利用計算機輔助制造的加工模擬提高產品加工質量

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1、利用計算機輔助制造的加工模擬提高產品加工質量 摘　要： 目前南車青島四方機車車輛股份有限公司制造的高速列車，其許多產品零部件具有形狀復雜的空間曲面。為了保證產品良好的運行可靠性，獲得符合設計要求的機械加工零部件，在制造中采用了計算機輔助制造加工模擬的方法，并通過控制制造現(xiàn)場運行流程獲得了合格的產品質量。 關鍵詞： 1. 概述 　　隨著高速列車技術的發(fā)展，計算機輔助制造在制造業(yè)得到了廣泛得應用。南車青島四方機車車輛股份有限公司的制造者通過有效的運用CAD/CAM技術，在加工中心上預先將加工零件的加工軌跡、尺寸和工藝參數(shù)以及輔助功能等信息編制成一定格式書寫得數(shù)控程序，

2、通過刀具軌跡驗證提前獲得零部件的加工效果。現(xiàn)在刀具軌跡驗證的方法很多，最簡單的方法是刀具軌跡的顯示驗證，即將刀位數(shù)據(jù)的線架圖顯示出來，檢查是否正確。比較復雜一點的方法是采用各種截面法驗證，如縱截面法、橫截面法及曲截面法等。更復雜的一些的的方法是加工過程的動態(tài)仿真驗證，在工程中還有用機床試切法來驗證的。雖然刀具軌跡的顯示驗證是比較簡單，但是無法知道走刀路線是否正確；用截面法即麻煩又不逼真；機床試切法周期長，成本高，所以他們都不合適。所以選用刀具軌跡的動態(tài)仿真非常經濟、直觀、有效。 2. 刀具軌跡模擬 　　本文論述的加工軌跡的模擬是建立在以處理列表點的數(shù)學理論，B樣條曲線逼近，雙圓弧擬合為基礎上，

3、根據(jù)給出的少許任意曲線的型值點，得到其他更多的型值點，從而得到接近理論的曲線，然后在加工軌跡模擬，來驗證刀具刀位的正確性。本文以凸輪的曲線型面為例進行說明。 2.1曲線的繪制 　　根據(jù)OpenGL的應用程序中畫圖的命令，在Opengl中畫線的命令有GL_LINES（畫簡單的線段），GL_LINE_STRIP（畫折線），GL_LINE_LOOP（畫封閉線）。為了使點的個數(shù)正確，刀具軌跡的正確，所以選用命令GL_LINE_STRIP。用數(shù)組來定義輪廓點的，在調用時可以一個for 循環(huán)來實現(xiàn)，這樣便畫出了樣條曲線。 　　本文中所使用的程序命令就不詳細介紹了。如果有用到的命令，其參考有關參考書，這里就

4、不詳細的介紹了。 　　下一步需要進行的是把一個二維曲線轉化為簡單的三維實體型。由二維圖象轉化為三維模型，就是拉伸的作用。通過改變y軸坐標，在重新畫出此圖形，這樣三維圖形的上下表面就有了。由于是實體，要填充圖形才可以。填充圖形可以通過畫簡單的三角形，四邊形來實現(xiàn)。 2.2 三維實體模型的繪制 　　通過多邊形的繪制，在文中形成的是一個上下表面垂直的實體。上下表面可以采用畫相連三角形的方法來填充。至于中間實體的實現(xiàn)，可以用相連四邊形的方法來實現(xiàn)，從而生成線型三維模型。 2.3動態(tài)地畫出刀具的運動軌跡 　　為了計算方便，在這里把刀具的中心作為刀具的軌跡。刀具在加工時，與工件的刀具補償?shù)拇笮【褪堑毒叩陌?/p>

5、徑。加工外輪廓時，刀具的軌跡向外延伸一個半徑，加工內輪廓時，向內延伸一個半徑，反應在數(shù)學上就是加上或者減去一個單位法矢與半徑的乘積。 　　動態(tài)畫刀具軌跡，就是在刀具走到第個點時，要畫出前面?zhèn)€點之間的軌跡，即為點與點之間的連線。要想在刀具走過后才開始畫，那么就要用到定時器里面的一個變量了。是由定時器控制的一個變量，每一個定時它就+1。這樣形成動態(tài)刀具軌跡。此步驟在不同的zaxis時會刷新一次，這樣會把上次zaxis的軌跡給刷新掉，所以要把刷新掉的圖重新畫出來。所以還必須有一段重畫的輔助程序，并通過一段代碼實現(xiàn)的功能是把各個截面的軌跡連接起來，可以逼真的反映刀具的軌跡。形成模擬加工完后的刀具軌跡。

6、如圖1所示。 　 　 　　圖1模擬加工完后的刀具軌跡和三維實體的模型圖。 其中，在刀具最后一次加工時有一小段的軌跡是實際上沒有的，因為在程序中是拿for語句進行判斷的，這里執(zhí)行的是判斷部分，它不屬于實際刀具軌跡，如圖2所示。 圖2最后模擬加工完后的刀具軌跡和三維實體的模型圖 2.4刀具軌跡的模擬運行 　上面敘述所采用的程序幾乎都是獨立的，但是它們之間又存在著先后的邏輯關系和程序運行的先后關系。沒有了前面的一步，后面的程序都將無法完成。所以只有把他們組成一個簡單的系統(tǒng)，才不會出錯。下面介紹一下對話框和各個按鈕的功能及程序的簡單代碼。 2.4.1輸入值的賦值 因為在進行雙圓弧擬合時要知道程序

7、員的要求誤差，還有在進行刀具模擬時要輸入刀具的相關參數(shù)，因此在ResourceView中的Dialog 中建立2個簡單的對話框為使用者使用方便，如圖3、圖4： 　 　圖3 輸入誤差的對話框 圖4 輸入刀具參數(shù)的對話框 　兩個對話框的原理是一樣的，這里就介紹一下誤差值的賦值，刀具參數(shù)的賦值就不介紹了。在這里可以輸入任意要求誤差。在這里數(shù)據(jù)的傳遞我覺得有點難。就在這里介紹一下，給對話框和按鈕“要求誤差”加了類向導之后，還要把相關的.h文件也添加過去。就是添加代碼了。 　這是按鈕所添加的代碼，它的功能是在按鈕點擊之后，把dlg.m_yaoqiuwucha（即輸入的誤差）的值賦給m_wucha1，然后

8、在調用函數(shù)YQwucha(),否則值是賦不過去的。這句很重要。 2.4.2按鈕調用程序 　　上面是按鈕調用對話框，并把對話框里輸入的值賦給程序中的變量。下面介紹一下按鈕調用程序。相對而言，按鈕調用程序比調用對話框簡單的多了，其頁面如圖5所示。按鈕加了類向導以后，把.h文件引用過來，設置一個BOOL型的變量，賦初值為FALSE，給按鈕添加 　CVirtualManufacturingAppView*pView=(CVirtualManufacturingAppView*)GetRenderView(); 　pView->m_CHKZD=TRUE; 　pView->InvalidateRect(N

9、ULL,FALSE); 　其中m_CHKZD就是所設置的變量，然后在用if（）語句實現(xiàn)，比較簡單。 　　　 圖5控制按鈕 通過這些按鈕和對話框，把原來很零碎的程序組裝在一起，就成了一個簡單的系統(tǒng)了。 3. 制造現(xiàn)場刀具模擬運行的有效控制 　　經過仔細的科學計算后，現(xiàn)場操作人員的規(guī)范操作成為了獲得合格加工產品的主要保障。但是在現(xiàn)實操作中，操作人員為了節(jié)省輔助加工時間，往往省略了必須的刀具模擬運行，過于依賴機器本身的精確度，忽視了生產過程中工序能力的變動，沒有充分重視操作者、機器、原材料、工藝方法和生產環(huán)境等五個基本質量因素綜合作用的過程，造成了制造零部件出現(xiàn)加工質量問題。為此，我們制定了詳細

10、、規(guī)范的工藝文件、作業(yè)指導書、檢驗文件用于指導現(xiàn)場操作人員和質量專檢人員，強化了實施刀具模擬運行作業(yè)，從而提高了加工產品質量。 參考文獻： 【1】葛巧琴.機械CAD/CAM.南京：東南大學出版社，1998.9 【2】王愛玲,白遠恩,趙學良,趙建強.現(xiàn)代數(shù)控機床.北京：國防工業(yè)出版社,2003.4 【3】周濟,周艷紅.數(shù)控加工技術.北京：國防工業(yè)出版社,2002.1 【4】劉雄偉.數(shù)控加工理論與編程技術.北京：機械工業(yè)出版,2000.5 【5】羅學科,謝富春.數(shù)控原理與數(shù)控機床.北京：化學工業(yè)出版社，2004.1 【6】王德人,楊忠華.數(shù)值逼近引論.北京：高等教育出版社,1992.4 【7】莫蓉 吳英 常智勇 ．計算機輔助幾何造型技術 ．北京：科學出版社，2004.2 景紅．C語言程序設計 ．成都：西南交通大學，2002.3 向世明．OpenGL編程與實例．北京：電子工業(yè)出版社，1999.9 費廣正 喬林．Visual C++6.0高級編程技術Visual C++6.0高級編程技術OpenGL篇 ．北京：中國鐵道出版社，2000.1 丁國富.非圓齒輪程編系統(tǒng).沈陽航空工業(yè)學院學士論文，1994.7