牛震070605100毕业论文.docx

牛震070605100毕业论文.docx

《牛震070605100毕业论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《牛震070605100毕业论文.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

牛震070605100毕业论文

牛震070605100毕业论文

D

DevelopmentonCAD／CAMIntegratedTwin—cutter

NCTurningProgrammingSystem

Abstract

Withincreasespeedoftrain,thehigherqualityandmachiningaccuracyoftrainwheelsarerequired.Theroughwheelsarehotrolledsteel,whosedimensionsarescatteredinalargerange.Thewheelsareproducedbyorderwithmiddleorsmallbatch.Thecycleofsupplyisshort．Giventhesituationmentionedabove,NCprogrammingisrequestedtobefast，efficient，andaccurate．Manualprogrammingcannotsatisfythedemandsofproduction．Withnodoubt,modemprogrammingtechnologyisthefirstchoice.Inrecentyears,automaticprogrammingtechnologyofsingle-curerNClatheshasbeenresearchedwidelyintheworld.However,thetechnologyoftwin-cutterNClatheshasbarelybeenresearched．Twin-cutterNCturningprogrammingsystemishelpfultoimproveprogrammingefficiencyandqualityaccordingtoenterprise’srequirements．Inthissystem，computer-aidedtechnologyisutilizedincreationofthemodels，processplanning，calculationofcurerlocationdata（CLDATA）,generationofNCcodeandsimulationofthemachining,etc.Themaincontentsareasfollows：

1．AnoverviewoncurrentsituationofNCtechnologyisrepresented．NCprogrammingtechnologyandmethodarepresented．Furthermore，somekeytechnologiesoftwin-cutterNCturningprogrammingsystemarereleased。

2．Theplatformsandtools（ObjectARXandVC．NET）todeveloptwin-cutterNCturningprogrammingsystemareintroduced．

3．Thefunctionandtechnologyschemeoftwin-cutterNCturningprogrammingsystemaredesigned,withthecontentofmenucustomization，interactiveinterfacesofprocess，preprocess，postprocessandsimulationofthetoolpath．

4.ThefunctionoftheinteractiveprocessplanisperformedoncommonCADplatform．Processplandataisgatheredasunitofstep，whichisstoredintochaintables.

5．Thepurposeofsimulatingtoolpathsandthekeytechnologyofimplementingtrailsimulationarediscussed.Besides,theeffectoftrailsimulationonAutoCADplatformispresentedtoo．

KeyWords：

twin—curerturning；NCprogramming；trailsimulation；VC．NET；ObjectARX

第一章绪论……………………………………………………………………4

1.1国内外数控技术的现状…………………………………………………………………4

1.2数控技术的发展趋势……………………………………………………………………5

第二章双刀车削数控自动编程关键技术分析………………………………6

2.1CAD建模…………………………………………………………………………………6

2.2工艺规划…………………………………………………………………………………6

2.3刀具轨迹的自动生成……………………………………………………………………6

2.4前置处理和后置处理……………………………………………………………………6

2.5刀具运动轨迹模拟………………………………………………………………………7

2.6加工过程分析……………………………………………………………………………8

第三章双刀车削数控系统的开发平台……………………………9

3.1AUTOCAD简介……………………………………………………………………………9

3.2开发工具0bjectARX………………………………………………………………………9

第四章双刀车削数控编程系统功能要求………………………11

4.1AutoCAD菜单的定制…………………………………………………………………11

4.2工艺交换………………………………………………………………………………11

4.3前处理与后处理………………………………………………………………………12

4.4模拟轨迹………………………………………………………………………………13

第五章双刀车削工艺规划及信息处理…………………………14

5.1双刀车削的特点…………………………………………………………………………14

5.2工艺规划………………………………………………………………………………14

5.2.1工艺规划方法………………………………………………………………………14

5.2.2左右刀架加工任务的分配原则……………………………………………………14

5.2.3切削参数的确定……………………………………………………………………15

5.3工艺规划中防止刀具干涉问题………………………………………………………15

5.4加工规划数据储存……………………………………………………………………16

第六章轨迹模拟…………………………………………………17

6.1轨迹模拟的目的………………………………………………………………………17

6.2影响模拟效果的因素…………………………………………………………………17

6.3轨迹模拟在AUTOCAD平台的实现……………………………………………………18

结论…………………………………………………………………19

致谢…………………………………………………………………20

参考文献……………………………………………………………21

第一章绪论

1.1国内外数控技术的现状

数控技术从发明到现在，已有近60年的历史。

按照电子器件的发展可分为五个发展阶段：

电子管数控，晶体管数控，中小规模IC数控，小型计算机数控，微处理器数控；从体系结构的发展，可分为以硬件及连线组成的硬数控系统、计算机硬件及软件组成的CNC数控系统，后者也称为软数控系统：

从伺服及控制的方式可分为步进电机驱动的开环系统和伺服电机驱动的闭环系统。

数控系统装备的机床大大提高了加工精度、速度和效率。

开放结构的数控系统具有友好的人机界面和开发平台，机床制造商可以在该开放系统的平台上增加一定的硬件和软件构成自己的系统。

软件伺服驱动技术是数控系统的重要组成部分。

对现代数控系统，伺服技术取得的最大突破可以归结为：

交流驱动取代直流驱动、数字控制取代模拟控制、或者把它称为软件控制取代硬件控制。

这两种突破的结果是产生了交流数字驱动系统，并应用在数控机床的伺服进给和主轴装置中。

由于电力电子技术及控制理论、微处理器等微电子技术的快速发展，硬件运算及处理能力的提高，特别是DSP的应用，使系统的计算速度大大提高，采样时间大大减少。

这些技术的突破，使伺服系统性能改善、可靠性提高、调试方便、柔性增强。

大大推动了高精高速加工技术的发展。

CNC系统的连网数控系统从控制单台机床到控制多台机床的分级式控制需要网络进行通信。

网络的主要任务是进行通信，共享信息。

这种通信通常分三级：

（1）工厂管理级，一般由以太网组成。

（2）车间单元控制级，一般由DNC功能进行控制。

通过DNC功能形成网络可以实现对零件程序的上传或读、写CNC的数据，PLC数据的传送，存贮器操作控制，系统状态采集和远程控制等。

更高档次的DNC还可以对CAD／CAM／CAPP以及CNC的程序进行传送和分级管理。

CNC与通信网络联系在一起还可以传递维修数据，使用户与NC生产厂直接通信，进而，把制造厂家联系一起，构成虚拟制造网络。

（3）现场设备级。

现场级与车间单元控制级及信息集成系统主要完成底层设备单机及I／O控制、连线控制、通信连网、在线设备状态监测及现场设备生产、运行数据的采集、存储、统计等功能，保证现场设备高质量完成生产任务，并将现场设备生产运行数据信息传送到工厂管理层，向工厂级提供数据。

同时也可接受工厂管理层下达的生产管理及调度命令并执行之。

因此，现场级与车间级是实现工厂自动化及CIMS系统的基础[1]。

我国数控技术起步于1958年，近50年的发展历程大致可分为3个阶段：

第一阶段从1958年到1979年，即封闭式发展阶段。

在此阶段，由于国外的技术封锁和我国的基础条件的限制，数控技术的发展较为缓慢。

第二阶段是在国家的“六五”、“七五”期间以及“八五”的前期，即引进技术，消化吸收，初步建立起国产化体系阶段。

在此阶段，由于改革开放和国家的重视，以及研究开发环境和国际环境的改善，我国数控技术的研究、开发以及在产品的国产化方面都取得了长足的进步。

第三阶段是在国家的“八五”的后期和“九五”期间，即实施产业化的研究，进入市场竞争阶段。

在此阶段，我国国产数控装备的产业化取得了实质性进步。

在“九五”末期，国产数控机床的国内市场占有率达50％，配国产数控系统（普及型）也达到了10％。

1.2数控技术的发展趋势

数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，对国计民生的一些重要行业如国防、汽车等的发展起着越来越重要的作用，这些行业装备数字化已是现代发展的大趋势。

我国机床行业正处于高速发展时期，行业总产值和销售收入连续6年保持20％以上的增长，数控机床消费连续5年位居世界第一。

强劲的市场需求带来了发展机遇，”一五”期间将是数控机床大发展的时期，国家高度重视和支持发展国产数控机床，制定了数控机床发展规划，出台了相应的扶持政策，到2010年国产数控机床占国内市场比重达50％。

近年来，国内机床企业发展迅速。

大连机床行业实现整合，成立了大连机床集团并且兼并了英格索尔生产系统公司、西门子（控股70％）等国外企业，销售额位居世界机床行业第八。

沈阳机床行业通过改制整合，2006年销售收入快速增长，市场占有率明显提高。

北京第一机床厂并购了德国科宝公司，技术水平大幅提升。

总之国内数控机床制造商正在拼搏奋起，坚持自主创新精神，实行市场化运行机制，潜心研究、持续改进，我们深信，中国企业完全有能力制造出满足市场需求的高质量标准的数控机床及柔性制造系统[2-3]。

第二章双刀车削数控自动编程关键技术分析

复杂回转体零件双刀车削加工编程涉及CAD建模、工艺规划、刀位数据生成、NC代码生成、刀具轨迹模拟、加工过程分析等内容。

2.1CAD建模

1．绘制零件设计图，该图用于零件编程规划，内容仅包括零件设计外形，不进行尺寸标注。

2．绘制零件毛坯图，该图用于轨迹模拟，内容包括零件设计外形和毛坯外形，不进行尺寸标注。

3．绘制刀具块图该图用于工艺交互和轨迹模拟中[4-5]。

2.2工艺规划

数控加工的效率和质量依赖于加工方案和加工参数的合理选择，刀具、走刀路线和进给速度的自动化选择与自适应控制是近些年来研究的重点问题，目标是在满足加工要求，机床正常运行和一定刀具寿命的前提下，具有尽可能高的加工效率。

双刀加工的效率比单刀加工效率大约可提高30—70％。

双刀同时加工除了加工效率以外，还有防止工艺干涉问题。

例如工件以某一转速回转时，处于不同切削位置上的刀具的切削速度是不同的，若切削速度差别过大，则表面质量差别也较大。

所以对于双刀数控车削来说，合理的加工方案和加工参数选择更具有重要意义。

加工过程规划CAPP是以加工工步为单元采用人机交互方式进行，工步是加工过程数据存取的基本单元，每个工步数据由刀具运动轨迹数据和切削工艺数据两个部分构成。

工艺规划过程中，以鼠标和键盘作为人机交互工具，切换于CAD图形窗口和工艺交互窗口之间。

用鼠标在CAD图形窗口中拾取零件轮廓获取几何数据，用鼠标和键盘在工艺交互窗口中进行信息输入。

工艺过程规划的输出是加工规划图形文件和加工过程规划CAPP数据文件。

2.3刀具轨迹的自动生成

刀具轨迹生成是复杂形状零件数控加工中最重要同时也是研究最为广泛深入的内容，能否生成正确的刀具轨迹直接决定了加工的可能性、质量和效率。

刀具轨迹生成的目标是使生成的刀具轨迹满足无干涉、无碰撞、轨迹光滑、切削负荷均衡等要求。

刀具轨迹生成还应满足通用性好、稳定性好、编程效率高、代码量小等条件。

求出的刀位轨迹通常因为下列原因还要作适当的编辑：

①刀具轨迹不只是零件轮廓本身，往往需要对加工表面进行一定的延伸，并构造一些辅助线（面），这时生成的刀具轨迹一般都超出了加工表面范围，需要进行适当的裁剪和编辑：

②建模时所使用的原始数据在不少情况下使生成的零件模型并不很光顺，这时生成的刀具轨迹可能在某些刀位点处有异常现象，例如，刀具轨迹突然出现一个尖点或不连续等现象。

需要对个别刀位点进行修改。

无论是上述何种情况，刀位轨迹编辑均应使编辑后的刀位点严格控制在加工精度要求范围内。

2.4前置处理和后置处理

前置处理的输入是CAPP数据文件（包含工艺信息和轮廓信息），其主要功能是将几何信息和工艺信息进行整合，产生刀位文件（包含工艺信息和轨迹信息）。

粗车时要做分刀处理，计算每刀的刀具运动轨迹。

根据加工要求，被加工元素段的切削速度和进给速度能够单独设定，也就是说每个元素段的切削速度和进给速度可以不同。

另外，根据切削速度和进给速度以及加工元素段的长度来求出加工时间，以便对工艺规划作工时分析和工艺优化。

后置处理是把前置处理的输出信息转换为数控程序代码，然后写入文件。

后置处理是数控编程的重要内容之一。

它将通用前置模块生成的刀位数据转换成适合于具体机床的NC程序。

RQQ机床的NC程序结构仿效了通用C语言程序结构，如子程序、分支、跳转、循环等，程序指令也非常丰富，如算术运算、三角函数运算、参数赋值、逻辑运算等。

充分利用编程技巧，使程序结构紧凑、程序量小，可读性好。

2.5刀具运动轨迹模拟

数控机床由NC程序控制其加工过程，NC程序的校验是必需的。

由计算机生成的NC程序直接用于机床加工仍较困难，主要原因有：

①零件轮廓形状的复杂多变，不一定能够完全正确地计算出刀位数据；②加工工艺规划不合理可能会导致干涉发生；③切削参数选择不合理可能会引起机床过负荷；④由刀位数据生成NC代码时，可能有编码错误。

NC程序的错误后果是严重的，轻则损坏刀具、报废工件，重则损坏机床乃至人身事故。

因此，要对NC程序进行多次校验，进行必要的修改和完善。

NC程序的常用检验方法有：

（1）在正式加工之前在机床上空运行，这样只能对机床运动是否正确及有无干涉碰撞做粗略的估计，若采用实物试切的方法，则可对加工过程及加工结果作出较准确的判断。

但试切成本高，占用机床时间长。

（2）在计算机上利用三维图形技术对数控加工过程进行模拟仿真，可以快速、有效地对NC程序的正确性进行较准确的评估，并可根据仿真结果对程序进行修改，从而避免反复的试切过程，降低了材料能源消耗和生产成本，提高了生产效率。

所以，数控加工过程仿真是对NC程序进行校验的有效方法。

仿真能否达到预期效果，仿真模型是关键。

换言之，仿真模型若不能真实地描述实际系统，仿真结果的可信度就打了折扣。

建立准确仿真模型是系统仿真工作的基础。

在双刀切削加工过程中，每一个时刻每个刀架的位置（以及相对位置）由NC程序确定，因此仿真程序应能够使每个仿真单元在每一时刻尽可能地接近其指令位置。

这对计算机硬件有较高的要求，对于仿真程序设计中的时间分割算法也提出了相应的要求。

2.6加工过程分析

加工过程分析是根据NC程序所包含的信息，对加工时间进行统计分析，生成双刀加工时间直方图。

利用该图对NC程序所描述的加工过程、工艺数据和左右刀架的匹配关系，以及加工时间利用率进行分析、评价和优化，力求无干涉时，单件工时最短。

第三章双刀车削数控系统的开发平台

3.1AUTOCAD简介

AutoCAD是AutoDesk公司推出的通用绘图软件，它具有最广大的用户群。

AutoCAD软件开放性好，向用户提供了包括0bjectARX（ObjectAutoCADRuntimeeXtension）在内的多种开发工具，用以定制和开发AutoCAD及其应用程序。

与其他CAD软件如Pro／E，CATIA相比，AutoCAD软件价格便宜，是众多中小企业的常用软件，而且在二维工程图方面，AutoCAD软件优势更加明显。

AutoCAD在机械、电子、建筑、服装等行业得到广泛的应用。

AutoCAD所提供给我们的只是一般的通用的CAD功能，如造型、绘图、编辑、注释等。

如果不使用AutoCAD的开发工具，要想完成某一具体项目的设计，如设计一台活塞式发动机，则需要根据发动机的功率先手工计算出活塞的直径，然后调用AutoCAD的绘图命令，一笔一笔地绘出发动机的图形。

在设计完成之后，要更改发动机的功率，则需要完全重复上述全部内容。

如果使用AutoCAD的开发工具，则我们可以将上述的计算和绘图过程通过高级语言编制相应的程序，在需要设计时，调用一个命令便可运行该程序，上述计算与设计绘图过程自动完成。

显而易见，这不仅大大提高了设计效率，而且，通过开发系统可定制出某些专业化的模块，甚至大型设计软件。

本项目组在AutoCAD2004平台上开发出双刀架车削中心交互式自动编程系统，将AutoCAD延伸到CAM领域，实现CAD／CAM集成。

3.2开发工具0bjectARX

ObjectARX是在AutoCADR13使用的ARX（AutoCADRun．timeeXtention）的基础上发展起来的第二代面向对象的c++编程环境。

它包含一组动态链接库（DLL），这些库与AutoCAD在同～地址空间内运行，直接利用AutoCAD的核心数据库结构和代码。

库中包含一组通用工具，利用这些工具可以充分利用AutoCAD的开放结构，直接访问AutoCAD的数据库结构、图形系统，以及几何造型核心，以便能够在运行期间实时扩展AutoCAD的功能，建立与AutoCAD本身的固有命令操作方式相同的新命令。

ObjectARX程序的本质是WindowsDLL程序。

AutoCAD本身是一个典型的Windows程序，ObjectARX程序与AutoCAD、Windows之间采用Windows消息传递机制直接通信。

它以C++语言为基本开发语言，具有OOP（ObjectOrientedProgram）技术的许多特点，如数据封装、继承、多态性等。

ObjectARX支持MFC，也就是说，能够利用MFC编写功能强大、具有Windows风格的用户图形界面程序。

objectARX还可实现许多其他功能，如支持多文档界面，创建自定义类，与其他编程环境进行交互等。

ObjectARX主要包括5个类库（AcUi，AcEd，AcDb，AcGi，AcGe）和一个与ADS兼容的全局函数库ADSRX，这个函数库是～个标准的c函数库。

从功能上讲，可包含几乎上述5个类库的全部功能，但它并不能代替ObjectARX类库。

在很多需要开发更基本的、底层应用程序时，必须使用ObjectARX类库来实现。

在实际的应用程序开发过程中，可根据自己的经验来决定是使用ObjectARX类库还是全局函数库。

在大多数情况下，两种方式都可实现。

但是，ObjectARX全局函数是开发ObjectARX应用程序的基础，也是ObjectARX类库所不能替代的。

对于简单的ObjectARX应用程序，使用ObjectARX全局函数非常方便、并且易学易懂。

第四章双刀车削数控编程系统功能要求

4.1AutoCAD菜单的定制

在AutoCAD中用户可以定制自己的屏幕菜单、下拉菜单、图标菜单、图形输入菜单和按钮菜单等。

用户菜单主要用途如下：

（1）将AutoCAD常用的命令组合在一起。

这些命令在屏幕上，可更快更方便地对其做出选择，从而节省时间。

（2）将几个命令和功能组成一个宏，这样通过一个简单的选择菜单便可以依次得到一连串的AutoCAD命令，从而消除对每个命令进行独立的选择。

用户菜单以及命令宏可以节省很多时间，从而提高工作效率。

AutoCAD的菜单可以很容易更改。

AutoCAD可以有很多不同的菜单，正如所希望的那样，这些菜单存在磁盘中独立的文件中，使用菜单命令将其装入。

菜单文件必须先加载到程序中才能使用。

启动AutoCAD时，基本菜单将自动加载。

在AutoCAD中默认的基本菜单文件是acad．mnu，它位于AutoCAD的support文件夹中。

如果要修改默认菜单或创建要用作基本菜单的新菜单文件，可以使用MENU进行加载。

再次启动AutoCAD时，新的基本菜单将会自动加载。

局部菜单是指加载基本菜单后加载的任何菜单文件。

可以使用MENULOAD和MENUUNLOAD加载和卸载执行AutoCAD任务过程中所需的局部菜单，也可通过“工具”菜单上单击“自定义”中的“菜单”按钮来实现。

任何菜单文件均可用作基本菜单或局部菜单，但是建议将包含大多数部分的菜单文件用作基本文件，并根据需要加载其他较小的菜单文件。

4.2工艺交换

工艺交互用于规划左、右侧刀架的加工任务、加工轮廓和相应的工艺参数，以及与编程相关的一些信息，生成加工规划工艺文件，用于前置处理。

零件加工的过程规划以工步为单元，采用人机交互方式进行。

用户以键盘及鼠标进行人机交互，走刀的几何数据由用户用鼠标点取，工艺数据用鼠标和键