導(dǎo)語：數(shù)控加工可視化實(shí)現(xiàn)方法一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：近年來，在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的影響下，企業(yè)在實(shí)際的生產(chǎn)過程中逐漸實(shí)現(xiàn)了可視化數(shù)控加工，可視化系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該保證圖形的實(shí)時(shí)性以及系統(tǒng)的交互性。本文對現(xiàn)階段常見的集中數(shù)控加工仿真方法進(jìn)行分析，并對數(shù)控加工過程中可視化方案的設(shè)計(jì)、軟件開發(fā)以及可視化仿真系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工；可視化；仿真方法

可視化是一種計(jì)算方法，這一計(jì)算方法在數(shù)控加工當(dāng)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)信號到圖形圖像的轉(zhuǎn)換，為企業(yè)相關(guān)研究人員對數(shù)據(jù)的模擬與計(jì)算提供了很大程度上的方便。不僅如此，數(shù)控加工可視化還將不可見的數(shù)據(jù)變得更加形象、直觀，為人們帶來了深刻的印象，對多個(gè)領(lǐng)域的科學(xué)研究都產(chǎn)生了一定幫助。本文主要對數(shù)控加工過程可視化的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行研究。

1數(shù)控加工仿真方法

1.1直接實(shí)體構(gòu)造法。直接實(shí)體構(gòu)造法屬于數(shù)據(jù)加工仿真法的一種，借助這一方法經(jīng)過布爾運(yùn)算能夠有效的減去毛坯體當(dāng)中的道具掃描體，從而得到加工明確的實(shí)體模型。但這種仿真方法有著很大的局限性，由于規(guī)則的布爾操作只能應(yīng)用于實(shí)體造型系統(tǒng)當(dāng)中，因此，直接實(shí)體構(gòu)造法只適用于CSG或B-rep表示的實(shí)體造型系統(tǒng)。不僅如此，由于布爾運(yùn)算十分復(fù)雜，因此在實(shí)際應(yīng)用的過程中會(huì)受到很大程度上的限制，所以導(dǎo)致直接實(shí)體構(gòu)造法很難實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)仿真。1.2空間分割表示法。與直接實(shí)體構(gòu)造法相比，空間分割表示法在NC加工檢測當(dāng)中的應(yīng)用具有可行性，其最大的優(yōu)點(diǎn)便在于不被復(fù)雜的惠澤布爾運(yùn)算操作所限制?？臻g分割表示法能夠利用分解實(shí)體為基本元素的方式將布爾運(yùn)算操作進(jìn)行簡化?？臻g分割表示法可以分為很多種，根據(jù)基本體形式不同而有所差異，例如深度體素?cái)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)法、八叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)法、TG-Buffer法等。這一系列方法在應(yīng)用過程中，其加工時(shí)間與走刀次數(shù)成正比例關(guān)系，因此可以用在復(fù)雜雕塑的曲面加工仿真處理當(dāng)中。除此之外，空間分割表示法還具備一定的零件面與加工面誤差測量的作用。1.3離散矢量求交法。離散矢量求交法通常在估算加工誤差時(shí)使用，通過定位、離散以及求交計(jì)算，對設(shè)計(jì)曲面上所有預(yù)選點(diǎn)與刀具切割面之間的距離進(jìn)行計(jì)算。在設(shè)計(jì)曲面上，一系列離散點(diǎn)都存在一個(gè)與其相關(guān)的外法線矢量。對于加工誤差的檢測，主要是通過計(jì)算各離散點(diǎn)與刀具切割面之間的距離，但離散矢量求交法只能應(yīng)用于對零件面的處理當(dāng)中，因此，很難做到動(dòng)態(tài)加工仿真。離散矢量求交法與空間分割表示法有一種相同的優(yōu)點(diǎn)，那就是能夠?qū)⒛Ｐ瓦M(jìn)行有效的簡化，這在很大程度上提高了繪制的實(shí)時(shí)性，通過計(jì)算道具切割面與零件面之間的距離，能夠準(zhǔn)確的測出三角片頂點(diǎn)高度，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工仿真。

2可視化方案的設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)

2.1可視化方案設(shè)計(jì)。可視化這一研究理念是在數(shù)控編程基礎(chǔ)上的發(fā)展與延伸，通過虛擬加工的方式，對整個(gè)加工過程進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)。假設(shè)虛擬加工當(dāng)中只存在零件、刀具以及夾具模型，同時(shí)將其當(dāng)作構(gòu)型特征。借助特征造型技術(shù)，使構(gòu)型特征能夠得到更為深入的形狀細(xì)分，最終將所有結(jié)構(gòu)劃分為平面以及圓錐面兩種最基本的幾何元素。如圖1所示。虛擬系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖主要由虛擬加工環(huán)境、虛擬架構(gòu)過程兩個(gè)模塊所構(gòu)成。①虛擬加工環(huán)境。這一模塊主要由三種元素構(gòu)成：加工零件、刀具以及夾具，并借助openGL以及CAD對這三種元素進(jìn)行特征造型。②虛擬加工過程。此模塊主要由五種元素構(gòu)成：數(shù)控程序譯碼、碰撞干涉檢驗(yàn)、加工精度仿真、加工統(tǒng)計(jì)分析以及三維動(dòng)畫仿真。其中，數(shù)控程序譯碼指的是對代碼的語法和語意進(jìn)行檢查，對刀具加工位置以及運(yùn)動(dòng)軌跡等信息進(jìn)行掌握；數(shù)控加工過程仿真由物理仿真以及幾何仿真兩部分構(gòu)成，與物理仿真相比，幾何仿真不需要考慮切削力、切削參數(shù)等因素對加工產(chǎn)生的影響，只需要翻譯數(shù)據(jù)程序，從而獲得刀具位置的信息并通過此信息驅(qū)動(dòng)刀架運(yùn)動(dòng)即可。2.2可視化軟件開發(fā)。可視化軟件又稱為環(huán)境構(gòu)造程序，主要任務(wù)就是對加工過程當(dāng)中的物和景進(jìn)行填充。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該將虛擬系統(tǒng)結(jié)構(gòu)當(dāng)中的各種行為以及元素進(jìn)行充分考慮，并且將其融入到實(shí)際的程序當(dāng)中。借助計(jì)算機(jī)技術(shù)，能夠?qū)梢暬矬w進(jìn)行建模，形成完整的骨架輪廓。這樣一來，物體便有了基本的結(jié)構(gòu)，然后再添加上適當(dāng)?shù)纳室约瓣幱暗容o助效果，使整體效果能夠達(dá)到其要求。

3可視化仿真系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

如圖2所示，仿真模塊的工作過程首先需要借助CAD以及openGL進(jìn)行場景的營造，其次對加工場景的數(shù)據(jù)以及圖形進(jìn)行存儲(chǔ)，然后通過數(shù)控程序翻譯獲取刀具的運(yùn)行軌跡以及位置信息，從而驅(qū)動(dòng)CAD以及openGL構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)部件，最后進(jìn)行碰撞干涉檢驗(yàn)。3.1翻譯模塊。翻譯模塊對于動(dòng)態(tài)仿真的實(shí)現(xiàn)具有十分重要的作用，其主要負(fù)責(zé)檢錯(cuò)和翻譯兩點(diǎn)工作內(nèi)容：①檢錯(cuò)階段。根據(jù)相關(guān)的數(shù)控加工知識(shí)以及編程規(guī)定對NC代碼的詞法、語法、語意進(jìn)行分析，以此找出NC代碼當(dāng)中存在的邏輯錯(cuò)誤、詞法以及語法錯(cuò)誤。若NC代碼在經(jīng)過檢錯(cuò)后未發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，則直接進(jìn)入到翻譯階段。②翻譯階段。將NC代碼當(dāng)中記錄的機(jī)床部件運(yùn)動(dòng)控制信息進(jìn)行提取，并且刀具以及工件的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)根據(jù)速度以及位移情況進(jìn)行不同時(shí)間段的劃分，從而計(jì)算出不同時(shí)間段機(jī)床各個(gè)坐標(biāo)的位移數(shù)據(jù)，以此實(shí)現(xiàn)機(jī)床模型的模擬驅(qū)動(dòng)，并對NC代碼驅(qū)動(dòng)的加工過程進(jìn)行模擬仿真。3.2數(shù)控程序的構(gòu)成。程序段是構(gòu)成數(shù)據(jù)程序的主要元素，其是指為實(shí)現(xiàn)某一操作的功能字組合。功能字指的是功能的代碼符號，主要由數(shù)字、符號以及字母所構(gòu)成。程序段的格式就是程序段當(dāng)中不同數(shù)字、符號以及字母的排列形式，程序段格式的不同直接影響了數(shù)據(jù)系統(tǒng)功能的多少、數(shù)控裝置復(fù)雜程度以及程序編制的簡易程度。現(xiàn)階段，我國的數(shù)控裝置大多數(shù)都采用可變程序段，即字地址格式，同時(shí)，國際標(biāo)準(zhǔn)組織還將字地址格式設(shè)置為ISO標(biāo)準(zhǔn)。字地址程序段格式主要由N、G、T、F、X、Y、I、Z、K、M、S、J十二種指令構(gòu)成，指令所代表的功能不同，例如，G指令描述機(jī)床運(yùn)動(dòng)方式、M指令代表機(jī)床主軸的起停等。3.3數(shù)控程序翻譯。通常情況下，數(shù)控系統(tǒng)當(dāng)中的地址符代碼字是固定不變的。換言之，地址符與地址值在編寫過程中都需要參照固定的標(biāo)準(zhǔn)格式進(jìn)行編寫。雖然編程代碼字的編寫形式比較復(fù)雜，但最終經(jīng)過處理后也能夠成為簡單的標(biāo)準(zhǔn)格式。如圖3所示。NC代碼的翻譯模塊主要包括五個(gè)部分，分別為預(yù)處理、詞法分析、語法分析、語意分析以及翻譯執(zhí)行。

4結(jié)束語

綜上所述，本文對現(xiàn)階段常見的集中數(shù)控加工仿真方法進(jìn)行分析，并對數(shù)控加工過程中可視化方案的設(shè)計(jì)、軟件開發(fā)以及可視化仿真系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究?？梢暬瘮?shù)據(jù)加工能夠?qū)⒉豢梢姷募庸み^程進(jìn)行形象的體現(xiàn)，為找出加工過程當(dāng)中問題存在的問題提供了重要幫助。通過對可視化數(shù)據(jù)加工仿真系統(tǒng)的研究，分析了可視化系統(tǒng)的內(nèi)涵以及工作過程，對我國數(shù)控加工過程的可視化發(fā)展具有重要意義。

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作者:王捍天 單位:南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院