2 數(shù)控車削加工仿真流程

3 NC程序的編譯解釋

1. NC程序格式
   數(shù)控程序是由數(shù)控指令組成的，一般一條數(shù)控指令完成一個(gè)操作功能，NC程序是由若干條數(shù)控指令按照一定的結(jié)構(gòu)構(gòu)成的。一個(gè)完整的數(shù)控加工程序是由若干程序段組成的。常用的程序段格式有：固定順序程序段格式、有分隔符的固定順序程序段格式和字地址程序段格式。目前常采用字地址程序段格式，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定了字地址程序段格式ISO-6983-1-1 982標(biāo)準(zhǔn)，其形式為
   N… G… X±… Z±… I±… J±… K±… M… S… T… F…
   其中G指令、M指令及F、S、T指令代碼描述數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)方式、加工類型、主軸狀態(tài)、冷卻液的開(kāi)關(guān)、進(jìn)給速率、主軸轉(zhuǎn)速的設(shè)置和刀具的選擇等。X、Z、I、J、K為坐標(biāo)指令字，分別描述刀心位置坐標(biāo)值及加工軌跡中圓弧的圓心坐標(biāo)等。
2. NC程序詞法和語(yǔ)法分析
   對(duì)NC程序解釋編譯是按照數(shù)控程序的書(shū)寫(xiě)規(guī)則進(jìn)行的。詞法和語(yǔ)法分析的實(shí)質(zhì)是將NC程序與ISO數(shù)控程序標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行匹配檢查，針對(duì)FUNAC數(shù)控系統(tǒng)設(shè)置了20多條檢查規(guī)則，例如：

   • NC程序有效字符：%，N, G, M, T, F, S, X, Y, Z, I, J, K, R, 0～9, (,), /;
   • 第一行必須是%或注釋行；
   • G代碼后必須是兩位數(shù)字，并且一定是有效代碼．如G00、G01、G02、G50、G92等；
   • 同組G代碼在同一段中不能同時(shí)存在，如G01與G02或G03等不能同時(shí)出現(xiàn)在同一程序段內(nèi)；
   • M代碼后必須是兩位數(shù)字，并且一定是有效代碼，如M01、M02、M08等：
   • T代碼后必須是數(shù)字，且符合TXXYY格式，其中XX值不能大于刀庫(kù)容量，YY竹值不能大于刀具補(bǔ)償號(hào)容量；
   • S代碼后必須是數(shù)字，且必須在主軸轉(zhuǎn)速范圍之內(nèi)；
   …
3. NC程序編譯解釋
   NC 程序的編譯過(guò)程是先建立一個(gè)與數(shù)控代碼程序段格式相對(duì)應(yīng)的Vbuffer類對(duì)象，把此對(duì)象作為一個(gè)臨時(shí)緩沖區(qū)，將程序段中的數(shù)控加工信息依次讀出，經(jīng)解釋變換后寫(xiě)入NC坐標(biāo)信息文件中，該文件是刀具軌跡仿真的驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的方法逐行順序讀人數(shù)控代碼，故系統(tǒng)支持坐標(biāo)字和數(shù)控指令字續(xù)效代碼的處理。

   

   圖2 刀具運(yùn)動(dòng)軌跡仿真算法流程

4 仿真行為

1. 刀具軌跡的動(dòng)態(tài)加工仿真
   刀具軌跡動(dòng)態(tài)仿真是根據(jù)要進(jìn)行仿真的數(shù)控代碼，在計(jì)算機(jī)屏幕上動(dòng)態(tài)顯示刀具軌跡，以運(yùn)動(dòng)軌跡的方式來(lái)直觀顯示零件具體的加工過(guò)程；進(jìn)行刀具軌跡動(dòng)態(tài)仿真時(shí)，順序讀入NC坐標(biāo)信息文件，獲取數(shù)控指令(直線、圓弧指令等)和命令參數(shù)(起點(diǎn)、終點(diǎn)和圓心坐標(biāo)等)，然后執(zhí)行相應(yīng)的軌跡處理：對(duì)于直線和圓弧命令，則要根據(jù)其起止運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)，進(jìn)行直線和圓弧的插補(bǔ)運(yùn)算，得到運(yùn)動(dòng)過(guò)程中離散的中間點(diǎn)的坐標(biāo)值，然后動(dòng)態(tài)顯示刀具運(yùn)動(dòng)軌跡。刀具運(yùn)動(dòng)軌跡仿真算法流程如圖2所示。
   為了清楚地表達(dá)刀具的軌跡運(yùn)動(dòng)過(guò)程，仿真畫(huà)面將顯示零件毛坯、零件外形輪廓、夾具、起刀點(diǎn)、刀具運(yùn)動(dòng)軌跡、退刀點(diǎn)和輔助加工信息等。并用不同的顏色來(lái)表示不同的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡。刀具軌跡加！：仿真的優(yōu)點(diǎn)是可以簡(jiǎn)單直觀地檢測(cè)刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的正確性，計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)較少，顯示速度快，故可獲得很好的動(dòng)態(tài)顯不效果。
2. 零件加工過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真
   
   為了實(shí)時(shí)顯示加工刀具的形狀和運(yùn)動(dòng)過(guò)程，需建立一個(gè)刀具切削加工模型。為簡(jiǎn)化建模過(guò)程，對(duì)于車削刀具，將標(biāo)準(zhǔn)(ISO)刀具和非標(biāo)準(zhǔn)刀具統(tǒng)一成標(biāo)準(zhǔn)的切削模型，圖3a為粗、精車刀和螺紋刀，圖3b為切槽刀其中k_r為主偏角，k_r'為副偏角，E_r為刀尖角，t_w為槽刀寬度；同時(shí)建立一加工刀庫(kù)配置文件來(lái)管理各種刀具的幾何與物理描述數(shù)據(jù)在進(jìn)行加工過(guò)程仿真時(shí)，根據(jù)數(shù)控代碼中的指令，在刀庫(kù)配置文件中選擇相應(yīng)的刀具，在夾具資源庫(kù)中選擇相應(yīng)的夾具和夾緊方式，真實(shí)地反映加工過(guò)程，以觀察刀具和夾具的干涉和碰撞情況。
   
   (a)
   
   (b)
   圖3 加工過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真車削加廠模型
   加工過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真算法流程和刀具運(yùn)動(dòng)軌跡仿真算法流程是一致的(圖2所示)，不同的是刀具運(yùn)動(dòng)軌跡仿真是用“運(yùn)動(dòng)點(diǎn)”來(lái)動(dòng)態(tài)顯示刀具軌跡，而加工過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真算法是用“刀具模型”顯示刀具軌跡，并實(shí)時(shí)顯示毛坯的去除過(guò)程。根據(jù)切削加工模型，當(dāng)?shù)毒咛幱谇邢骷庸み\(yùn)動(dòng)時(shí)，用背景色填充刀具切削部分來(lái)進(jìn)行加工過(guò)程仿真：該方法只適用于二維車削的平面仿真情況，與毛坯的形狀無(wú)關(guān)，亦不需額外的判斷和計(jì)算過(guò)程，對(duì)汁算機(jī)的性能要求不高，微機(jī)的顯示速度完全可以滿足實(shí)時(shí)性的要求。
3. 零件加工過(guò)程干涉碰撞檢查
   二維車削加工干涉碰撞是指，由于數(shù)控指令錯(cuò)誤或刀具參數(shù)選擇不當(dāng)而造成的刀具與工夾具之間及刀具和己加工表面或待加工表面發(fā)生干涉碰撞的情況。干涉碰撞檢查算法是，在任一加工時(shí)刻，將切削刀具包圍輪廓和靜止件(機(jī)床和夾具等)包圍輪廓作二維布爾運(yùn)算，如有相交情況，則說(shuō)明該加工工步位置有碰撞清況發(fā)生，需修改加工指令。
   

   圖4 加工過(guò)程中刀具的干涉碰撞檢查示意圖

   具體的干涉碰撞檢查算法，是在插值點(diǎn)將加工刀具的主偏角和副偏角與直線傾斜角度比較，對(duì)于圓弧段輪廓，則與該插值點(diǎn)在圓弧輪廓的切線的傾斜角進(jìn)行比較，并區(qū)分順圓和逆圓兩種情況。以右車刀切外輪廓為例，其對(duì)于直線和圓弧的干涉檢查如圖4所示。檢查結(jié)果將寫(xiě)入一個(gè)干涉報(bào)告中，圖4中，k_r為主偏角．k_r'為副偏角，E_r為刀尖角，A為與切削加工方向相反的傾斜角，B為與切削加工方向相同的傾斜角。當(dāng)A>k_r時(shí)，刀具副切削刃和零件表面發(fā)生干涉，當(dāng)180°+B<180°-k_r時(shí)，刀具的主切削刃和零件表面發(fā)生干涉，這時(shí)將發(fā)生過(guò)切現(xiàn)象二對(duì)于不同的加工方向和加工輪廓，上述判別式應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。
   零件加工過(guò)程干涉碰撞檢查的算法流程如圖5所示。
   
   圖5 干涉檢查算法流程

5 結(jié)語(yǔ)