盘形零件数控编程方法研究设计含proe三维及9张CAD图带开题
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XX设计(XX)外文资料翻译系 （部）： 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 外文出处： Computers in Industry 21 附 件： 1. 原文； 2. 译文 20XX年03月数控车床模拟器的数控编程与操作培训Daoh-Tian Zhang and Jen-Gwo Chen他们是在美国Houston（TX 77204-4812）大学，于1992年6月10日获得并于1992年7月15日授予的机械工程师。这项研究的目的是开发一个模拟器，目的是为数控车床的模拟操作与编程技术的培训。数控车床包含五个基本的模块：操作选择模块，零件的程序开发模块，机械设置模块，模拟动画与设计考虑模块。操作选择模块由一个基础规则性的专业性系统来支持工作器械和机械操作部分，零件程序开发模块，包含一个程序编辑器和程序编辑设计方案。机械设置模块允许用户在操作之前进行机械设置。仿真动画模块包含一个语法检查器i、一个疑难解答操作和一个模拟动画子系统。该语法检查器是专门为验证程序而设置的。运行故障诊断系统包含一个基础性的专业系统在模拟仿真中可能引起的一些最常见的问题进行诊断分析。在屏幕上会显示一个模拟动画，其中的动态图案会为数控车床的操作提供准确的信息。影响机械操作运行的十大因素都会被用来验证验证系统的准确性。结果显示：数控仿真系统相当于是真正的数控车床在进行加工。评价系统显示表明模拟数控车床可以作为一种工具来帮助同学们来学习编程部分。1. 简介 数控操作技术是制造业中最重要的技术之一。1991年美国的工业展望显示将来对数控机床采用率与总份额会以绝对的速度增长1。数控机床的快速增长意味着人力资源的需求发生变化2。1990年美国职业预测和训练数据表明，部分程序员的需求将在未来十年增加显著3,4。这些统计数据强调了数控培训的重要性。机床实验室是一个重要的数控培训工具。然而，数控设备，材料，操作和维护费用昂贵5。它也需要大量的空间来安装数控机床，因此允许学生有动手做实验的经验是相当困难的。在设备简陋的实验室培训会使学生无法理解所要表达的意图而且也无法实施完整的细则方面的问题。因此要想取得长足的进展完善数控实验室面临着巨大的需要和挑战。当这样一个实验室无法使用时，模拟可能是一种有效的替代方式6。集上所述就是本次研究的动机。但是，基于PC的仿真软件用于数控训练是有限的7大多数现有的数控软件的模拟扮演着刀具在加工过程中的轨迹。尽管这些软件非常强大在道具的路径生成和验证中他们只能模拟轴运动而无法模拟数控车床的运动，这是一个学习机械重要部分。 大多数现有的数控编程模拟器旨在模拟加工中心如：铣床、钻床9。虽然数控车床是机械工具(表1)中运用最高的但是目前还没有一种系统对数控模拟车床进行设计的10。因此开发一个电脑模拟系统对数控车床进行模拟是数控教育中非常重要的举止。1. 系统开发 为了模拟数控车床我们通过研究组成部分之间相互作用的车床行为寻求重复演示车床的行为。我们需要产生对应数控编程部分的人工操作车床11。由系统生成的动画必须能够与很少或者根本没有经过技术培训的人交流沟通12。一般来说，一个数控操作系统包含以下三个基本组成部分：（1）零件程序 （2） 机器控制单元（MCU） （3）机器工具或其他控制进程。因此编程模块，机器控制单元模块和机器工具模块的设计综合反映了这三个基本组成部分并具备了如下功能：用户可以再屏幕上查看工件，工具和机器的加工过程。对车床运动方面的模拟，包括所有移动轴，刀具动画，主轴旋转方向和速度的变化及夹紧情况。对刀具和工件尺寸的准确显示是检查碰撞的关键。对于工具及主轴单元以及其他车床部分之间发生的冲突都可以进行演示。 弗拉韦尔和金凯德13发现一旦发现在机器设置和运行期间出现许多错误表明免费的程序并不一定是无错的。因此操作选择模块与电路设计的模块开发集中到数控车床仿真中可以提供给机械操作培训中更多的功能。2.1 编程模块 编程部分对机器工具每一步应该怎么做作了详细的定义。从理论上说，事件在数控车床编程中是无限的。实际上，这取决于一台电脑的可用存储空间。一般来说，有三个基本编程格式方案：可变块格式，标签序列格式，字地址格式。变量块和标签连续的格式已过时，它们不关于实施新新的数控机床14。因此，在ANSI /环境影响评估的RS - 274 - D字地址格式是适应在数控车床。由于英文字母标识相应的字，词不必被安排在任何需要的特定块。字地址支持数控车床和它的功能作用如下：C Z轴的旋转F 速度进给指令G 准备功能指令M 辅助功能指令N 加工序列号O 程序代码S 主轴速度指令T 刀具代号U X轴相对增量V Y轴相对增量W Z轴相对增量X X轴绝对增量Y Y轴绝对增量Z Z轴绝对增量以下为准备功能指令（G）代码，说明在数控车床执行的一个具体运作模式：G00 快速点定位G01 直线插补G04 暂停G98 每分钟进给G99 每转进给以下为辅助功能指令M代码：M00 程序停止M03 主轴正转M04 主轴反转M05 主轴停止M08 1号切削液开M09 切削液关M10 夹紧M11 松开1.2 机器控制单元模块该模块模拟了一个真正单片机大部分控制功能和软件要求，在现有的MCU基础上MCU模块的详细规格设计如下：控制轴：两个（X和Z）。工作行程：X轴27厘米和31厘米减去工件在Z上的长度。线性单位：英寸和毫米（mm）。定位：增量的和绝对的。输入分辨率：0.3937英寸或1毫米。输出灵敏度：0.0393英寸或1毫米。可编程的最大尺寸：12.20英寸或310毫米。快速移动：5400 mmpm，没有线性插值进给率行程：810 mmpm，线性插值。进给率范围：1至6000 mmpm，增量1 mmpm。主轴转速：从1到6000rpm(每分钟转)参考点：1和2号工具X240到X270，第3号工具Y240到Y270。屏幕上的每一个点（像素），相当于1毫米或0.03937英寸。1.3 机床模型构建一个坐标系统使用户设计切削刀具相对于工件的相对运动位置。在数控车床中工具相对于旋转工件的运动定义在两轴上，模拟图形车床构造坐标上代表车床并模拟器运动方式。一台真正的机床有许多基础的部分组成，图形车床由许多独立的颜色图标代表他们。所有的图形组件都会显示在显示屏幕上。每一个组件都代表了一个二维图，实际上类似于组件的主视图。切削工具和旋转工件也类似于他们的主视图。这些数字图标模拟的就是现实中的车床。主要部件的规格开发系统有；科莱尺寸：直径7厘米。夹紧尺寸：厚度1.5厘米。工具块规格：宽2厘米，高度2厘米，长8厘米。工具持有尺寸：宽1厘米，高度1厘米，长度9.6厘米。工件尺寸范围：半径03.2厘米，长度030厘米。刀具尺寸：1号刀具宽0.3厘米，2号刀具宽0.6厘米和0.2厘米（刀尖半径），3号刀具直径0.4厘米，长3厘米。刀具数：3（1号刀具为切削刀具，2号刀具为整理面和粗加工刀具，3号刀具是铣削和钻孔刀具）刀具的更换时可以进行编程的1号刀具、2号刀具、3号刀具分别用T01、T02、T11代替。刀具偏置：1号刀具 X轴1159mm、200mm减去工件在Z轴上的长度，2号刀具X轴163毫米、198毫米减去工件在Z轴末端的长度或者X轴168mm、198减去工件在Z右边的长度，3号刀具158减去工件在X轴的工件半径并且207减去工件在Z轴的长度。2.4 选择操作模块选择操作模块有两个基本的部分，工作装置的选择与机械加工工艺的选择因此专业系统知识库组织了两个不同的系统知识库一个用于基本要素，这种组织是使系统更容易维护，落后的推理链模式被选择为分类问题当中之一。这些结果和结论是从哪些以先验和确定适当的问题之一。此模块的知识基于基本的规则系统，这是最流行和最直接的方法。这些大多数的知识模块来源于公共领域比如说书籍和期刊7,14-18。目前，该操作选择在数控车床模块有90个规则（如有25个选择工作夹紧装置有65个规则用于机械加工工艺）。一个加工生产的规则示例操作系统如果原料使用的市棒料并且这种棒料在以前没有出现，这种棒料用卡盘卡住然后进行加工。2.5 仿真模块这个仿真模块提供了三个主要的功能：语法检查，操作，故障排除及模拟动画每个模块可描述如下：2.5.1 语法检查检查设备的格式，字地址数控程序格式的阅读能力，它检查用户的程序格式、语法功能并进行嵌入式的规则进行生产操作，通过仿真过程然后它会提示每一个格式、语法、和操作的错误。例如下面的序列号11被设计为选择工具、3设置为Z轴的工具的偏移。N11 T03 G00 Z400 M10 2000这些的规则将被解除如有两个代码中的错误信息在屏幕上显示。第14条 如果刀具补偿已被设定，并且Z代码明确指定310mm大于等于工件长度，然后就会显示以下错误信息：请将你的Z代码更改为310mm减去工件的长度。第19条 如果主轴旋转速度已经设定，并且M03和M04还没有详细规定，然后就会显示以下错误信息：你忘了设置主轴旋转方向！请明确指定M03顺时针M04逆时针。2.5.2操作故障排除几种常见的问题（例如：机床故障、机床作响、刀具问题、刀具设置情况）出现的各种加工过程中（例如：车削、铣、钻等）在数控机床上进行的模拟 。用户可以选择要模拟的机械操作，仿真动画将被出现在屏幕上的错误信息而打断。然后用户通过访问故障排除知识库来诊断出现的问题。然后经过几个回答及原因和补救方法的提供，目前故障排除有300条规则（例如：105条总规则惊醒故障排除、110条规则铣床故障排除、和75条钻孔故障排除）。其中一个生产加工中的故障排除如下：如果发生颤抖就会是加工丧失了精度，如果没有足够的润滑剂或径向尺寸过大比照= 80、刀具太钝比照= 70、晶片包装比照= 50、使用不正确的工具比照= 30、进给量太多比照= 10、速度太低比照= 10就会使表面光洁度不够比照=80%，比照表示确定性的因素。2.5.3模拟动画显示这个函数接受程序开发模块和查看二维彩色图形模块的输出信号所产生的数据。这个动画会发生特别的模拟动画与相应的程序部分相符合。这个动画可以使用户直接看到在车床上将要的发生的运行。切削运动和操作条件都会显示在屏幕上。这个模拟可以使用户验证编程部分和了解机床的操作过程。动画显示的一个模拟示例如下：图1(Fig1)2.6 考虑设计模块一般的操作设计联系车床中提供的机械操作教会使用者如何避免不必要的问题和改善操作性能。操作部分的设计准则如下16：(a) 设计应使工件固定并相对容易夹紧。薄细的工件难以承受大的加紧和切削力。(b) 尺寸精度和表面光洁度应尽可能的范围广以使功能作用正常进行。(c) 尖角和棱角在零件的主要尺寸部分应尽可能避免。(d) 需要加工的尺寸应尽可能靠近最终尺寸以降低生产周期。(e) 设计要使刀具加工中的穿越不受到阻挠。(f) 设计应以市场上的刀具和刀片为标准。(g) 材料选择应尽可能增加其可加工工艺性。2.7 系统配置图2显示了系统配置的数控车床。数控车床的开发利用了两个软件EXSVS和C选择操作模块与故障处理模块在环境下开发而其他四个模块在环境下开发。在主菜单（图3）使用者有六大选项：操作选择、程序开发、机械设置、仿真模拟、考虑设计模块等。用户可以选择他们当中的一个子系统进行访问，当用户选择操作选择模块就会有三种选择出现。然后用户就可以读取每一个专业子系统的说明与规则进行编辑。如果用户选择的市程序开发模块，当零件图完成后就可以进行编辑和修改。所有的零件图都必须包含主视图和侧视图，类似真正的操作车床，用户通过选择机械设置模型必须在程序设置之前对机械进行设置，用户可以决定工件的尺寸。3. 系统的验证和确认3.1 系统验证重点检查是否已经正确实施，验证计算机是否实现了仿真模型的技术。仿真图形是所有输出语言中最新的一种，动画基本实现了可视化等效跟踪。通过动画我们可以正确的处理数控操作中的车床模型与MCU模型19。这个结果是非常令人满意的。3.2 系统确认系统确认是对真正系统和模型动作的肯定。因此十个不同的序号在数控中代表不同的运行方式，并和真正的数控加工车床进行比较，SpectroLIGHT二车床系统加工工序如下：（1） 切槽和切断（2） 换面（3） 铣削和钻孔（4） 外圆车削（5） 粗车和切槽（6） 侧面车削（7） 倒角车削（8） 换面、粗加工、精加工和切断（9） 换面、粗加工、精加工、铣槽、钻孔、切断（10） 换面、粗加工、精加工、倒角车削这个结果表明其性能同等于真正的数控车床。3.3 系统性能评价该实验的目的是对数控车床作为学习训练工具的效率进行评估。正如图4二十个没有任何编程经验的初中学生接受四个小时的编程知识的演讲，所有的学生都掌握了编程包括数控机床的结构部件，数控的程序以及数控语言。一部分编程在课堂中作为实例，将同学们随机分为两组经过对他们两个小时的学习和了解的八个部分的知识（如:工具设置、普通车削、以提高他们的编程技巧、换面原则和钻孔等）然后设计两个加工方案：方案1：粗加工、精加工、切槽、切断方案2：粗加工、精加工、切槽、铣削、切断要求采取类似的上课随堂笔记的类似程序进行编程以提高他们编程的技能。将他们的表现进行分级比较两个组的正确率为实验组50%，对照组为0%。对照组被要求重复使用了两个小时的数控车床实验，他们的表现与以前相比提高了50%。大部分同学抱怨说学习数控车床和编程的时间太短。在解决了他们的抱怨之后，知道他们熟悉了数控车床与编程后来的训练中两组提高到了90%。 弗拉韦尔和金凯发现，数控零件程序错误出现的最大百分比是尺寸误差和编程技术错误13。在分析了学生发生的错误后，我们发现大部分错误在确定编程技术和确定加工工序。这就突出表明了这一部分知识在将来发展中的重要性，当然延长数控编程学习时间和讲座时间是改善设计的当务之急，让他们知道数控车床是有效的工具。3.4
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