數(shù)控車床仿真軟件設(shè)計(jì)開題報(bào)告

1、一、本課題問題定義 數(shù)控機(jī)床已經(jīng)成為制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動化、柔性化、集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)設(shè)備。隨著數(shù)控加工在我國機(jī)械制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用，也出現(xiàn)一些有待解決的問題。1.數(shù)控加工設(shè)備操作者的培訓(xùn)受客觀因素所限，無法大規(guī)模開展。在傳統(tǒng)的數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用培訓(xùn)中，數(shù)控原理部分的講授比較空洞、不直觀，影響學(xué)員理解與接受；而數(shù)控編程和操作的有效培訓(xùn)必須在實(shí)際機(jī)床上進(jìn)行，既占用了設(shè)備加工時(shí)間，又具有風(fēng)險(xiǎn)，培訓(xùn)中的誤操作經(jīng)常會導(dǎo)致昂貴設(shè)備的損壞。2.nc程序作為數(shù)控加工的信息載體，其正確與否直接影響零件的加工質(zhì)量。而目前我國實(shí)際生產(chǎn)使用中，由于使用大量缺乏nc程序模擬仿真功能的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控設(shè)備，故在nc程序投入正式加工之前通

2、常采用機(jī)床空運(yùn)行和樣件試切來完成nc程序的校驗(yàn)。該方法加工準(zhǔn)備周期長，生產(chǎn)成本高，難以實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的高效率，不利于單件小批量生產(chǎn)間的快速轉(zhuǎn)換。隨著計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，尤其是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和理念的發(fā)展，產(chǎn)生了可以模擬實(shí)際數(shù)控設(shè)備加工環(huán)境及其工作狀態(tài)的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)。用數(shù)控計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)進(jìn)行初步培訓(xùn)，可以利用學(xué)校微機(jī)機(jī)房的大量計(jì)算機(jī)，不但減少了對實(shí)際數(shù)控設(shè)備的占用，使培訓(xùn)能夠大規(guī)模的開展，而且由于仿真系統(tǒng)具有表現(xiàn)方式豐富多樣的圖形界面，故易于學(xué)員理解接受，使其素質(zhì)迅速提高，另外還安全可靠、費(fèi)用低；用數(shù)控仿真系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)上對nc程序進(jìn)行編輯、校驗(yàn)，即驅(qū)動圖形加工系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)實(shí)時(shí)加工，檢查nc代碼中的語法和語

3、意錯誤，實(shí)現(xiàn)干涉校驗(yàn)，直觀安全地模擬、驗(yàn)證、分析切削過程，免去了以往樣件生產(chǎn)的樣件材料損耗、刀具磨損、機(jī)床清理等問題，從而縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，降低成本。國際上現(xiàn)有的通用cad/cam軟件雖然功能較為完善，但是規(guī)模龐大，對計(jì)算機(jī)性能要求較高，而且價(jià)格昂貴，每個拷貝及其使用許可證動輒數(shù)萬乃至數(shù)十萬，不適合我國國情。國內(nèi)外一些數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)廠商也推出了一些自己的數(shù)控設(shè)備仿真軟件，但是這類軟件只是針對生產(chǎn)廠商自己生產(chǎn)的相應(yīng)型號設(shè)備的模擬仿真，甚至使用專用nc程序語言，因而通用性較差，另外這類軟件功能也比較簡單。上述軟件在我國應(yīng)用具有一定局限性，所以研究設(shè)計(jì)適合我國廣泛使用的數(shù)控設(shè)備仿真軟件，以推進(jìn)我國制造

4、業(yè)發(fā)展是非常有必要的。二、本課題可行性研究 目前國外制造業(yè)對計(jì)算機(jī)仿真這類問題研究主要集中在比較高端的領(lǐng)域，其發(fā)展趨勢是網(wǎng)絡(luò)化、通用化、協(xié)作化、集成化，自動化等，比較適合于國外發(fā)達(dá)的計(jì)算機(jī)與數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)。而國內(nèi)最重要的是數(shù)控技術(shù)的普及與推廣、應(yīng)用，只有打好這一基礎(chǔ)才能更好的向高端發(fā)展，這就是本課題的著眼點(diǎn)。數(shù)控車床是數(shù)控設(shè)備中的典型代表，數(shù)控車削加工在現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中應(yīng)用較為廣泛，而且經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床和經(jīng)過數(shù)控改造的通用車床在我國比較普及，故選擇數(shù)控車床作為研究對象，探討利用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)實(shí)現(xiàn)其技術(shù)原理演示、nc程序編輯、模擬仿真切削及校驗(yàn)等的技術(shù)問題。由于windows操作系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，開發(fā)平

5、臺功能較強(qiáng)，決定以windows 98/2000和windows xp作為軟件開發(fā)和運(yùn)行的操作系統(tǒng)，并采用microsoft公司支持可視化編程和面向?qū)ο蠹夹g(shù)的軟件開發(fā)平臺visual basic 6.0。通過對現(xiàn)有部分?jǐn)?shù)控仿真軟件的使用與分析，考慮本人實(shí)際的計(jì)算機(jī)編程能力，完成本設(shè)計(jì)有待解決或可能存在的主要問題以及解決思路如下：1 對輸入的nc程序進(jìn)行準(zhǔn)確識別并模擬其在實(shí)際數(shù)控設(shè)備中的編譯及處理過程。準(zhǔn)備采用建立包含標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控程序代碼字符串及其對應(yīng)處理方法的程序庫，通過將輸入的nc程序代碼轉(zhuǎn)化為字符串，依次與程序庫中的字符串比較，從而實(shí)現(xiàn)代碼識別然后進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)處理和結(jié)果輸出的方法，完成模擬過程

6、。2 不同類型刀具加工顯示的實(shí)現(xiàn)。車刀分為很多種類，用于不同情況下的加工。為了實(shí)現(xiàn)這些效果必須建立一個包含多數(shù)常用類型車刀信息及相應(yīng)顯示處理方法的程序庫。3 如何實(shí)現(xiàn)較好的數(shù)控仿真加工動畫演示效果。動畫由兩個基本部分組成。一是物體相對于屏幕的運(yùn)動，即屏幕級動畫；二是物體內(nèi)部的運(yùn)動，即相對符號的動畫。制作動畫的原理就是畫完一幅圖形，清除它的屏幕顯示部分，再在新位置畫第二幅圖形，如此交替下去，利用人眼的視覺特點(diǎn)，就可以產(chǎn)生動畫效果。vb實(shí)現(xiàn)動畫的原理也如此，具體到編程問題上，主要有以下四種方法： 控件的移動。采用控件的移動技術(shù)可實(shí)現(xiàn)屏幕級動畫?？丶苿臃绞娇煞譃閮煞N，一是在程序運(yùn)行過程中，隨時(shí)更改

7、控件的位置坐標(biāo)left、top屬性，使控件出現(xiàn)動態(tài)效果；二是調(diào)用控件move方法，產(chǎn)生移動的效果。這里的控件可以是命令按鈕、文本框、圖形框、圖像框、標(biāo)簽等。 利用動畫按鈕控件。vb的工具箱中專門提供了一個動畫按鈕控件（animated button control）進(jìn)行動畫設(shè)計(jì)，該工具在windowssystem子目錄下以anibuton.vbx文件存放，用時(shí)可加入項(xiàng)目文件中，這種方法實(shí)現(xiàn)動畫的過程與電影膠片的放映極為相似，它將多幅圖像裝入內(nèi)存，并賦予序號，通過定時(shí)或鼠標(biāo)操作進(jìn)行圖像的切換，通過這種方法可實(shí)現(xiàn)相對符號的動畫。 利用圖片剪切控件。該控件也提供了在一個控件上存儲多個圖像或圖標(biāo)信息的

8、技術(shù)，正如用動畫按鈕一樣，它保存windows資源并可快速訪問多幅圖像，該控件的訪問方式不是依次切換多幅圖，而是先將多幅圖片放置在一個控件中，然后在程序設(shè)計(jì)時(shí)選擇該控件中的不同區(qū)域，將圖片動態(tài)剪切下來放置于圖片框中進(jìn)行顯示，程序控制每間隔一定時(shí)間剪切并顯示一幅圖片，這樣便可產(chǎn)生動畫效果。 圖片框控件xor方式繪圖方法。xor的邏輯代數(shù)定義為 0 xor 0 = 0，1 xor 0 = 1，1 xor 1 = 0，0 xor 1 = 1，對任意的a、b都有a xor b xor b = a，即任意一個數(shù)與另一個數(shù)異或兩次就可以還原。具體到圖形繪制中，即是在同一座標(biāo)將某個圖形繪制兩次就使這個圖形消

9、失了（變成了背景色）。這四種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，受所表達(dá)的車削仿真過程所限，主要采用第四種方法實(shí)現(xiàn)動畫效果，其它三種方法將根據(jù)實(shí)際情況選擇使用。4 autoredraw和clipcontrols的設(shè)置。這個問題是由上面的動畫生成問題引出的。windows依靠視覺效果建立直接、清晰和穩(wěn)定的用戶界面，其顯示的內(nèi)容以位圖形式存放于內(nèi)存中，動畫演示實(shí)際就是內(nèi)存中對應(yīng)位圖的變化。但是，當(dāng)顯示的動畫或繪圖方法繪制出的圖形被其它窗口遮蓋時(shí)，即內(nèi)存中原來的動畫和圖形數(shù)據(jù)將被改變，窗口關(guān)閉后，被覆蓋部分會出現(xiàn)空白的方洞。在vb中，可以通過設(shè)置控件的autoredraw和clipcontrols屬性來實(shí)現(xiàn)被覆蓋內(nèi)容的

10、重畫及已繪制部分的保護(hù)，從而避免空白方洞問題。autoredraw和clipcontrols屬性設(shè)置牽扯到的部分很多，使用不當(dāng)會造成不可預(yù)測的后果，必須謹(jǐn)慎。另外，模擬分為二維動畫顯示模擬和三維實(shí)體幾何模擬。數(shù)控車床刀具的運(yùn)動在一個平面內(nèi)進(jìn)行，其仿真演示完全可以用二維動畫模擬，不需要作復(fù)雜的三維圖形處理。所以采用二維動畫對數(shù)控車床仿真。綜上所述，本設(shè)計(jì)是有使用價(jià)值并且切實(shí)可行的一個課題。三、本課題需求分析具體分析可知本軟件設(shè)計(jì)所需要的主要功能有：1 數(shù)控插補(bǔ)原理的演示，幫助學(xué)員掌握數(shù)控設(shè)備的工作原理與方式；2 nc程序的編輯、修改、調(diào)試以及跟蹤執(zhí)行，為缺乏nc程序編寫界面的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床和經(jīng)過

11、數(shù)控改造的通用車床提供一個方便的處理平臺；3 數(shù)控設(shè)備模擬試驗(yàn)平臺，解決培訓(xùn)機(jī)構(gòu)教學(xué)設(shè)備不足的矛盾；4 模擬環(huán)境下的首件試切加工，降低生產(chǎn)成本。四、本課題總體設(shè)計(jì) 根據(jù)以上功能要求，設(shè)計(jì)軟件總體框架，見下圖：數(shù)控車床仿真軟件nc程序代碼插補(bǔ)對象信息數(shù)控插補(bǔ)演示模塊數(shù)控車床仿真加工模塊程序編輯調(diào)試代碼識別處理插補(bǔ)計(jì)算處理插補(bǔ)動畫演示車削仿真演示圖1 總體框架圖其它信息軟件主要包括兩個模塊：數(shù)控插補(bǔ)演示模塊和數(shù)控車床仿真加工模塊。數(shù)控插補(bǔ)演示模塊用于多媒體輔助教學(xué)，將待插補(bǔ)對象的信息包括插補(bǔ)對象類型（直線、圓弧或其它二次曲線）、插補(bǔ)對象坐標(biāo)（包括位置坐標(biāo)和插補(bǔ)起點(diǎn)、終點(diǎn)坐標(biāo)）、插補(bǔ)方法（逐點(diǎn)比較法

12、、數(shù)字積分法等）以及脈沖當(dāng)量、插補(bǔ)動畫演示速度等內(nèi)容輸入后，經(jīng)過插補(bǔ)計(jì)算處理得出插補(bǔ)坐標(biāo)，并以插補(bǔ)軌跡動畫演示和插補(bǔ)運(yùn)算過程顯示的方法表現(xiàn)出來，其數(shù)據(jù)流程圖如圖2。插補(bǔ)對象類型插補(bǔ)對象坐標(biāo)插補(bǔ)方法脈沖當(dāng)量插補(bǔ)速度插 補(bǔ) 計(jì) 算 處 理插補(bǔ)處理程序與數(shù)據(jù)庫插補(bǔ)動畫演示與插補(bǔ)運(yùn)算過程顯示圖2 數(shù)控插補(bǔ)演示模塊數(shù)據(jù)流程圖 數(shù)控車床仿真加工模塊用作數(shù)控模擬試驗(yàn)平臺進(jìn)行數(shù)控程序編輯調(diào)試、教學(xué)試驗(yàn)和首件試切加工。這個模塊還可以再細(xì)分為兩個功能子模塊：數(shù)控程序編輯模塊和數(shù)控車床仿真模塊，它們通過編輯所得的數(shù)控程序代碼進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。數(shù)控程序編輯模塊具有對文件的基本操作功能，即對文件的新建、讀取、打開、保存和另

13、存為等，還能夠生成符合設(shè)置條件的數(shù)控程序。數(shù)控車床仿真模塊還可以直接讀取符合通用（iso）標(biāo)準(zhǔn)要求的其它數(shù)控程序代碼，經(jīng)過代碼識別、語法檢查和程序編譯，再輸入零件毛坯信息并建立工件坐標(biāo)系（采用試切法）等后，進(jìn)行加工過程模擬仿真處理，最后將仿真結(jié)果（包括刀具軌跡、零件成型過程和干涉信息等）以動畫形式輸出。具體指隨著每步走刀，刀具在屏幕上同步顯示刀位點(diǎn)坐標(biāo)等信息，毛坯外形跟隨刀具移動而動態(tài)改變，一旦發(fā)生干涉，系統(tǒng)自動報(bào)警等。其數(shù)據(jù)流程圖如圖3（見下頁）。 如果上述內(nèi)容完成進(jìn)度較好的話，將增加數(shù)控插補(bǔ)演示模塊中的插補(bǔ)對象種類和插補(bǔ)方法類型，并加入數(shù)控設(shè)備刀具補(bǔ)償半徑原理（對銑床、線切割機(jī)等）演示模塊

14、和數(shù)控車床仿真加工模塊中的用戶刀具庫設(shè)置等功能。數(shù)控程序編輯nc程序代碼nc程序代碼識別nc代碼庫語法檢查及編譯加工過程模擬仿真毛坯信息工件坐標(biāo)系刀具信息庫車削仿真動畫輸出圖3 數(shù)控車床仿真模塊數(shù)據(jù)流程圖五、本課題的工作計(jì)劃及進(jìn)度安排（按學(xué)校教學(xué)日歷） 1第4周到第5周，鞏固學(xué)習(xí)數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用和visual basic 6.0程序設(shè)計(jì)等相關(guān)知識；收集資料；在老師指導(dǎo)下分析討論總體設(shè)計(jì)方案及其可行性。 2第6周，確定設(shè)計(jì)方案及可能存在的問題與解決方法，并寫開題報(bào)告。 3詳細(xì)設(shè)計(jì)、編碼與單元測試：第7周到第9周，軟件界面及數(shù)控插補(bǔ)演示模塊設(shè)計(jì)；第10周到第13周，數(shù)控車床仿真模塊和數(shù)控程序編輯模塊

15、設(shè)計(jì)。4第14周，綜合測試，并寫設(shè)計(jì)說明書。六、指導(dǎo)教師審閱意見指導(dǎo)教師(簽字)： 年 月 日七、指導(dǎo)小組意見 指導(dǎo)小組組長(簽字)： 年 月 日八、說明1. 本報(bào)告前五項(xiàng)內(nèi)容由承擔(dān)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))課題任務(wù)的學(xué)生獨(dú)立撰寫；2. 本報(bào)告必須在第八學(xué)期開學(xué)六周內(nèi)交指導(dǎo)教師審閱并提出修改意見；3. 學(xué)生須在小組內(nèi)進(jìn)行報(bào)告，并進(jìn)行討論；4. 本報(bào)告作為指導(dǎo)教師、畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))指導(dǎo)小組審查學(xué)生能否承擔(dān)該畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)課題和是否按時(shí)完成進(jìn)度的檢查依據(jù)，并接受學(xué)校的抽查。九、附錄主 要 參 考 文 獻(xiàn)1李文斌，霍亮生，楊樹蓮，安建偉 編著 數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用煤炭工業(yè)出版社 2000.112胡占齊，董長雙，常 興 主編 數(shù)控技術(shù)武漢理工大學(xué)出版社 2004.053胡 彧，閆宏印 編著 vb 程序設(shè)計(jì) 電子工業(yè)出版社 2001.094劉瑞新，汪遠(yuǎn)征 編著 visual basic 程序設(shè)計(jì)教程機(jī)械工業(yè)出版社 2000.105m.regelski,c.walnum,w.brandon著visual basic開發(fā)多媒體應(yīng)用程序清華大學(xué)出版社 1996.086段 興 主編 visual basic 6.0 實(shí)用程序100例人民郵電出版社 2