在加工領域，隨著生產(chǎn)發(fā)展和技術(shù)進步，迫切需要采用先進的加工模擬系統(tǒng)來提高加工質(zhì)量和效率。目前已有多種加工仿真軟件系統(tǒng)(如Mater-CAM，ProE等)投入實際使用，但由于它們提供的加工工藝類型有限，尚不能完全滿足實際生產(chǎn)需要。為此，需要針對一些專用數(shù)控機床設計出效率更高、適應性更好的加工模擬軟件。本文的研究內(nèi)容就是針對某廠生產(chǎn)的五軸聯(lián)動數(shù)控工具磨床開發(fā)方便適用的切削加工過程模擬系統(tǒng)。 AutoDesk公司開發(fā)的AutoCAD設計軟件是CAD市場的主流產(chǎn)品，利用它可進行各種用途的二次開發(fā)，但將其用于加工模擬軟件的開發(fā)還不多見，本文在這方面作了一些探索。
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圖1 加工模擬系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
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1 加工模擬系統(tǒng)的主要功能及結(jié)構(gòu)框圖與一般的數(shù)控加工模擬軟件一樣，本文開發(fā)的加工模擬系統(tǒng)也具有加工任務選擇、工藝分析、工具軌跡形成、圖象圖形模擬仿真、結(jié)果分析及數(shù)據(jù)保存等主要功能。五軸聯(lián)動數(shù)控工具磨床的主要加工對象是各種異形回轉(zhuǎn)面刀具(如旋轉(zhuǎn)銼、模具銑刀等)，所用砂輪主要有碟形、碗形、平形、單角和雙角錐面等形狀。由于工件和砂輪的形狀比較復雜，所以開發(fā)該加工模擬系統(tǒng)的主要難點在于圖象圖形模擬仿真，而該模塊的功能水平將直接影響系統(tǒng)的實際使用效果。針對這種情況，我們建立了參數(shù)化工件庫和砂輪庫，既方便了用戶使用，又可使系統(tǒng)自動生成砂輪軌跡或?qū)胍延猩拜嗆壽E數(shù)據(jù)，增加了系統(tǒng)的靈活性和適用性。該加工模擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示。
2 用VB、AutoCAD開發(fā)切削加工模擬系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) VB 與AutoCAD的接口 為使應用程序具有通用性，將與AutoCAD連接的程序放在一個通用模板中，命名為MautoCAD，其程序代碼如下： ’定義autocad 變量 Public acadApp As Object’應用程序 Public acadDoc As Object’當前應用程序 Public moSpace As Object’模型空間 Public Sub LoadAutocadR14()’調(diào)用AutocadR14 On Error Resume Next Set acadApp = GetObjec(t “，AutoCAD.Application”) If Err Then ’如果沒有一個autocad 副本在運行 Err. Clear Set acadAp = CreateObjec(t“AutoCAD.Application”) If Err Then MsgBox Err.Description ’如果失敗給個提示 Exit Sub End If End If Set acadDoc = acadApp.ActiveDocument Set moSpace = acadDoc.ModelSpace End Sub 參數(shù)化零件庫的建立 為使軟件系統(tǒng)具有較好適用性，在參數(shù)化零件庫中，各類零件以帶入口參數(shù)的公用子函數(shù)的形式存在。同時，為了便于準確控制零件，必須給定零件的初始位置。由于該加工模擬系統(tǒng)的對象零件均為回轉(zhuǎn)體，因此可根據(jù)零件上一點坐標和零件軸線方向來確定零件的空間位置。為符合實際加工情況，對于砂輪，這一點可取大圓中心點；對于零件，則可取位于零件軸線上的柄部末端端點。以所選點作為坐標原點(0，0，0)，以零件軸線為Z 軸，通過移動這些點的位置和零件軸線方向即可控制模擬加工過程。 根據(jù)造型方式的不同，可將零件庫中的零件分為兩類：第一類是標準實體(如圓柱、球、圓錐、立方體等)，可通過VB直接調(diào)用AutoCAD提供的函數(shù)生成；第二類是復雜實體，可根據(jù)實體特征通過標準實體布爾運算、平面切除或面域拉深、旋轉(zhuǎn)等操作而得到。對于五軸聯(lián)動數(shù)控工具磨床，砂輪可分別通過平面切圓錐、面域旋轉(zhuǎn)、直接調(diào)用等方法生成；零件可根據(jù)實際情況生成。最后將砂輪和零件均放入同一單獨的零件庫模板中，在軟件中作為一個數(shù)據(jù)庫存在。 現(xiàn)以單角錐面砂輪為例說明其生成過程。造型入口參數(shù)包括錐角、大圓直徑和厚度。首先根據(jù)入口錐角及大圓直徑直接調(diào)用AutoCAD命令生成圓錐體，然后用距離等于入口厚度且平行于大圓的平面切去該平面以上的圓錐部分，即可得到所要求的單角砂輪。
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圖2 加工位置示意圖
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圖3 加工模擬結(jié)果示意圖
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加工過程的模擬 以加工等螺旋角等法向前角球頭旋轉(zhuǎn)銼(直徑Ø12mm，螺旋角20°)為例說明加工模擬過程。單角錐面砂輪大圓直徑為50mm，錐角為60°，厚度為5mm，所需刀具軌跡數(shù)據(jù)可通過本系統(tǒng)程序生成，也可直接導入格式為ASCII 的數(shù)據(jù)文件(包括x、y、z三個方向的直線運動數(shù)據(jù)和繞A、C 兩個軸的旋轉(zhuǎn)運動數(shù)據(jù))。在模擬過程中，工件在水平面內(nèi)繞Z軸旋轉(zhuǎn)(C 軸)，同時又繞自身軸線以角度A 回轉(zhuǎn)；砂輪中心點(x，y，z)的位置坐標在加工過程中不斷變化，而砂輪軸線方向不變，且與Y 軸平行，如圖2所示。模擬過程中的每一加工位置點均可利用砂輪與工件進行相減布爾運算而得到，最終即可實現(xiàn)對磨削加工的模擬。圖3 所示為加工模擬結(jié)果示意圖。 3 結(jié)語本文針對五軸聯(lián)動數(shù)控工具磨床的加工特點，以VB6為編程環(huán)境，利用ActiveX Automation技術(shù)開發(fā)了基于AutoCAD 操作平臺的加工模擬軟件系統(tǒng)。通過一段時間的試驗研究及實例驗證，證明該方法行之有效。該方法不但為加工模擬軟件的開發(fā)提供了新的途徑，而且由于AutoCAD應用廣泛，因此該類軟件具有良好的推廣應用前景，有助于實現(xiàn)加工過程的自動化及網(wǎng)絡化，有利于提高加工效率和降低生產(chǎn)成本。 
