的保护，以防止程序中无关的部 6 分意外的改变或错误的使用了对象的私有部分。 （ 2） 继承性 继承性是子类自动共享父类数据结构和方法的机制，这是 类之间的一种关系。在定义和实现一个类的时候，可以在一个己经存在的类的基础之上来进行，把这个己经存在的类所定义的内容作为自己的内容，并加入若干新的内容。 （ 3） 多态性 多态性使指相同的操作或函数、过程可作用于多种类型的对象上并获得不同的结果。不同的对象，收到同一消息可以产生不同的结果，这种现象称为多态性。 向对象的 言概述 基于对象的可视化程序开发工具，它的优点在于能够快捷、简易地建立 用程序。所谓“可视化”就是支持该语言的 集成开发环境，通俗点说就是编程工具 )所提供的功能，无须编程，仅通过直观的操作方式即可完成界面的设计工作。可视化编程语言的特点主要表现在两个方面 :一是基于面向对象的思想，引入了控件的概念和事件驱动 ;二是程序开发过程一般遵循以下步骤，即先进行界面的绘制工作，再基于事件编写程序代码，以响应鼠标、键盘的各种动作 12。 虽然 不同于传统的基于过程的编程工具，所以我们必须明确以下几 个概念。 （ 1） 对象 :是指可以被当作一个单元的代码和数据的组合，它可以是程序中的窗体或控件，也可以是整个程序。 （ 2） 属性 :就是对象具有的性质，以表明对象的状态。 （ 3） 事件 :是指发生在对象上的事情。 用程序属于“事件驱动”模式，即只有当事件发生时，程序才会运行。 （ 4） 方法 :对象本身包含的函数和过程。 （ 5） 过程 :指事件发生时要执行的代码。 （ 6） 面向对象编程 (:以对象为核心，支持对象的封装机制、多态机制和继承机制。 （ 7） 事件驱动模式 :通过事件的发生来触发不同过程中的代码，以推动 程序的进程。基于事件编程是通过 建软件系统时的最主要手段之一。 7 视化设计基本控件 （ 1） 命令按钮控件 (令按钮控件可以开始、中断或者结束一个进程。本文系统利用命令按钮控件设计了主轴修调、快速修调、进给修调、循环启动和进给保持等功能键的命令控制。 （ 2） 标签控件 (签控件是 最简单的控件，用于显示文本说明信息。本文系统中多处采用标签控件显示系统信息，如“加工方式”、“机床实际坐标”、“辅助机能”等文字的显示。 （ 3） 文本框控件 (本框控件用于显示 设计时输入的或运行时在代码中赋予的控件信息。本文系统中坐标值、主轴转速、进给速度、辅助机能、运行程序段、报警信息等内容的显示都是用该控件完成的，毛坯尺寸、 式下运行的程序段也是利用该控件输入的。 （ 4） 图片框控件 (片框控件是用来显示图形的，但同时它又可以作为其它控件的容器。可以在图片框中显示的图片文件有 :位图、图标、图元文件、增强型图元文件、 件。本文系统利用图片框控件可以容纳其它控件的特点，设计了仿真图形显示区、刀具类型展示区、 行界面、坐标系 参 数设置界面、刀偏表界面和刀补表界面。 （ 5） 图像控件 (图像控件是用来显示图形的，在使用上和图片框类似，但是使用的系统资源要比图片框控件少，而且重新绘图的速度快。图像控件不能用做容器。本文系统利用图像控件在仿真图形显示区中载入了四个工位的刀架图片。 （ 6） 定时器控件 (时器是一个响应时间的控件。它们独立于用户，编程后可用来在一定的时间间隔中周期性地执行某项操作。在本文系统中，比如显示系统时间、刀具沿各坐标轴移动、卡盘转动、自动加工数控程序等各项操作都是命令给定后，独立于用户周期性地执 行的操作，都是由定时器控件完成的。 视化设计高级控件 （ 1） 公共对话框控件 (共对话框控件是一种 件(部控件集合的扩充 )，是外部控件，能够提供一组标准的 规操作对话框，例如打开文件对话框、保存文件对话框等。在本文系统中，自动加工时选择的“磁盘程序”及程序编辑中选择的“磁盘程序”、文件管理中的“新建文件”子菜单就使用了公共对话框控件。 （ 2） 件 件也是外部控件，和标准文本框相似，但具有更广泛的 用途。它没有 64K 字符容量的限制，并具有对文本指定格式的 8 功能。本文系统利用 件实现了显示加工程序、编辑加工程序和显示帮助文件的功能。 见的用户触发事件 当用户和系统进行直接交流的时候，鼠标、键盘是最可能使用的交互工具。本 文 系 统 使 用 的 用 户 触 发 事 件 有 : 13。 体的设计 整个交互界面由一个个窗体按一定的位置，以一定形状组成。窗体本身是一个容器，主要作用 是为各种控件提供框架载体，窗体一般只响应系统事件而不直接处理用户的仿真操作所激发的事件。幻加载和卸载是窗体所响应的两种最主要的系统事件。窗体在加载时不仅设置自身的大小位置，同时也初始化与其上控件相关的变量 ;卸载时，将其上一些控件所获取的用户输入及其它一些参数值记忆下来，一部分传入相应的系统初始化文件中保存，以备下次加载时调入，一部分传入到全局变量或模块变量中，以使其他加载窗体上的控件可以获取这些信息。 如前所述，操作面板上的窗体可分为固定的和变换的两种，如操作键区窗体和功能键区窗体，它们在整个交互过程中始 终可见且位置固定，在设计时必须保证其大小位置始终不会随用户的操作或系统的响应而发生变化，并且要始终处于操作面板的最前面。而对于一些变化型窗体，如轨迹显示窗体，一方面要随用户的操作而加载、卸载或变为不可见，另一方 面还要完成相关参数信息的接收和传递，在设计时应保证这些窗体的位置始终处于模拟显示屏内，并协调好窗体的前后位置关系。还有一类窗体是在程序运行时由于用户的某种特殊功能操作而加载的，如程序检错过程中提示用户错误信息的窗体等，这些窗体的加载与卸载有其特定的条件，并且主要是提供某种信息供用户参考，因此将它们设 计成活动的，让用户可根据需要随意拖放关闭。 件设计 控件是窗体上用于接收和反馈信息的直接交互窗口，控件接收的信息一部分来自于用户的键盘输入或鼠标点击，如文本框接收用户键入的符合或数字，按钮响应用户的鼠标点击事件 ;另一部分则来自于其他控件传来的信息，如在程序列表窗体的程序名文本框中输入程序名后进入程序编辑窗体，该窗体上部的程序名 9 标签框就接收了这一程序名信息并显示出来，以提示用户正在对哪一个程序进行编辑。 控件反馈的信息也相应分为向用户反馈的和系统反馈的两种。向系统反馈的主要是其它一些控件所需的参数 或标志信息，向用户反馈的主要是仿真操作中的加工参数信息或图形信息，如轨迹仿真进行过程中，标签控件实时显示刀具中心坐标点的变化及正在加工的程序代码，而图片框则动态显示走刀轨迹。对于一些在外形和功能上相同或相似的控件，采用控件数组的方式统一设计事件相应过程，不仅结构清晰而且极大地提高了设计效率。 互界面设计 交互界面（如图 2用户与应用程序进行交互时的可视部分，在 序设计中，利用窗体设计器进行窗体设计可以得到很好的界面。 形仿真系统的界面主要包括 :标题栏、菜单栏、工具栏、 序编辑区 和绘图区，可分别通过 序中的菜单编辑器， 件、 控件进行创建，绘图区用 函数建立。 （ 1） 菜单介绍菜单项“文件”主要包括打开、创建、保存、另存、打印子菜单，完成对 工程序的输入及输出。“编辑”主要包括修改、删除、插入、列表等，可对 工程序进行编辑。点击“运行”菜单，出现对话框，询问控制机型及图形输出是工件轮廓还是刀心轨迹 (同时输入刀具半径 )，点击确定后便在绘图区绘图。菜单项“设置”主要包括字体、颜色设置，用于 序字体选择及轮廓图形、刀心轨迹的区分。菜单项“查看”则主要包括放大、缩小，可对图形中的细节进行查看。 （ 2） 工具栏给用户提供了一个直观的图形界面，用户可通过它直接使用应用程序中，最常见的功能和命令。 10 图 2互界面设计 统界面的整体布局 数控车床加工环境由四个部件库构成，它们分别是夹具库、刀架库、刀具库和工件库。在 统中形成车削加工环境，就是要在模拟动态加工前先将上述各部件库中的部件用 言进行描述，使得各部件能够以其二维图形的概貌 (车削主视图 )显现在屏幕上。由于加工环境是多变的 ，所以各部件库中的部件理论上都是可以无限扩充的，但为了界面的简洁并考虑能够说明问题，本系统对于不同的部件库仅以 2 至 4 个不同数目的部件作为实例进行描述。如图 2用 11 图 2统界面及加工环境描述 如图所示，菜单由文件、编辑、视图、帮助和数控加工仿真 5 个子菜单构成。其中，数控加工仿真子菜单由部件库、加工程序选择、加工过程选择 3 个菜单项组成。部件库就是用来生成加工环境的，其结构层次也是根据加工环境的构 成设置的。 章小结 本章介绍了面向对象技术及其三大特点，结合本文系统枚举了几种常用内部控件、外部控件以及用户触发事件及其系统界面的整体布局和窗体控件的相关设计等。 12 3 数控车削加工及 码的处理 控车床加工工件的成形原理 数控车床加工过程是典型的回转体成形过程。工件绕主轴作旋转运动，刀架沿车床纵向导轨和横向导轨作直线运动，形成刀具的运动轨迹，从而在工件上加工出要求的回转面。数控程序控制刀架的运动轨迹，实现零件的各种表面加工。 在仿真加工过程中，车刀刀尖的 同工件被加工回转表面所处 回转体轴线 )相对应，刀尖所处的 X 坐标取绝对值就是被加工工件在该处的半径值。仿真程序通过将数控程序中的加工信息翻译并进行插补运算，得到加工过程任意时刻的 X, Z 坐标信息，利用它们改变工件上对应点的显示坐标位置，就可实现动态变化的加工过程，即实现了动态加工过程的仿真。 序设计的任务 由于本课题是对数控加工教学仿真系统进行研究，在此基础上提出了基于言环境的总体设计思路一一“界面总体设计，功能单独实现”的模块化设计方案，分析了设计步骤，给出了功能的 扩充方法。数控加工教学仿真系统的设计目标，是要设计出与机床数控系统操作面板完全相同的交互界面，并实现界面上所有按钮的功能以及由此引起的显示状态画面的变化及切换。整个设计过程涉及多达几十个窗口的切换及其上各种控件的状态变化，还有面板上数十个按钮功能代码的编写。为了使设计能有条不紊地进行，采用“界面总体设计，功能单独实现”的模块化设计方案。先按照操作面板上所有按键及显示屏显示的所有状态以及每个显示状态下控件的变化或变化规律设计出交互界面，并同时完成实现不同窗体间转换这部分基本代码的编写，从而构造出教学仿真系统的 基本框架。然后针对不同类型功能按钮，分别编写代码。代码完成后以独立模块的形式依次添加进教学仿真系统框架中对应功能按钮的位置，同时进行协调性的测试和调试，直至这部分功能稳定运行。随着功能代码的不断加入，教学仿真系统功能不断扩充直到全部功能得以实现。 削仿真系统的设计 削加工仿真的任务 车削加工仿真要完成以下几项任务 :毛坯数据模型的建立、刀具库的建立、 13 刀尖轨迹数据结构的建立、工件截面数据结构的建立、仿真数据的记录、切削加工仿真和仿真结果检查。刀具是系统的另一个重要组成部分，它是仿真系统的后勤 保障。刀具容纳大量的刀具数据并且做到有效的管理。 车刀对零件的加工主要设计到圆柱面、圆锥面、球面、螺纹、端面、切槽、切断等表面的加工。无论加工什么样的零件一律是工件做回转运动 ;而刀具做直线、圆弧或其它轨迹的运动 (即进给运动 )。在数控加工程序中这些运动可以通过指令完成。由于该仿真系统是对 序在 中的模拟，在仿真中为了能够在 屏幕上动态显示刀具的运动轨迹或切削过程，就必须将数控程序指令翻译过来。完成对 序进行语法分析，坐标转换等工作，其过程如下： （ 1） 对数控程序进行 处理使之成为一个 标信息文件。该文件是对 控程序由 动编程系统自动产生或手工编程由人工键盘输入。 （ 2） 首先，从 码文件中读取刀具信息并从刀库文件中读取相应的刀具信息。然后，从 码文件中读取刀具运动指令及坐标信息，并调用相应的加工仿真算法使之可以完成对刀具的运动轨迹仿真、切削加工仿真。 （ 3） 对仿真进行干涉检验，生成检验报告，供分析。 （ 4） 将仿真结果与轨迹实际进行比较。如果不正确，修改 码，重新进行仿真。 件毛坯的模型设计 车削仿真 系统所建立的回转体类工件模型具有以下特点 :工件模型间断，容易实现加工过程仿真，计算效率高 ;工件模型的拓扑关系容易保持和修改 ;数据充分，能满足工件加工精度预测的需要 :显示效率高，能以圆柱面、圆锥面、圆环面等组合来显示整个工件。 尽管零件种类繁多，但是在实际加工过程中，大多数车削零件是由棒料加工而成的。因此，根据上述分析，用直径和长度尺寸来建立棒料毛坯的几何模型。 建立毛坯模型的数据结构如下： / 毛坯直径 / 毛坯长度 ；
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