基于智能终端的数控加工仿真技术的研究与开发

孙桂爱

江西工业工程职业技术学院 江西萍乡 337000

随着数控加工技术在机械制造业领域的广泛应用，深刻改变了传统制造业的生产方式、产业结构以及管理方式。随着数控加工技术的不断发展，与之关联的经济效益和强大的辐射能力更是难以估计。高水平的数控加工技术标志着一个国家制造业现代化的程度，对提高国家综合国力水平具有重要的战略意义。全面实现机械加工生产过程数控化，已成为先进制造技术的发展趋势。

1 数控加工仿真系统的设计结构

数控仿真系统被广泛应用到企业生产实际中，它能够对零件设计缩短时间，并对零件设计过程中的准确性、数控程序正确性及工艺流程有效性进行有效检验，可以使零件加工质量得到进一步的提高，降低制造成本。系统仿真是系统实验研究的主要学科，其对系统开发属于综合性工程，要经过系统分析、建模、总体架构及程序编写等步骤，图1为仿真系统开发的流程。

利用模块化进行数控加工仿真系统的设计，将系统分解成操作面板、代码解释、通讯模块、三维仿真及数据库五个模块，图2为数控加工仿真技术的功能模型。其中模拟操作板主要是以实际的操作面板为模拟进行设计，主要包括显示器和操作键盘，其主要目的就是将机床状态及参数充分的现实出现。其中代码解释模块指的是在三维几何数控仿真系统中使用刀位数据成为运动驱动代码的模拟，所以就要创建代码解释模块对代码进行分析和处理;三维仿真模块属于仿真系统的核心部分，其不仅能够有效模拟工件加工的动态化过程中，还能够实现加工过程中碰撞及干涉的检测;通讯模块的主要目的就是使系统能够和自动编程器、机床之间实现数据交换，创建实验室局域网，有效满足网络化教学需求;数据库的主要目的就是由于刀具具有多种种类，使用数据库管理能够便于用户设备及选择。

图1 仿真系统开发的流程

图2 数控加工仿真技术的功能模型

2 数控加工仿真模块化设计

2.1 几何建模技术

数控加工过程图形仿真就是以三维立体图形动态呈现整个零件加工过程，而几何建模是建立整个数控加工图形仿真的重要前提，高效的几何建模技术对整个仿真系统的高性能和可靠性至关重要。目前，在数控加工仿真领域中，应用广泛的3D几何建模技术方案有：线框建模、表面建模、实体建模、图像空间建模、离散矢量建模以及三角网格法建模等。线框建模是计算机图形学中最早用于表示三维简单实体，利用最简单的几何元素点和线段等来构建三维实体物体内部模型，由于所需信息少，不能处理复杂的三维实体;表面建模建立在线框建模的基础上，采用实体物体的表面、顶点以及棱边构建三维模型，所表示的实体几何信息更加丰富，但由于无法确定面的矢量，不能判断实体是否为实心，建模精度得不到保证;实体建模基于上述建模技术改进的基础上，预先定义基本的几何形体，囊括了实体模型的面、边以及顶点等信息，从实体物体内部对其拓扑信息进行描述。经过布尔运算和变形操作，可有效实现实体各个棱边的消隐，构造出更为复杂的三维实体物体，应用最为广泛;图像空间建模将三维物体按照图像空间的像素(Pixel)进行离散，同时借鉴了Z-buffer的思想，将屏幕上的每个像素上的零件和刀具看作是垂直于屏幕上对应像素的长方体单元，并且进行Z轴方向的离散化，得到Dexel结构模型，刀具和零件Dexel结构做布尔运算进行数控加工仿真，但是在图形仿真过程中视角固定，无法实现从多个角度观察仿真效果，在多个角度观察仿真效果的场合并不适用。

2.2 NC代码译码机制

数控加工仿真的目的在于检验NC代码的正确性及合理性，为实现数控加工过程的动态仿真，必须对NC代码进行解析，获取其中刀具驱动数据源，驱动刀具对零件3D模型动态加工。因此在数控加工仿真系统中，设计合理NC代码解释器是实现动态加工仿真的关键环节。NC代码解释器执行流程：NC代码经过词法分析，排除非法字符;语法分析对代码中的程序语法规则进行分析，验证程序字的完整性;语义分析模块对代码进行上下文逻辑性进行分析，提取出程序字的类型信息以及作用域信息;指令加工转换实现对数控代码进行编译，提取出刀具运动切削信息，并经过后期插补运算，实现轨迹数据点密集化[1]。

3 数控加工仿真系统的测试

人机界面属于用户体验中尤为重要的部分，如果人机界面良好，就能够有效实现辅助工作人员机械操作过程，并且操作简便，机械的加工较为直观，而且生产速度较快。人性化设计能够使机械在使用过程中的时间进行能延长，数控加工仿真中的人性化界面尤为重要，其能够有效监控操作人员的仿真过程。

4 结语

因为数控加工过程中具有多种复杂的因素，而且仿真系统自身也比较复杂，那么在研究数控加工仿真过程中，就需要做大量的准备工作。本文在实现基于智能终端数控加工仿真系统开发过程中，全面考虑数控机床切削力等因素，所以能够使系统加工质量预测精度得到进一步的提高。通过本文测试也表示，本文所设计的系统能够满足行业使用需求。