基于智能終端的數控加工仿真技術的研究與開發

孫桂愛

江西工業工程職業技術學院 江西萍鄉 337000

隨著數控加工技術在機械制造業領域的廣泛應用，深刻改變了傳統制造業的生產方式、產業結構以及管理方式。隨著數控加工技術的不斷發展，與之關聯的經濟效益和強大的輻射能力更是難以估計。高水平的數控加工技術標志著一個國家制造業現代化的程度，對提高國家綜合國力水平具有重要的戰略意義。全面實現機械加工生產過程數控化，已成為先進制造技術的發展趨勢。

1 數控加工仿真系統的設計結構

數控仿真系統被廣泛應用到企業生產實際中，它能夠對零件設計縮短時間，并對零件設計過程中的準確性、數控程序正確性及工藝流程有效性進行有效檢驗，可以使零件加工質量得到進一步的提高，降低制造成本。系統仿真是系統實驗研究的主要學科，其對系統開發屬于綜合性工程，要經過系統分析、建模、總體架構及程序編寫等步驟，圖1為仿真系統開發的流程。

利用模塊化進行數控加工仿真系統的設計，將系統分解成操作面板、代碼解釋、通訊模塊、三維仿真及數據庫五個模塊，圖2為數控加工仿真技術的功能模型。其中模擬操作板主要是以實際的操作面板為模擬進行設計，主要包括顯示器和操作鍵盤，其主要目的就是將機床狀態及參數充分的現實出現。其中代碼解釋模塊指的是在三維幾何數控仿真系統中使用刀位數據成為運動驅動代碼的模擬，所以就要創建代碼解釋模塊對代碼進行分析和處理;三維仿真模塊屬于仿真系統的核心部分，其不僅能夠有效模擬工件加工的動態化過程中，還能夠實現加工過程中碰撞及干涉的檢測;通訊模塊的主要目的就是使系統能夠和自動編程器、機床之間實現數據交換，創建實驗室局域網，有效滿足網絡化教學需求;數據庫的主要目的就是由于刀具具有多種種類，使用數據庫管理能夠便于用戶設備及選擇。

圖1 仿真系統開發的流程

圖2 數控加工仿真技術的功能模型

2 數控加工仿真模塊化設計

2.1 幾何建模技術

數控加工過程圖形仿真就是以三維立體圖形動態呈現整個零件加工過程，而幾何建模是建立整個數控加工圖形仿真的重要前提，高效的幾何建模技術對整個仿真系統的高性能和可靠性至關重要。目前，在數控加工仿真領域中，應用廣泛的3D幾何建模技術方案有：線框建模、表面建模、實體建模、圖像空間建模、離散矢量建模以及三角網格法建模等。線框建模是計算機圖形學中最早用于表示三維簡單實體，利用最簡單的幾何元素點和線段等來構建三維實體物體內部模型，由于所需信息少，不能處理復雜的三維實體;表面建模建立在線框建模的基礎上，采用實體物體的表面、頂點以及棱邊構建三維模型，所表示的實體幾何信息更加豐富，但由于無法確定面的矢量，不能判斷實體是否為實心，建模精度得不到保證;實體建模基于上述建模技術改進的基礎上，預先定義基本的幾何形體，囊括了實體模型的面、邊以及頂點等信息，從實體物體內部對其拓撲信息進行描述。經過布爾運算和變形操作，可有效實現實體各個棱邊的消隱，構造出更為復雜的三維實體物體，應用最為廣泛;圖像空間建模將三維物體按照圖像空間的像素(Pixel)進行離散，同時借鑒了Z-buffer的思想，將屏幕上的每個像素上的零件和刀具看作是垂直于屏幕上對應像素的長方體單元，并且進行Z軸方向的離散化，得到Dexel結構模型，刀具和零件Dexel結構做布爾運算進行數控加工仿真，但是在圖形仿真過程中視角固定，無法實現從多個角度觀察仿真效果，在多個角度觀察仿真效果的場合并不適用。

2.2 NC代碼譯碼機制

數控加工仿真的目的在于檢驗NC代碼的正確性及合理性，為實現數控加工過程的動態仿真，必須對NC代碼進行解析，獲取其中刀具驅動數據源，驅動刀具對零件3D模型動態加工。因此在數控加工仿真系統中，設計合理NC代碼解釋器是實現動態加工仿真的關鍵環節。NC代碼解釋器執行流程：NC代碼經過詞法分析，排除非法字符;語法分析對代碼中的程序語法規則進行分析，驗證程序字的完整性;語義分析模塊對代碼進行上下文邏輯性進行分析，提取出程序字的類型信息以及作用域信息;指令加工轉換實現對數控代碼進行編譯，提取出刀具運動切削信息，并經過后期插補運算，實現軌跡數據點密集化[1]。

3 數控加工仿真系統的測試

人機界面屬于用戶體驗中尤為重要的部分，如果人機界面良好，就能夠有效實現輔助工作人員機械操作過程，并且操作簡便，機械的加工較為直觀，而且生產速度較快。人性化設計能夠使機械在使用過程中的時間進行能延長，數控加工仿真中的人性化界面尤為重要，其能夠有效監控操作人員的仿真過程。

4 結語

因為數控加工過程中具有多種復雜的因素，而且仿真系統自身也比較復雜，那么在研究數控加工仿真過程中，就需要做大量的準備工作。本文在實現基于智能終端數控加工仿真系統開發過程中，全面考慮數控機床切削力等因素，所以能夠使系統加工質量預測精度得到進一步的提高。通過本文測試也表示，本文所設計的系統能夠滿足行業使用需求。