外文翻译译文：三轴数控机床零件程序的自动检测.doc
卧式数控加工中心回转工作台设计【含5张CAD图纸+PDF图】
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外文资料翻译外文资料翻译题 目 三轴数控机床零件程序 的自动检测 学 院 专 业 班 级 学 生 学 号 指导教师 - 8 -材料加工技术杂志109 (2001) 290293三轴数控机床零件程序的自动检测摘要数控加工中NC代码的仿真和验证是一项非常重要的任务。这项工作的目的为减少因验证有关数控铣床的零件程序的正确编写而进行的切削实验，来节约时间、人力和金钱。本文所述的零件程序中刀具的操作规则是在AutoCAD环境下，通过立体布尔操作体系获得的。关键词：数控机床；AutoCAD；零件程序1. 简介近年来计算机行业迅猛发展，如今电脑变得更加实惠和友好，因此在现代产业中得到更加广泛的普及。多年来，计算机已经被广泛应用于工业部门的不同阶段：在设计阶段利用CAD系统；在规划阶段运用CAPP系统；在生产阶段运用CAM系统。几年前起，这三个阶段相互孤立，每个阶段都必须解决特定的问题。有时生产阶段的一些必要条件会加给其他阶段（例如，当设计师建立工件公差；或当机器生产无法进行或者出现故障时，设计师有必要在生产阶段对工件做一些更改）但三个阶段严格分离。此外，不同的程序员有不同的“逻辑”，编写出不同的程序，使这些不同的程序相互“交流”被认为是不可能的。近年来，尽管有人试图使不同程序联合沟通以解决一些问题，但这个目标是很难实现的。有一些程序可以联合运行，但他们不是通用程序，而是非常专业的，只能用于使用强大计算机的特殊领域。事实上，开发一个能够被简单的、普通的、非常便宜的个人电脑方便使用的通用软件是必要的。数控机床因为能够促进产业生产力和质量的提高，降低成本而被广泛应用，。实际上，数控机械比普通机械更加高效和精密，可以加工出非常准确的表面，但它们比普通机械更昂贵，使用起来更复杂。此外，为了获取使刀具精确运转所需的数据，编写一个能被机器控制单元读取的特定程序是必要的。这个程序（被称为“零件程序”）是用某种特定的编程语言编写的，可以被每一个数控机床读取（类似机床有：车床，铣床等）。使用数控机床面临的第一个问题是，当程序员在编写零件程序时出现了一个错误，工件就不会按照将我们设定的方式被进行加工，因此工件会出现不同的形状或不同的特征。但是编程如果对刀具下达错误的运动指令，由于数控机床比传统机床的速度高，刀具和机器固定部件会之间发生碰撞，这是更加危险，也是代价昂贵的。利用数控机床还存在其他的问题，例如如何选择合适的深度或进给速度或如何选择工件的形状来减少材料的浪费。一般来说，通过切削实验可以解决这些问题，但进行切削实验是非常昂贵的，会造成人力，时间，材料和金钱的浪费。此外，不是所有的问题都是通过实施一个测试就容易解决的，而是是反复实验。用计算机代替数控机床来实施虚拟的切削实验和尽可能多的通过机床处理工作来展示空间相交区域应该是真正有用的。机械部分电子表征系统应用广泛，我们可以用来虚拟三轴端铣机的切削实验。2.切削过程切削过程是刀具与工件相互作用的结果，可以通过一系列的布尔达运算来模拟。刀具，一种端铣刀，可以通过AutoCAD中运动的实体来表示。刀具的“扫描体”通过平面来表示，刀具运动产生“扫描体”的边和点。每一个原语根据运动方向创造出自己的刀具“扫描体”。例如，一个圆柱形的刀具可以沿着于刀具正轴线平行或正交的线运动。在第一种情况下，该“扫描体”是一种高筒，在第二种情况下，“扫描体”是以一个长方体和了两个半圆柱体的组合。封闭多段线（刀具的横切面）（图1）绕旋转轴运动可以表示沿圆线进行的切削过程。为了模拟端铣的切削过程，这些实体可以从表示工件的实体中减去。图1. 刀具扫描体3.AutoCADAutodesks公司的软件AutoCAD自1982年被引进后倍受欢迎，是个人计算机里功能强大的专业绘图软件。它一直提供AutoLISP、ADS编程接口来开发一系列定制应用。ADS比LISP更高效、更方便使用，ADS作为一种可供选择的接口，自R11版本出现以后一直被应用。因为ANSI-C已经成为被普遍接受的编程语言，ADS软件使用ANSI-C来开发杂项应用。同时ADS可以使用所有ANSI-C里可移植的语言库。在1996年，我们利用AutoCAD R12开发出软件.当时AutoCAD使用AME来设计三维实体造型，但AutoCAD自从R13版出来转为使用标准ACIS。随着R14新版本的发行，我们决定升级我们的软件，因为ACISs计算效率更快，对实体的描述更加精确。此外，它减少了绘图文件的大小。因此，与AME相比ACIS更能够处理好非常复杂的模型。4.开发的软件我们的软件由C语言编写而成，与一些AutoCAD命令执行的特殊指令在ADS环境下一起被执行。【6,7】该软件分为两个基本部分：第一部分是在零件程序与AutoCAD环境之间创建一个接口。第二部分是使零件程序数据可以被读取和解释。零件程序包含了刀具路径的一些指令（Gxx指令），几何特性（像点坐标或连接半径），工艺特点（进给率，主轴转速，等）：该软件只解释这些几何指令。该软件在AutoCAD内运行，操作员可以画出工件或作为外部文件进行加载，选择刀具形状（有四种类型的刀具：圆筒状，圆柱形球头，半球体，球体）和它的尺寸：该软件能计算并绘制出是AutoCAD多段线的刀具的横截面（图2）。现在，操作员必须加载零件程序，开始模拟。首先，该程序分析几何特点，然后将其按时间顺序组合（例如：一般运动的起点的X坐标被称为“oldx”,一般运动的终点X坐标被称为“valx”。）第一步后，该软件执行零件程序下达的运动指令（G01，G02和G03指令）通过AutoCAD的“拉伸”和“旋转”命令来绘图。AutoCAD中“拉伸”命令可以将三维添加到二维封闭多段线，而AutoCAD中的“旋转”命令可以从二维封闭多段线实现实体的运动。当刀具不接触工件时，G00指令代表刀具运动：在我们的工作中，由棱柱形的AutoCAD的实体表示。实体的横截面与刀具相同，通过“拉伸”命令获取。这一运动的模拟对于验证是否与夹具发生碰撞是非常有用的。当工具接触工件时，G01指令代表刀具运动：在我们的工作中，它是由AutoCAD中棱形实体表示。实体的横截面同样与刀具相同，通过“拉伸”命令获取。AutoCAD中“拉伸”命令使用线段；它的起点坐标是“oldX”、“oldY”、“oldZ”，终点坐标是“valX”、“valY”、“valZ”。值得注意的是，为了执行“拉伸”命令，需要Z轴与在X-Y平面内的线段和多段线对齐。为此，我们已经创建了相同的指令来改变AutoCAD坐标系统（UCS：用户坐标系）。G02和G03指令由运动的实体表示。刀具的横截面绕旋转轴转动产生这些实体。旋转轴从圆角的中心开始并垂直于X-Y面。由于零件程序不包括AutoCAD绘制这样的实体所需的信息，对我们来说，为了从零件程序数据中获取必要的信息来实现一些计算程序是必要的。现在操作员可以开始进行模拟。他选择工件（或绘制它），选择刀具的形状和尺寸；该软件自动绘制多段线并将其放在远离工件的所谓的“静止点”。该刀具具有“编程点”即遵循程序轨迹的点（图3）。当我们的软件处理G00或G01指令，它有两个选项：1.起点的Z坐标不同于终点的Z坐标：我们有一个垂直运动并且该软件会绘制一个与刀具半径相同的圆柱体，公式是h=Z2-Z1。2.起点的Z坐标和终点的Z坐标相同：刀具在X-Y平面内运动，该软件复制刀具多段线的横截面，使其向着运动起点移动。软件改变UCS（Z轴与从起点到终点的线段对齐）并使多段线旋转，使其必须垂直于Z轴。现在，多段线可以被拉伸，该软件绘制一个实体来代表刀具运动。当软件处理G02或G03指令时，工具在X-Y平面上运动，该软件复制刀具的多段线横截，使其向着运动终点（G02）或运动起点（G03）移动。这个程序的结果是多段线绕着旋转轴进行旋转所绘制的实体代表着刀具的运动（图5）。模拟实验结束时，操作者可以在他个人电脑的屏幕上看到完整的刀具路径。但是现在有一个CAD文件：这个刀具路径是一个AutoCAD的实体，可以被测量，被改变，被计算体积。他也可以使用另一个AutoCAD命令：通过“删减”命令，可以获得工件的最终形状，同时也也能够测量它，还可以改变角度，或者获取体积的几何信息，重力的中心等等。我们已经使用一些零件程序测试了该软件，结果是非常满意的：这些模拟是非常的简单，快速和便宜。图6是使用我们软件获取的样品图像。该样品表示的是一个体积为300mm300mm50mm，中部有孔（直径为175mm）的钢铁模座的工件。图上显示的是夹具和带有球头工具（直径40mm）的加工部分。使用配备133兆赫的奔腾处理器和32MB内存的个人电脑对这一工件进行模拟所需要的时间近似少于一分钟。因此，为了优化程序设计阶段，在几分钟内通过改变几何参数来进行重复切削模拟成为可能。图2 . 工具选项编程点图3. 工具的编程点图4. G01命令模拟图5.G02命令模拟图6. 渲染图像的仿真5.结论如果人工操作，就时间和人力资源来说，零件程序检查是非常昂贵的。由于在后处理阶段之后软件可以改正编程错误，许多切削实验可以被取消和机器功能被使用。所开发的软件对快速容易的验证零件程序提供有效支持。事实上，所开发的软件可以与功能强大的可以构建实体模型的常用绘图软件结合。因此设计师程序员能够立即看到工件
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