數控沖床可視化智能圖形編程系統
發(fā)布者：卓東機械 發(fā)布時間：2010/12/17 10:31:52
數控沖床可視化智能圖形編程系統
孫鈺嚴曉光 陳卓寧 賓鴻贊
摘要針對傳統圖形編程系統中編程與仿真分離的缺點，開發(fā)了一套將圖形編程與數控加工仿真集成在一起的數控沖床可視化編程系統介紹了系統的組成結構和所用到的主要技術細節(jié)可視化技術的引入使得數控圖形編程更加高效和直觀.
關鍵詞數控；圖形編程：鈑金；沖床；可視化分類號TP 39L 73
傳統的數控轉塔沖床圖形編程系統人多以圖形交互方式生成數控程序，然后再由數控加工仿真程序進行仿真，圖形編程程序與仿真程序通常是相互獨立的模塊，沒有真正實現所見即所得的可視化，降低了編程效率基于這種情況，針對數控沖床（以MA P-1000系統為例），開發(fā)了一套可視化圖形編程系統，將數控指令編程和代碼仿真檢驗集成在一起，并且在刀具選擇、代碼生成等方而實現了一定的智能化.
1 可視化圖形編程系統的結構
可視化圖形編程系統由于維繪圖子系統、可視化數控指令牛成系統、數控指令優(yōu)化系統三部分組成
1.1 二維給圖子系統
可視化編程系統以自行開發(fā)的二維CAD軟件系統為二維繪圖核心模塊，它具有繪制直線、圓弧、曲線(三次樣條或B樣條)等基小繪圖功能，另外它還具有對齊、特殊點動態(tài)導航、移動、復制、鏡像等高級功能系統的直線由起始點坐標和終點坐標定義，圓弧由圓心坐標、起點坐標、終點坐標和旋向標志四項信息定義。
1.2可視化數控指令生成系統
可視化數控指令生成系統包括刀具選擇模塊、指令生成模塊、指令編輯模塊。
刀具選擇模塊的功能是從系統刀具庫中選出合適的加工刀具系統的刀具庫以數據義件形式存放在磁盤上，數據文件中的刀具記錄包括刀具形狀、刀具尺寸、刀具類型、刀具編號等內容系統在指令牛成過程中根據不同刀具的類型、尺寸等信息調用不同的處理程序用戶所選的刀典信息是模態(tài)的，即所選擇刀具的參數信息一直保存在內存中直到用戶選擇另一把刀具而將其替換為止。
指令生成模塊按交互方式的不同可分為兩類，一類是直接拾取二維圖形數據信息，然后生成加工該圖形的數控代碼，這類功能包括：沖指定封閉區(qū)域、沖指定直邊或圓弧、沖整圓孔等另一類是用戶直接以交互方式指明加工位置和加工方法，然后直接生成數控代碼，屬于這類的功能有：用指定的刀具沖孔、指定圓心和半徑沖整圓孔、沖孔陣列等功能。
1. 3數控指令優(yōu)化系統
該系統能對已生成的數控指令排列順序進行整理和優(yōu)化，減少不必要的換刀時間，捉高數控程序的加工效率
2 可視化圖形編程系統的關鍵技術
2.1 二維CAD圖形的處理
二維CAD圖形中的圖形繪制方法不一定能保證各圖索按次序首尾相接形成封閉的環(huán)線，因而在數控加工代碼生成時需要將圖形中的環(huán)線分離出來，作為加工對象的邊界因此CAD圖形處理的第一步要將離散的二維線整理成按先后次序首尾相接的環(huán)線，其搜索流程如圖1所示
為了進一步區(qū)別外邊界和內邊界，定義外邊界環(huán)線為逆時針方向，內邊界環(huán)線為順時針方向由于在搜索環(huán)線時只考慮了環(huán)線首尾相接，而未考慮環(huán)線的走向所以在環(huán)線搜索完成后要對環(huán)線的方向作進一步的調整，使其符合外邊界和內邊界的環(huán)向定義，對于環(huán)線邊界性質（內邊界或外邊界）的判斷可用比較包圍盒的方法實現，而環(huán)線的方向（逆時針或順時針）判斷可用計算有向面積的方法完成.
2 2 圖形編程系統的可視化
傳統的圖形編程系統在指令生成系統．與指令仿真系統之間交換的數據通常是整個數控程序，其工作流程如圖2 (a)所示，這種編程與仿真的“串行”集成降低了編程效率本文采用了圖2(b)所示的“并行”工作流程結構，圖形編程系統(a)傳統的圖形編程系統 (b)可視化圖形編程系統，與仿真程序之間的交換數據為單條指令，這種“并行”結構的集成使數控指令與可視化圖形之間實現了實時的雙向關聯，圖形的繪制或數控指令的修改會分別引起相應數控指令或可視化圖形的改變，用戶可以據此及時發(fā)現錯誤并加以改正，從而提高了編程效率。
2 3 圖形編程系統的智能化
2 3 1 數控指令生成過程的智能化
在不指定加工刀具的情況下，系統可以按一定的規(guī)則自動地從刀具庫中選擇合適的刀具作為加工刀具例如在沖矩形孔時，選擇刀具的總體規(guī)則是：首先在刀具庫中禽找形狀，與沖孔邊界完全一致的刀具，若找到則一次沖孔即可完成加工，其次在刀具庫中尋找與加工孔等寬度刀具，著找到則一次步進沖孔即可完成加工，最后查找小于且最接近于被加工孔 2/3寬度的刀具為加工刀具，通過兩次步進沖孔完成加工在識別沖孔邊界形狀時，首先通過特征提取程序從邊界形狀數據中抽取出特征，然后由推理模塊得出關于邊界形狀類別的結論，其中邊界形狀類別的結論包括：矩形、圓孔、兩端為半圓弧的長槽、扇形槽、鑰匙孔等
在圖形編程時，系統能根據刀具類型、加工形狀等因素自動地從工藝數據庫中選擇進給最、速度等工藝參數在圖形編程過程中，系統可以判別交互過程的合理性，例如當繪制的孔比所選的刀具還耍小時，系統會給山提示。
2 3 2數控程序優(yōu)化過程的智能化
在人機圖形交互方式生成數控代碼的過程中，對加工過程的次序沒有特別的要求，這使得本來可以用一把刀具加工完成的工作很可能被分配到多個不相鄰的加工過程中，于是增加了不必要的換刀時間，使得數控代碼的加工效率降低，因此在生成的代碼被送往數控系統前要劃‘其進行優(yōu)化整理，以減少換刀的輔助時間
在圖形交互編程所生成的加工代碼中，既有絕對坐標指令，也有相對坐標指令.由于對坐標指令，與指令執(zhí)行的先后順序有關，而數控指令的優(yōu)化整理義很可能會改變指令的執(zhí)行次序，所以在優(yōu)化數控代碼前首先要將代碼中的相對坐標指令轉化為等價的絕對坐標指令相對坐標指令的絕對化通過系統對數控指令的虛擬執(zhí)行實現，指令在虛擬執(zhí)行時能計算出每一條相對指令加工位置的絕對坐標，然后進一步將其翻譯成等價的絕對坐標指令數控程序的優(yōu)化過程分為兩步：搜索相同刀典的指令段；刪除重復的換刀指令，合并加工指令段在指令優(yōu)化完成后，最新調用可視化解釋程序顯示優(yōu)化后新的刀具軌跡或沖孔位置，以檢查優(yōu)化結果的正確性。
