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摘要：针对XK714 铣削系统，以及AutoCAD二次开发工具ObjectARX，介绍了一种数控铣削过程计算机模拟的实现方法，采用面向对象的程序设计方法，对刀具轨迹动态模拟技术进行了分析，在数控自动编程的基础上，详细介绍了数控铣削仿真模块的实现方法，实现了可视化图形交互式数控铣削的模拟。
关键词：铣削模拟；数控加工；面向对象的程序设计；刀具轨迹
数控铣床的应用越来越广泛，数控加工的整个过程是通过NC 加工程序来控制的。无论是手工编程还是自动编程所得到的程序都会存在一定的错误，传统方法采用试切法来验证程序是否正确，即用木模、蜡模或塑料模试切以进行检验。而在计算机环境下，利用数控模拟方法进行数控程序的正确性检验是一种新的方法。通过对零件加工过程的模拟，可以检查数控代码的正确性，还可以检查加工过程中刀具与工件、机床及夹具之间是否有干涉现象。加工过程模拟可以比较真实地反映出实际的切削加工过程。在计算机屏幕上以可视化图形方式模拟NC 加工过程，查出程序中的错误并加以修改，可以节省大量费用和时间。所以，采用NC 图形的刀具轨迹模拟，可以提高编程效率.
本模拟系统为本人开发的NCCODE 数控自动编程系统的一部分，在XK714 数控铣床的实际应用中，证明了它的有效性和正确性。
1 开发平台及工具
本系统在PC 机上运行，选用当今流行的Windows 98 或Windows XP 作为软件的开发和运行的操作系统。以Auto-CAD 2000 为平台，采用面向Microsoft 公司的通用软件开发平台Visual C + + 的开发工具ObjectARX，该工具支持可视化编程和面向对象技术，是基于MFC 开发的Windows 应用程序。 （图片） 2 数控铣削模拟系统的结构及流程
数控程序加工模拟系统是CAD/ CAM 集成系统中一个重要组成部分，开发的CAD/ CAM 集成系统CCODE 中，首先根据零件轮廓的图形实体直接生成数控加工代码，然后通过该模拟系统进行模拟检验。模拟有二维动画显示模拟和三维实体几何模拟。本系统采用二维动画显示模拟，其结构如图1 所示，开发流程如图2 所示。这种模拟的特点是二维的，与二维视图的工件图纸一样，比较简单方便，由于二维动画显示比较易行，因此应用广泛。在求算平面刀位轨迹、优化刀具运动轨迹时比较有效；对于一些三维模拟分解为二维模拟来解决也是有意义的。（图片） 3 刀具轨迹模拟数据的获取及实现
为了实现由AutoCAD二维图形中描述零件轮廓图形，实体的刀具轨迹模拟必须获取刀具轨迹的信息，刀具轨迹信息由AutoCAD图形数据库中描述零件轮廓的图形实体获取。在NCCODE数控自动编程系统中，把零件轮廓的图形实体连接成一条多段线(可封闭也可不封闭)。多段线是AutoCAD中特殊的图形实体，它是由一系列首尾相连的直线和圆弧组成，在图形数据库中以顶点(即相连点)子实体的形式保存信息。与位置、形状有关的重要信息有两个：一是顶点(Vertex)坐标数值，保存在10 组码中；二是顶点凸度(Bulge)，保存在42 组码中。多段线的起点即就是刀具的起点，加工过程中所需的终点坐标均可由多段线各顶点的数据确定，根据这些数据即可生成数控加工代码。同样，根据这些数据可以模拟刀具轨迹.
3.1 直线部分的数据
鉴于直线线段是多段线组成部分，但在实体多段线内，子实体不是线段，而是顶点，而且多段线的直线顶点只保存了直线起点标志，终点坐标则都保存在下一个顶点中。利用ObjectARX 函数可以很方便地知道多段线各顶点的坐标值和凸度值，这样就得到了零件轮廓线上直线的起点、终点坐标等几何信息.
AutoCAD中约定：凸度为0 是直线的顶点。具体方法如下：
if(bulge == 0) //判断是否直线
{
ads name e0，e1；
acdbGetAdsName(e0，vertexObjId)；
struct resbuf *ed，*cb；//定义结果缓冲区链表指针
acdbEntNex(te0，e1)；
if((ed=acdbEntGe(e1))!=NULL)
{
for(cb=ed；cb!=NULL；cb=cb->rbnext)
if(cb->restype==10)
{
P2[Y]=2*(cb - > resval.rpoint[Y]-pt[Y])
P2[Y]=cb - > resval.rpoint[X]-pt[X] //直线的第二顶点的数据信息
numb ++ ；
}
acutRelRb(ed)；
}
}
3.2 圆弧部分的数据
多段线的圆弧顶点都只保存了圆弧的起点标志，终点坐标则都保存在下一个顶点中。利用ObjectARX函数可以很方便地知道多段线各顶点的坐标值和凸度值，这样就得到了零件轮廓线上圆弧的起点、终点、半径、圆心等几何信息.AutoCAD中约定：凸度不为0 是圆弧的顶点，凸度为正表示逆时针圆弧，凸度为负表示顺时针圆弧。具体方法如下：
acedOsnap(ptm，"center"，ptcen)；/ / 获得圆心的坐标
ads name e011, e111；
acdbGetAdsName(e011, vertexObjId)；
struct resbuf *ed，*cb；/ / 定义结果缓冲区链表指针
ads point pst1，pst10，opst1，ptcen1，ptm1；
ads real rads1，length1；
ads point-set(cb - > resval.rpoint, pst1)；/ / 获得PST 点为圆弧的端点
acdbEntNext(e011, e111)；
if((ed = acdbEntGet(e111))! = NULL)
{
for(cb = ed；cb! = NULL；cb = cb - > rbnext)
if(cb - > restype = = 10)
{
ads point-set(cb - > resval.rpoint，pst10)；
opst1[X]=(pst1[X]+ pst10[X])/ 2；
opst1[Y]=(pst1[Y]+ pst10[Y])/ 2；
opst1[Z]=(pst1[Z]+ pst10[Z])/ 2；
rads1 = acutAngle(pst1，pst10)；
length1 = acutDistance(pst1，pst10)；
acutPolar(opst1，rads1 - 3.1415926 / 2，bulge*length1(/ 2)，ptm1)；
acedOsnap(ptm1，"center"，ptcen1)；/ / 获得圆心的坐标
}
3.3 刀具轨迹模拟的实现
根据上面介绍的方法，获得刀具轨迹数据，然后根据ARX函数acedCommand(RTSTR，“INSERT”RTSTR，刀具图块名，RTPOINT，P1，RTREAL，scale，RTSTR，“ ”，RTREAL，..)，如果为直线，则在两点间插入若干个以刀具半径为圆的图块，数目的多少与进给速度有关，数目越多，则切削速度越快，反之，则切削速度慢；如为圆弧，则在该圆弧段上插入刀具图块，但要区别顺圆和逆圆，以区别切削方向。
4 实例
以铣削模拟的一个实例来说明，在NCCODE 界面下当生成数控加工代码后，按下“模拟”按钮，输入正确的模拟参数，单击“确定”按钮，弹出如图3 所示对话框，然后单击模拟后，模拟效果如图4 所示。（图片） （图片） 5 结论
利用计算机图形交互界面，采用二维模拟技术及面向对象的程序设计方法，以VC++和AutoCAD功能强大的开发工具ARX，对描述刀具轨迹的图形实体进行处理，获取所需数据，对铣削系统的刀具轨迹进行模拟，直观、快速、正确地验证数控代码，且操作简单、方便，提高了数控机床的工作效率。在XK714数控铣床上应用，取得了良好的效果，同时，该系统还可以用于学生的教学中。
参考文献：
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[2] 范炳炎。数控加工程序编制[M]。北京：航空工业出版社，1990.
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[4] Michael J.Young。Visual C + + 6.0 从入门到精通[M]。北京：电子工业出版社，2001.
[5] 冯辛安，葛巧秦。CAD/ CAM 技术概论[M]。北京：机械工业出版社，2000.
[6] 余承飞，方勇。AutoCAD2000 二次开发技术[M]。北京：人民邮电出版社，1999.
[7] 刘良华，朱东海。AutoCAD2000 ARX 开发技术[M]。北京：清华大学出版社，1999.
[8] 老大中，赵吉强。AutoCAD2000 ARX 二次开发实例精粹[M] 北京：国防工业出版社，2001.
3/2/2006
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