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摘要：近年來，在科學技術高速發展的影響下，企業在實際的生產過程中逐漸實現了可視化數控加工，可視化系統在設計的過程中，應該保證圖形的實時性以及系統的交互性。本文對現階段常見的集中數控加工仿真方法進行分析，并對數控加工過程中可視化方案的設計、軟件開發以及可視化仿真系統的實現進行研究。

關鍵詞：數控加工；可視化；仿真方法

可視化是一種計算方法，這一計算方法在數控加工當中的應用，實現了數據信號到圖形圖像的轉換，為企業相關研究人員對數據的模擬與計算提供了很大程度上的方便。不僅如此，數控加工可視化還將不可見的數據變得更加形象、直觀，為人們帶來了深刻的印象，對多個領域的科學研究都產生了一定幫助。本文主要對數控加工過程可視化的實現方法進行研究。

1數控加工仿真方法

1.1直接實體構造法。直接實體構造法屬于數據加工仿真法的一種，借助這一方法經過布爾運算能夠有效的減去毛坯體當中的道具掃描體，從而得到加工明確的實體模型。但這種仿真方法有著很大的局限性，由于規則的布爾操作只能應用于實體造型系統當中，因此，直接實體構造法只適用于CSG或B-rep表示的實體造型系統。不僅如此，由于布爾運算十分復雜，因此在實際應用的過程中會受到很大程度上的限制，所以導致直接實體構造法很難實現動態仿真。1.2空間分割表示法。與直接實體構造法相比，空間分割表示法在NC加工檢測當中的應用具有可行性，其最大的優點便在于不被復雜的惠澤布爾運算操作所限制。空間分割表示法能夠利用分解實體為基本元素的方式將布爾運算操作進行簡化。空間分割表示法可以分為很多種，根據基本體形式不同而有所差異，例如深度體素數據結構法、八叉樹數據結構法、TG-Buffer法等。這一系列方法在應用過程中，其加工時間與走刀次數成正比例關系，因此可以用在復雜雕塑的曲面加工仿真處理當中。除此之外，空間分割表示法還具備一定的零件面與加工面誤差測量的作用。1.3離散矢量求交法。離散矢量求交法通常在估算加工誤差時使用，通過定位、離散以及求交計算，對設計曲面上所有預選點與刀具切割面之間的距離進行計算。在設計曲面上，一系列離散點都存在一個與其相關的外法線矢量。對于加工誤差的檢測，主要是通過計算各離散點與刀具切割面之間的距離，但離散矢量求交法只能應用于對零件面的處理當中，因此，很難做到動態加工仿真。離散矢量求交法與空間分割表示法有一種相同的優點，那就是能夠將模型進行有效的簡化，這在很大程度上提高了繪制的實時性，通過計算道具切割面與零件面之間的距離，能夠準確的測出三角片頂點高度，從而實現數控加工仿真。

2可視化方案的設計與軟件開發

2.1可視化方案設計。可視化這一研究理念是在數控編程基礎上的發展與延伸，通過虛擬加工的方式，對整個加工過程進行虛擬設計。假設虛擬加工當中只存在零件、刀具以及夾具模型，同時將其當作構型特征。借助特征造型技術，使構型特征能夠得到更為深入的形狀細分，最終將所有結構劃分為平面以及圓錐面兩種最基本的幾何元素。如圖1所示。虛擬系統結構圖主要由虛擬加工環境、虛擬架構過程兩個模塊所構成。①虛擬加工環境。這一模塊主要由三種元素構成：加工零件、刀具以及夾具，并借助openGL以及CAD對這三種元素進行特征造型。②虛擬加工過程。此模塊主要由五種元素構成：數控程序譯碼、碰撞干涉檢驗、加工精度仿真、加工統計分析以及三維動畫仿真。其中，數控程序譯碼指的是對代碼的語法和語意進行檢查，對刀具加工位置以及運動軌跡等信息進行掌握；數控加工過程仿真由物理仿真以及幾何仿真兩部分構成，與物理仿真相比，幾何仿真不需要考慮切削力、切削參數等因素對加工產生的影響，只需要翻譯數據程序，從而獲得刀具位置的信息并通過此信息驅動刀架運動即可。2.2可視化軟件開發。可視化軟件又稱為環境構造程序，主要任務就是對加工過程當中的物和景進行填充。因此，設計人員應該將虛擬系統結構當中的各種行為以及元素進行充分考慮，并且將其融入到實際的程序當中。借助計算機技術，能夠對可視化物體進行建模，形成完整的骨架輪廓。這樣一來，物體便有了基本的結構，然后再添加上適當的色彩以及陰影等輔助效果，使整體效果能夠達到其要求。

3可視化仿真系統的實現

如圖2所示，仿真模塊的工作過程首先需要借助CAD以及openGL進行場景的營造，其次對加工場景的數據以及圖形進行存儲，然后通過數控程序翻譯獲取刀具的運行軌跡以及位置信息，從而驅動CAD以及openGL構成的運動部件，最后進行碰撞干涉檢驗。3.1翻譯模塊。翻譯模塊對于動態仿真的實現具有十分重要的作用，其主要負責檢錯和翻譯兩點工作內容：①檢錯階段。根據相關的數控加工知識以及編程規定對NC代碼的詞法、語法、語意進行分析，以此找出NC代碼當中存在的邏輯錯誤、詞法以及語法錯誤。若NC代碼在經過檢錯后未發現錯誤，則直接進入到翻譯階段。②翻譯階段。將NC代碼當中記錄的機床部件運動控制信息進行提取，并且刀具以及工件的運動數據根據速度以及位移情況進行不同時間段的劃分，從而計算出不同時間段機床各個坐標的位移數據，以此實現機床模型的模擬驅動，并對NC代碼驅動的加工過程進行模擬仿真。3.2數控程序的構成。程序段是構成數據程序的主要元素，其是指為實現某一操作的功能字組合。功能字指的是功能的代碼符號，主要由數字、符號以及字母所構成。程序段的格式就是程序段當中不同數字、符號以及字母的排列形式，程序段格式的不同直接影響了數據系統功能的多少、數控裝置復雜程度以及程序編制的簡易程度。現階段，我國的數控裝置大多數都采用可變程序段，即字地址格式，同時，國際標準組織還將字地址格式設置為ISO標準。字地址程序段格式主要由N、G、T、F、X、Y、I、Z、K、M、S、J十二種指令構成，指令所代表的功能不同，例如，G指令描述機床運動方式、M指令代表機床主軸的起停等。3.3數控程序翻譯。通常情況下，數控系統當中的地址符代碼字是固定不變的。換言之，地址符與地址值在編寫過程中都需要參照固定的標準格式進行編寫。雖然編程代碼字的編寫形式比較復雜，但最終經過處理后也能夠成為簡單的標準格式。如圖3所示。NC代碼的翻譯模塊主要包括五個部分，分別為預處理、詞法分析、語法分析、語意分析以及翻譯執行。

4結束語

綜上所述，本文對現階段常見的集中數控加工仿真方法進行分析，并對數控加工過程中可視化方案的設計、軟件開發以及可視化仿真系統的實現進行研究。可視化數據加工能夠將不可見的加工過程進行形象的體現，為找出加工過程當中問題存在的問題提供了重要幫助。通過對可視化數據加工仿真系統的研究，分析了可視化系統的內涵以及工作過程，對我國數控加工過程的可視化發展具有重要意義。

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作者:王捍天 單位:南京工業職業技術學院