毕业设计(论文)数控加工仿真系统的相关研究.doc
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1、摘 要首先,在分析了国内外数控自动编程系统研究现状的基础上,本文提出了数控编程系统的模块化结构模型。该模型采用模块化的分层结构,各模块执行相应的功能,并在各层次之间利用函数调用来实现功能的整合,这充分体现了数控自动编程系统的模块化、可重构、可扩展的体系特征,为整个数控冲床自动编程系统的软件开发奠定了基础。本文提出了数控自动编程系统仿真模块的总体结构方案,实现了基于AutoCAD的二维动态仿真,并对NC代码翻译的一些关键技术做了深入的研究。数控自动编程系统的操作界面是在VISua1LiSP环境下制作完成的,本文详细说明了数控自动编程系统的菜单文件、DCL文件的开发过程,并且实现了DCL对话框的程
2、序驱动和驱动优化。本程序对实际加工的图纸进行了例运行,证明了程度的实用性与高效性. 数控自动编程系统主要包括图形数据的采集,加工模具的选择,加工路径的优化处理以及NC代码的生成等一系列过程。图形数据的采集主要涉及到AutoCAD中圆形信息的提取和多段线图形信息的提取。关键词:AutoCAD软件,模块化设计,VisualLISP, 动态仿真ABSTACTFirstly,based on analyzing the present develop situation and research siruation of the domestic and indernational automatic
3、 programing system of numrical of the domestic and international automatic programming system of numerical control press,this article established the modular structural model of the automatic programming system of numerical control press.This model adopted the modular structure of stratified design,
4、and the system realized the combination by call function.This model fully shows the system feature of the automatic programming system of numerical control,and made a foundation stone for deveploping whole system .The article made the overall structure of the simulation modular of the automatic prog
5、ramming system of mumerical control press,and put forward a method of the two-dimension dynamic simulation on AutoCAD.Then,the article presented some methods solve the crucial technical problems of NC codes translation.The working interface of the automatic ptogramming system of numerical control pr
6、ess was completed by VisuaLISP.The article esplained the develpoment course of the menu files and DCL files of the automatic prongramming system of numerical control press in detail, and finally realized the drive of DCL dialogue frames and the optimization of the drive program.Through running the s
7、ystem program on the practical processing drawing, the article proved that this automatic programming systen is practical and efficient.The major functions of this automatic programming system include gathering the graph data,choosing the processing mould automatically,the potimization of processing
8、 route and generating the NC codes. The gathering of graph datas concerned mainly with gathering the graph information about rircle and polyline in AutoCAD. KEY WORD:AutoCAD sofeware, Modulized design, Visua1LISP, dynamic simulation目 录前言5第一章 数控加工仿真系统的相关研究7 1.1 数控加工仿真的目的及分类7 1.2 数控加工仿真的发展趋势7第二章 AutoC
9、AD的特点及在加工仿真中的应用9 2.1 AutoCAD的概论及特点9 2.2 AutoCAD 技术在工程设计中的特征与发展9 2.2.1 现代机械工程设计的特征9 2.2.2 AutoCAD 技术的发展趋势10第三章 基于AutoCAD环境的3B数控加工11 3.1 3B语言简介11 3.1.1 直线的编程规则11 3.1.2 圆弧的编程规则11 3.2 程序设计结构12 3.2.1 基本结构12 3.2.2 程序的基本操作及运行流程13 3.3 基本原理13第四章 机构运动的分析15 4.1 运动分析的目的及基本方法15 4.1.1 运动分析的目的15 4.1.2 动分析的基本方法15 4
10、.2机构简图15第五章 典型零件的加工模拟仿真20 5.1 简单零件的加工20 5.1.1 三角叉的加工20 5.2 复杂零件的加工21 5.2.1 星型零件的加工21 5.2.2 花型工件的加工22 5.2.3 典型零件的加工23结论25致谢26参考资料27附录28前言AutoLISP是一种面向对象的人工智能语言,是AutoCAD内嵌的编程工具,应用AutoLISP语言并结合AutoCAD的绘图命令及相关内部函数就可以用来编写用户自己的应用程序。在工程设计中齿轮的设计与制图是一项繁琐且重复性大的工作,传统的人工设计费图参数化绘图程序设计的流程图时费力,而且容易出错,花在创造性设计的时间大大减
11、少,导致产品开发周期长,产品质量差,市场竞争力弱。如何在机械设计中快捷地使用齿轮,最有效的途径就是利用AutoLISP语言进行AutoCAD的二次开发,实现参数化绘图程序设计,可使工程设计人员减少不必要的重复劳动,把更多的时间投入到创造性的工作中去,缩短新产品开发周期,提高设计效率。所谓参数化绘图是将工程图中的图形与一组参数相关联,由这组参数表示的约束条件来确定相应零件的图形即根据参数自动生成零件图形。现以圆锥齿轮的参数化绘图程序设计为例来说明其程序结构及设计。随着时代的进步,计算机辅助设计发展迅猛,全面取代传统的丁字尺加图板的手工绘图方式已成必然。这种势头给各行各业都带来了冲击,从早年间颁布
12、的红头文件可见一斑。可以毫不夸张地说,对于作为衡量素质标准的计算机辅助设计,不能等闲视之。Auto CAD作为CAD的工具,是一个功能极强的计算机辅助设计、绘图的通用软件包。如今Auto CAD在各部门得到广泛应用。AutoCAD实际上已经成为一种微机CAD系统的标准,工程设计人员之间交流设计思想的公共语言。AutoCAD之所以得到如此广泛的应用,除了它功能强大,易学易用外,还在于它是一个开放的、交互式的软件。用户可以编写AutoLISP、ADS或ARX应用程序,作为新的命令,实现特定用户的特殊需要,或对AutoCAD做一些二次开发和应用,以使用户更方便、快捷地满足工作要求。仿真属于一门基础性
13、学科,它是利用模型进行的一种试验,可极为有效而经济地用于科研、设计、训练以及系统的试验。仿真技术是以控制理论、相似原理、数模与计算技术、信息技术、系统技术及其应用领域相关专业技术为基础,以计算机和多种专用物理效应设备为工具,借助系统模型,对实际的或设想的系统进行动态试验研究的一门综合性技术。其特点是它属于一种可控制的、无破坏性的、耗费小的、并术许多次重复的试验手段。仿真本质上是一种知识处理的过程,典型的仿真过程包括系统模型建立、仿真模型建立、仿真程序设计、等机构的运动仿真采用计算机动态仿真技术,利用计算机以动画的形式对所研究对象的结构,功能和行为进行动态性和逼真的模仿。组成机构的构件的长度尺寸
14、,相互间夹角等的不确定性,使得对机构进行运动仿真时,原动件(一个或多个)做周期运动时,并非在整个运动周期内均能动态显示,意即在某个位置,组成机构的某一构件在数学计算时无有理数解,反映在实际情况中就是机构不满足装配条件(例如曲柄和摇杆的定义即基于此)。对数控加工过程进行参数的选择是否合理,以其在进行实际加工之前修正数控程序中的错误,优化各种加工参数,从而达到降低废品率及产品成本的目的。因此在本系统中,仿真模块的仿真对象是刀具的运动轨迹。在虚拟制造环境中,对数控加工过程进行仿真,不但可以完成实际加工前的仿真检验 ,还可以在计算机上对数控操作工进行培训,因而具有很高的应用价值。而实现数控仿真关键的第
15、一步就是对 NC 程序的转换。通过转换后生成的数据链表,可以实现数控仿真。第一章 数控加工仿真系统的相关研究1.1 数控加工仿真的目的及分类目的:通过建立各种模型对数控加工过程进行仿真,期望达到以下目标:1、检验数控加工程序的几何正确性:通过数控加工仿真可用几何图形、图像或动画的,方式显示加工过程,从而检验零件的最终几何形状是否符合要求,加工过程中是否存在漏切过切现象,刀具运动过程中是否会与夹具或机床产生碰撞,从而确保能加工出符合设计的零件,并避免刀具、夹具和机床的不必要损坏。2、检验数控加工参数的合理性:数控加工参数,如切削深度、切削速度和进给量的选择直接影响最终零件的表面质量和精度,并对刀
16、具寿命和机床变形等有直接影响,通过仿真可对数控加工参数进行优化,从而提高产品质量或提高加工效率。3、为在线精度补偿提供依据:在仿真过程中计算切削力、切削热,进而计算出工件、刀具、夹具和机床预测刀具寿命:根据刀具和工件的材料属性、加工过程中的物理参数切削热、切的变形量,以便进行在线精度补偿,从而提高加工精度。4、削力可计算出刀具的使用寿命,以便当刀具接近寿命极 限时及时换刀,避免因刀具崩刃或过度磨损产生废品或使夹具和机床产生不必要的损坏。5、进行技术培训:传统的技术培训方式是,操作人员学习了基本理论和操作规程后,直接到现场练习,动手开动数控机床进行加工,由于初学者不可避免地要犯各种错误,因此常常
17、造成零件废品,甚至导致昂贵的数控机床损坏。利用数控加工仿真系统进行技术培训可降低培训成本,提高培训速度和质量,因此这种培训方式越来越受到重视。分类:按照应用目的,可将数控加工仿真系统分为几何仿真系统和物理仿真系统,几何仿真用于检验刀具路径,进行刀具与工件、夹具和机床的碰撞检测而物理仿真则根据各种物理模型计算切削力、切削热、变形量等物理量,从而为精度补偿或切削过程优化提供依据。几何仿真为物理仿真提供计算所需的各种几何信息数据如1.2 数控加工仿真的发展趋势随着网络的普及,对现代的数控加工仿真系统提出了更高的要求,传统的集中安装的单体式仿真应用程序已很难满足要求。未来新型数控仿真系统必须具备如下特
18、性: 1、分布特点:数控加工仿真需要多方参与,仿真过程所需的原始数据往往来自多个部门的数据库,这些部门在地理上是分布的,甚至有可能分布在世界的不同地区。例如,机床参数由机床管理部门提供,夹具参数由工艺装备设计与管理部门提供,刀具参数来自刀具刃磨与管理部门的数据库,工件材料特性、 刀具材料特性分别来自不同的数据库。 2、高性能计算:如前所述,最精确的数控仿真方法是基于实体造型的方法,然而这种方法需要进行大量的三维布尔运算,属于计算密集型算法。单台微机难以提供如此高的计算能力。要想基于实体造型的仿真达到使用要求,有三种方法,一是采用大型的高性能并行计算机;而是采用多台微机或工作站构成的计算机群(c
19、luster),但是这两种方法成本高昂,不够灵活,难以普及;三是采用新兴的网络技术。网络是一种新兴的基础设施,他将从根本上改变我们思考和使用计算机的方式,网络的目标是将各种计算资源,包括CPU计算能力、存储能力、各种设备集成到一起,使他们协同工作人们可以像使用电能一样自由地使用各种计算资源。由于桌面计算机的普及,即使是在一个公司内部,也可聚集上千台机构造成桌面计算机网格。据统计,桌面计算机系统在白天有85%的时间是空闲的, 而在晚上这一比例高达95%。桌面计算机网格可收集这些闲散的计算资源。因此分布式数控仿真网格将是未来的主要研究方向,这需要研究相应的系统结构及适用于网格平台的仿真算法。数控仿
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