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此外，不同的程序員有不同的“邏輯”，編寫出不同的程序，使這些不同的程序相互“交流”被認(rèn)為是不可能的。近年來，盡管有人試圖使不同程序聯(lián)合溝通以解決一些問題，但這個目標(biāo)是很難實(shí)現(xiàn)的。。 有一些程序可以聯(lián)合運(yùn)行，但他們不是通用程序，而是非常專業(yè)的，只能用于使用強(qiáng)大計算機(jī)的特殊領(lǐng)域。事實(shí)上，開發(fā)一個能夠被簡單的、普通的、非常便宜的個人電腦方便使用的通用軟件是必要的。 數(shù)控機(jī)床因?yàn)槟軌虼龠M(jìn)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)力和質(zhì)量的提高，降低成本而被廣泛應(yīng)用，。實(shí)際上，數(shù)控機(jī)械比普通機(jī)械更加高效和精密，可以加工出非常準(zhǔn)確的表面，但它們比普通機(jī)械更昂貴，使用起來更復(fù)雜。 此外，為了獲取使刀具精確運(yùn)轉(zhuǎn)所需的數(shù)據(jù)，編寫一個能被機(jī)器控制單元讀取的特定程序是必要的。這個程序（被稱為“零件程序”）是用某種特定的編程語言編寫的，可以被每一個數(shù)控機(jī)床讀取（類似機(jī)床有：車床，銑床等）。 使用數(shù)控機(jī)床面臨的第一個問題是，當(dāng)程序員在編寫零件程序時出現(xiàn)了一個錯 誤，工件就不會按照將我們設(shè)定的方式被進(jìn)行加工，因此工件會出現(xiàn)不同的形狀或不同的特征。但是編程如果對刀具下達(dá)錯誤的運(yùn)動指令，由于數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床的速度高，刀具和機(jī)器固定部件會之間發(fā)生碰撞，這是更加危險，也是代價昂貴的。 利用數(shù)控機(jī)床還存在其他的問題，例如如何選擇合適的深度或進(jìn)給速度或如何選擇工件的形狀來減少材料的浪費(fèi)。一般來說，通過切削實(shí)驗(yàn)可以解決這些問題，但進(jìn)行切削實(shí)驗(yàn)是非常昂貴的，會造成人力，時間，材料和金錢的浪費(fèi)。 此外，不是所有的問題都是通過實(shí)施一個測試就容易解決的，而是是反復(fù)實(shí)驗(yàn)。用計算機(jī)代替數(shù)控機(jī)床來實(shí)施虛擬的切削實(shí)驗(yàn)和盡可能多的通過機(jī)床處理工作來展示空間相交區(qū)域應(yīng)該是真正有用的。機(jī)械部分電子表征系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，我們可以用來虛擬三軸端銑機(jī)的切削實(shí)驗(yàn)。 2.切削過程 切削過程是刀具與工件相互作用的結(jié)果，可以通過一系列的布爾達(dá)運(yùn)算來模擬。 刀具，一種端銑刀，可以通過AutoCAD中運(yùn)動的實(shí)體來表示。刀具的“掃描體”通過平面來表示，刀具運(yùn)動產(chǎn)生“掃描體”的邊和點(diǎn)。每一個原語根據(jù)運(yùn)動方向創(chuàng)造出自己的刀具“掃描體”。例如，一個圓柱形的刀具可以沿著于刀具正軸線平行或正交的線運(yùn)動。在第一種情況下，該“掃描體”是一種高筒，在第二種情況下，“掃描體”是以一個長方體和了兩個半圓柱體的組合。 封閉多段線（刀具的橫切面）（圖1）繞旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動可以表示沿圓線進(jìn)行的切削過程。為了模擬端銑的切削過程，這些實(shí)體可以從表示工件的實(shí)體中減去。 圖1. 刀具掃描體 3.AutoCAD Autodesks公司的軟件AutoCAD自1982年被引進(jìn)后倍受歡迎，是個人計算機(jī)里功能強(qiáng)大的專業(yè)繪圖軟件。它一直提供AutoLISP、ADS編程接口來開發(fā)一系列定制應(yīng)用。ADS比LISP更高效、更方便使用，ADS作為一種可供選擇的接口，自R11版本出現(xiàn)以后一直被應(yīng)用。因?yàn)锳NSI-C已經(jīng)成為被普遍接受的編程語言，ADS軟件使用ANSI-C來開發(fā)雜項(xiàng)應(yīng)用。同時ADS可以使用所有ANSI-C里可移植的語言庫。 在1996年，我們利用AutoCAD R12開發(fā)出軟件.當(dāng)時AutoCAD使用AME來設(shè)計三維實(shí)體造型，但AutoCAD自從R13版出來轉(zhuǎn)為使用標(biāo)準(zhǔn)ACIS。隨著R14新版本的發(fā)行，我們決定升級我們的軟件，因?yàn)锳CISs計算效率更快，對實(shí)體的描述更加精確。此外，它減少了繪圖文件的大小。因此，與AME相比ACIS更能夠處理好非常復(fù)雜的模型。 4.開發(fā)的軟件 我們的軟件由C語言編寫而成，與一些AutoCAD命令執(zhí)行的特殊指令在ADS環(huán)境下一起被執(zhí)行?！?,7】 該軟件分為兩個基本部分： 第一部分是在零件程序與AutoCAD環(huán)境之間創(chuàng)建一個接口。 第二部分是使零件程序數(shù)據(jù)可以被讀取和解釋。 零件程序包含了刀具路徑的一些指令（Gxx指令），幾何特性（像點(diǎn)坐標(biāo)或連接半徑），工藝特點(diǎn)（進(jìn)給率，主軸轉(zhuǎn)速，等）：該軟件只解釋這些幾何指令。 該軟件在AutoCAD內(nèi)運(yùn)行，操作員可以畫出工件或作為外部文件進(jìn)行加載，選擇刀具形狀（有四種類型的刀具：圓筒狀，圓柱形球頭，半球體，球體）和它的尺寸：該軟件能計算并繪制出是AutoCAD多段線的刀具的橫截面（圖2）?，F(xiàn)在，操作員必須加載零件程序，開始模擬。 首先，該程序分析幾何特點(diǎn)，然后將其按時間順序組合（例如：一般運(yùn)動的起點(diǎn)的X坐標(biāo)被稱為“oldx”,一般運(yùn)動的終點(diǎn)X坐標(biāo)被稱為“valx”。） 第一步后，該軟件執(zhí)行零件程序下達(dá)的運(yùn)動指令（G01，G02和G03指令）通過AutoCAD的“拉伸”和“旋轉(zhuǎn)”命令來繪圖。AutoCAD中“拉伸”命令可以將三維添加到二維封閉多段線，而AutoCAD中的“旋轉(zhuǎn)”命令可以從二維封閉多段線實(shí)現(xiàn)實(shí)體的運(yùn)動。 當(dāng)?shù)毒卟唤佑|工件時，G00指令代表刀具運(yùn)動：在我們的工作中，由棱柱形的AutoCAD的實(shí)體表示。實(shí)體的橫截面與刀具相同，通過“拉伸”命令獲取。這一運(yùn)動的模擬對于驗(yàn)證是否與夾具發(fā)生碰撞是非常有用的。 當(dāng)工具接觸工件時，G01指令代表刀具運(yùn)動：在我們的工作中，它是由AutoCAD 中棱形實(shí)體表示。實(shí)體的橫截面同樣與刀具相同，通過“拉伸”命令獲取。AutoCAD中“拉伸”命令使用線段；它的起點(diǎn)坐標(biāo)是“oldX”、“oldY”、“oldZ”，終點(diǎn)坐標(biāo)是“valX”、“valY”、“valZ”。 值得注意的是，為了執(zhí)行“拉伸”命令，需要Z軸與在X-Y平面內(nèi)的線段和多段線對齊。為此，我們已經(jīng)創(chuàng)建了相同的指令來改變AutoCAD坐標(biāo)系統(tǒng)（UCS：用戶坐標(biāo)系）。 G02和G03指令由運(yùn)動的實(shí)體表示。刀具的橫截面繞旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動產(chǎn)生這些實(shí)體。旋轉(zhuǎn)軸從圓角的中心開始并垂直于X-Y面。 由于零件程序不包括AutoCAD繪制這樣的實(shí)體所需的信息，對我們來說，為了從零件程序數(shù)據(jù)中獲取必要的信息來實(shí)現(xiàn)一些計算程序是必要的?，F(xiàn)在操作員可以開始進(jìn)行模擬。他選擇工件（或繪制它），選擇刀具的形狀和尺寸；該軟件自動繪制多段線并將其放在遠(yuǎn)離工件的所謂的“靜止點(diǎn)”。該刀具具有“編程點(diǎn)”即遵循程序軌跡的點(diǎn)（圖3）。 當(dāng)我們的軟件處理G00或G01指令，它有兩個選項(xiàng)： 1.起點(diǎn)的Z坐標(biāo)不同于終點(diǎn)的Z坐標(biāo)：我們有一個垂直運(yùn)動并且該軟件會繪制一個與刀具半徑相同的圓柱體，公式是h=Z2-Z1。 2.起點(diǎn)的Z坐標(biāo)和終點(diǎn)的Z坐標(biāo)相同：刀具在X-Y平面內(nèi)運(yùn)動，該軟件復(fù)制刀具多段線的橫截面，使其向著運(yùn)動起點(diǎn)移動。軟件改變UCS（Z軸與從起點(diǎn)到終點(diǎn)的線段對齊）并使多段線旋轉(zhuǎn)，使其必須垂直于Z軸。現(xiàn)在，多段線可以被拉伸，該軟件繪制一個實(shí)體來代表刀具運(yùn)動。 當(dāng)軟件處理G02或G03指令時，工具在X-Y平面上運(yùn)動，該軟件復(fù)制刀具的多段線橫截，使其向著運(yùn)動終點(diǎn)（G02）或運(yùn)動起點(diǎn)（G03）移動。這個程序的結(jié)果是多段線繞著旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)所繪制的實(shí)體代表著刀具的運(yùn)動（圖5）。 模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)束時，操作者可以在他個人電腦的屏幕上看到完整的刀具路徑。但是現(xiàn)在有一個CAD文件：這個刀具路徑是一個AutoCAD的實(shí)體，可以被測量，被改變，被計算體積。他也可以使用另一個AutoCAD命令：通過“刪減”命令，可以獲得工件的最終形狀，同時也也能夠測量它，還可以改變角度，或者獲取體積的幾何信息，重力的中心等等。 我們已經(jīng)使用一些零件程序測試了該軟件，結(jié)果是非常滿意的：這些模擬是非常的簡單，快速和便宜。圖6是使用我們軟件獲取的樣品圖像。 該樣品表示的是一個體積為300mm×300mm×50mm，中部有孔（直徑為175mm）的鋼鐵模座的工件。圖上顯示的是夾具和帶有球頭工具（直徑40mm）的加工部分。使用配備133兆赫的奔騰處理器和32MB內(nèi)存的個人電腦對這一工件進(jìn)行模擬所需要的時間近似少于一分鐘。因此，為了優(yōu)化程序設(shè)計階段，在幾分鐘內(nèi)通過改變幾何參數(shù)來進(jìn)行重復(fù)切削模擬成為可能。 圖2 . 工具選項(xiàng) 編程點(diǎn) 圖3. 工具的編程點(diǎn) 圖4. G01命令模擬 圖5.G02命令模擬 圖6. 渲染圖像的仿真 5.結(jié)論 如果人工操作，就時間和人力資源來說，零件程序檢查是非常昂貴的。由于在后處理階段之后軟件可以改正編程錯誤，許多切削實(shí)驗(yàn)可以被取消和機(jī)器功能被使用。所開發(fā)的軟件對快速容易的驗(yàn)證零件程序提供有效支持。 事實(shí)上，所開發(fā)的軟件可以與功能強(qiáng)大的可以構(gòu)建實(shí)體模型的常用繪圖軟件結(jié)合。因此設(shè)計師程序員能夠立即看到工件的形狀或切削過程中的錯誤。此外，模擬結(jié)果產(chǎn)生的繪制圖像可以真實(shí)地表示加工件，該軟件對個人計算機(jī)數(shù)控加工模擬和驗(yàn)證提供了一個更好的方法。 模擬數(shù)字是一個實(shí)體模型，可以給出所有不可能被其他任何模擬程序提供的幾何信息（例如體積，重心等）。此外，實(shí)體模型真實(shí)地描繪工件，通過不同角度展現(xiàn)出來。該模型也可以被操作來實(shí)現(xiàn)推廣應(yīng)用。此外，通過使用廉價的個人電腦和一個通用繪圖軟件該軟件就可以在幾分鐘內(nèi)模擬復(fù)雜的零件程序。