试论数控加工动态仿真系统的研发及应用

市 场 的 认 可 ， 为螺 旋 锥 齿轮 技 术 的 发 展 趋 势 之 一 。 成
Ｙｏ ｋ １ ６ ２ ２ ７ Ｇｌａｏ ｏ ｐ ｒ ｔ ｎ ２ ０ ． ｒ ４ ９ — ９ ０： ｅ ｓ ｎ Ｃ ｒ ｏ ａｉ ０ ０ ｏ
（ 稿 日期 ： ０ ２ ３ ４ 收 ２ １ —０ 一Ｏ ）
１ 数 控 加 工 动 态 仿 真 系 统 的 研 发
（ ） 体 设 计 结 构 。如 图 １ 示 ， 先 通 过 蓝 天 数 控 １整 所 首 系统 解 释 器进 行 工 件 程 序 的 读 取 ， 进 行 语 法 、 法 等 检 再 词 查 分 析 工 作 ， 提 取 数 控 程序 过 程 的 同时 对 刀 具 和 工 艺 信 在
数 控 系 统 一 般 作 为 独 立 于 其 他 操 作 过 程 的 控 制 单 元 ， 用 于 各 个 对 象 的控 制 中 ， 制 和 管 理 是 系统 软 件 需 作 控 要 完 成 的 工 作 。控 制 软 件 包 括 刀 具 补 偿 、 补 计 算 、 插 译 码 、 置 控 制 以及 速 度 预 处 理 等 密 切 联 系 机 床 加 工 的 功 位 能 。管 理 软 件 包 括 ＩＯ 处 理 、 断 、 示 、 入 等 。 控 制 ／ 诊 显 输
优的加工方案 。
（ ） 示 。 主 要 提 供 操 作 上 的 方 便 ， 般 用 在 零 件 程 ２显 一 序 的 显 示 、 床 状 态 显 示 、 数 显 示 、 警 显 示 及 道 具 位 车 参 报
置显示等 。
（） 型 的 建 立 。 首 先 处 理 ＮＣ 文 件 ， 含 检 查 语 ３模 包 法 ， 译 可 识 别 中 间 数 据 。程 序 采 用 的 解 释 原 则 是 编 译 编 指令一条 ， 执行一条 ， 则 同时 显 示 执 行 完 的成 果 。
（ ） 据 的 传 输 。建 立 在 Ｒ Ｓ Ｒ ａ～ Ｔ ｍｅＣ ｎｒｌ ２数 Ｃ （ ｅｌ ｉ ｏ ｔ ｏ
艺和水平 、 产品质量 等各方面 进行调整 和提升 ， 以实现整 参 考 文 献 ： ［ ］ 耀 东 ， 俊 杰 等． 齿 锥 齿 轮 的 高 效 干 切 技 术 ． １谢 张 弧 个 汽 车 产 业 的 升 级 和 结 构 调 整 ， 将 来 的 快 速 发 展 蓄 积 为 ２ ０ ／． 能 量 。株 齿 作 为 重 型 螺 旋 锥 齿 轮 领 先 的 制 造 企 业 ， 用 现 代 零 部 件 ，０ ９７ 利 ［ ］ 文 ， 耀 东 ． 进 的 螺 旋 锥 齿 轮 弧 齿 加 工 工 艺 ２程 谢 先 干切技术对产 品结构 及制 造工 艺进 行了 结构性 的 调整 ， 探 讨 ． 械 制 造 ，０ ８ ５ 机 ２０ ／． 实现企业的转 型升级 。随着 中国机床 、 具 、 刀 材料 等技术 ［］ ｒ ａＪＳａｔ ｌ Ａ ｖｎｅ ｅｅＧ ａ Ｔｃｎｌ ｙ ３Ｈｅ ｎｎ．ｔ ｛ｄ ｄａｃ Ｂ ｖｌ ｅｒ ｅ ｏ ｇ ｝ ｒ ｄｅ｛ ｄ ｈ ｏ 的发展和完善 ， 以预 见 ， 可 国内螺旋锥齿轮 的干切将 会得 ［ ．００Ｕｎ ｅｓｙ ｖｎ ｅ ． ． ｏ ２７ ｏｈｓ ｒＮ ｗ Ｍ］１０ ｉ ｒ ｔ Ａ ｅｕ Ｏ Ｂ ｘ２９０Ｒ ｃｅｔ ， ｅ ｖ ｉ Ｐ ｅ 到 广 泛 的应 用 。 目前 ， 行 业 内 干 切 齿 的 优 势 已 获 得 了 在
生 成 图像 数 据
诊断程 序 操 作 ， 对 存 储 器 、 ／ 接 口、 围 设 备 等 的 针 Ｉｏ 外
检 测。
３ ３ 机 械 控 制 设计 ．
（ ） 码 处 理 。针 对 零 件 程 序 的 处 理 ， 指 按 照 相 关 １译 是
变换参 数
的语 法 规 则将 其 翻 译 成 计 算 机 可 以 识 别 的 数 据 类 型 ， 并 用 适 合 的数 据 格 式 存 放 在 指 定 内 存 单 元 中 。 译 码 时 ， 还
仿 真运 行 仿 真结 果
加 工初 始信 息
会 自动对程序段进行语 法检查 ， 并在发现错误后报警 。 （） ２ 刀具补 偿 。根 据刀具 的 参数来 制作 刀具 长度 补 偿 以及半径补偿 量 ， 并通 过 零件轮 廓轨 迹 来计算 刀具 的
中心 轨 迹 ， 在 零 件 加 工 中保 证 精 度 。 使
与工件有碰撞发生 ， 确保判别工件程序的准确性 。当工件 ２ 数 控 加 工 动 态 仿 真 系 统 中 相 关 软 件 的 开 发 及 实 体 与刀 具 扫 描 体 不 断地 进 行 布 尔 差 数 学 运 算 时 ， 态 仿 建 模 动 真 系 统 便 会 实时 显 示 工件 实 体 的 加 工过 程 。 此 套 仿 真 软 件 主 要 通 过 虚 拟 现 实 技 术 和 计 算 机 的 仿 真技术来模拟数 控加 工的整 个过 程 ， 加 工人 员可 以对 让
自动 生成 的Ｎ 文件 Ｃ
（ ） 断 。具 有 诊 断 联 机 和 脱 机 的 功 能 。联 机 诊 断 ３诊 指 的 是 数 控 车 床 工 作 中进 行 的 自诊 断 程 序 ， 可 以 对 错 也
误事件 进行检 测 。脱机诊断指的是数 控车床具 备的脱机
代 码编 制 准则
ＮＣ 文件 的语法 检测 生成 可识 别 的 中间数据
和管理的任 务在 多数 条件下 需 要 同时进 行 ， 如控 制和 例
显 示 要 同 时 进 行 ， 置 控 制 和 插 补 也 需 要 同 时 进 行 。数 位
和表面粗糙 度 有很 大 的 影响 ， 此 ， 补 是一 项 实 时性 因 插 强， 对精度要求很高的运算 。
（） ５ 位置 控 制 。 伺服 系 统 中 的 每 个 采 样 周 期 ， 比 较 都
刀具 的初 始数 据
刀 具扫 描体 的实体模 型
配图像 中的动画速度 。如此才 能给入展 示出更加 逼真 的
图 １ 数 控 加 工 动 态 仿 真 系统 整 体 设 计 图
效果 。软件还可 以具有 其 它的 辅助 功能 ， 例如 工件加 工 的误差 、 程序语法 的检 查和 工件 表面 的粗 糙度 估算 及预
（ ） ／ 处 理 。主 要 处 理 有 关 数 控 车 床 面 板 中 的 开 １ Ｉｏ
关信 号 ， 输入 、 出并控 制车 床 电气信 号 （ 输 如换 挡 、 刀 、 换
冷 却 等 ） 。
时监控仿真过程 ， 校对 Ｎ Ｃ文件的 准确性 ； 同步显 示机床
加 工 时 间 和 状 态 ； 过 测 试 ＮＣ文 件 的 执 行 时 间 确 定 最 通
控系统的实时性和任 务多使 系统 中断毫 无争议 占领整个
系 统 的 核 心 地 带 ， 中断 类 型 分 为 内 、 部 中 断 和 程 序 性 其 外
息进 行 加 工 。接 下 来 ， 态 仿 真 系 统 会 对 刀 具 、 件 等 物 动 工 Ｎ ＭＬ的 通 信 配 置 文 件 进 入 初 始 化 ， 而 创 建 一 片 能 被 任 进 体进行初始实体模型的构造 ， 通过 分析 系统中各个 组成部 务进行 部分共享的连 续性 缓冲 区 ， 后要 在 二者 之间 实 最 件的几何信息和位置信息 ， 实现 加工环 境的动态三维实体 现 通信 则 只 需 再 对 缓 冲 区 中 全 局 变 量 进 行 实 时 读 写 便 可 显示 。与 刀 具 轨迹 相 关 的 刀 位 点 的 信 息 以 及 计 算 可 以 从 以了 。成功的信号便是读操作所检索 到的数 据与写操 作 Ｎ （ ｕｒｌ ｓａｅ ａｇ ａｅ通 道 中获 得 ， 此 便 可 计 ＭＬ Ｎｅｔ ｓｇ ｎ ｕｇ） ａ Ｍｅ Ｌ 如 所发送的数据内容一致 。最后退 出动 态仿真 系统时也 关 算出刀具扫描体中的几何体了 。需要注意的是 ， 刀具 会沿 ＭＬ通 道 。 着刀位点而移动 ， 所以要重点检测刀具垫 生
技术推广
． 测加工时间 ， 这样能 优化应 用仿真软件 的程 序 ， 而在 实 ３ ２ 机 械 管 理 设 计 进
际加工 中提供更好 的服 务。
（ ） 真 软 件 开 发 中 主 要 实 现 的 功 能 。 检 查 Ｎ 文 ２仿 Ｃ 件 的语法 ； 证机 床实 际加 工 的过程 ， 到相 应结 果 ； 反 得 实
创建Ｎ Ｌ ． Ｍ Ｌ Ｊ获取刀具的刀
通道 ｌ｝ 位点数据
实体模 型更 新
动态切 削 显示
工件初 始数 据
工件 的实 体模 型
加 工环 境 的三 维实体 显示
时刻参数 状态 ， 者希望 仿真 暂停 、 或 减慢 或加 快 速度 ， 系
统 都 可 以 实 时 达 到 客 户 的 要 求 ； 次 是 动 态 性 。 仿 真 系 其 统 的 动 画 功 能 事 实 上 是 不 断 将 点 并 在 屏 幕 中 并 加 以 显 示 。主 要 功 能 是 把 加 工 刀 具 和 图 像 变 化 传 达 出 来 ， 匹 并
图 ２ 总 体 数 据 流 程 图
３ 数 控 加 工 动 态 仿 真 系统 的 应 用 与 实 现
３ １ 机 械 系统 结构 ．
（） ３ 速度处理 。通过 合成 速度 来计 算各 个运 动坐标 中的分速度 ， 并依 照机 床所 允许 的最 低 、 高速度 、 最 最好
升降速规律以及最大加速度 ， 规划速度 。 来 （ ） 补 运 算 。 插 补 精 度 对 数 控 系 统 中 工 件 加 工 的 ４插 精 度 有 直 接 的 影 响 ， 外 ， 补 速 度 也 对 工 件 的 加 工 速 度 此 插
技术推广
试 论 数 控 加 工 动 态 仿 寅 系 统 昀 砜 发 及 应 用
黑龙 江科 技 学 院 安兴 伟
摘要 ： 文首先 介绍 了数 控加 工动 态仿真 系统的研 本
Ｓ ｓｅ 方法的基础之上 ， ｙｔｍ） 但任 务协调和 加工仿 真的部 分
发， 然后介绍了数控加工动态仿真 软件的开 发及建模 ， 最 则 是 独 立 出 来 的 Ｒ Ｓ模 块 ， 过 Ｎ Ｃ 通 ＭＬ这 种 标 准 通 信 语 后讨 论了数 控加 工动态 仿真 系统 应用 与实现 ， 针对 应 言来实现相互之间的通信联 系。而任 务控制 器系统 与动 并 用 存 在 的 问 题 提 出 了 相 应 的解 决 建 议 。 态 仿 真 系 统 之 间 的 通 信 则 是 需 要 经 过 共 享 缓 冲 区 来 实 关 键 词 ： 控 加 工 ； 真 系统 ； 态 仿 真 数 仿 动 现 。基 于 Ｎ ＭＬ的 消 息 机 制 ， 体 上 可 分 为 ３种 消 息 ： 大 状