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1、利用計(jì)算機(jī)輔助制造的加工模擬提高產(chǎn)品加工質(zhì)量
摘 要： 目前南車(chē)青島四方機(jī)車(chē)車(chē)輛股份有限公司制造的高速列車(chē)，其許多產(chǎn)品零部件具有形狀復(fù)雜的空間曲面。為了保證產(chǎn)品良好的運(yùn)行可靠性，獲得符合設(shè)計(jì)要求的機(jī)械加工零部件，在制造中采用了計(jì)算機(jī)輔助制造加工模擬的方法，并通過(guò)控制制造現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行流程獲得了合格的產(chǎn)品質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：
1. 概述 隨著高速列車(chē)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助制造在制造業(yè)得到了廣泛得應(yīng)用。南車(chē)青島四方機(jī)車(chē)車(chē)輛股份有限公司的制造者通過(guò)有效的運(yùn)用CAD/CAM技術(shù)，在加工中心上預(yù)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(shū)寫(xiě)得數(shù)控程序，
2、通過(guò)刀具軌跡驗(yàn)證提前獲得零部件的加工效果?，F(xiàn)在刀具軌跡驗(yàn)證的方法很多，最簡(jiǎn)單的方法是刀具軌跡的顯示驗(yàn)證，即將刀位數(shù)據(jù)的線架圖顯示出來(lái)，檢查是否正確。比較復(fù)雜一點(diǎn)的方法是采用各種截面法驗(yàn)證，如縱截面法、橫截面法及曲截面法等。更復(fù)雜的一些的的方法是加工過(guò)程的動(dòng)態(tài)仿真驗(yàn)證，在工程中還有用機(jī)床試切法來(lái)驗(yàn)證的。雖然刀具軌跡的顯示驗(yàn)證是比較簡(jiǎn)單，但是無(wú)法知道走刀路線是否正確；用截面法即麻煩又不逼真；機(jī)床試切法周期長(zhǎng)，成本高，所以他們都不合適。所以選用刀具軌跡的動(dòng)態(tài)仿真非常經(jīng)濟(jì)、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(diǎn)的數(shù)學(xué)理論，B樣條曲線逼近，雙圓弧擬合為基礎(chǔ)上，
3、根據(jù)給出的少許任意曲線的型值點(diǎn)，得到其他更多的型值點(diǎn)，從而得到接近理論的曲線，然后在加工軌跡模擬，來(lái)驗(yàn)證刀具刀位的正確性。本文以凸輪的曲線型面為例進(jìn)行說(shuō)明。 2.1曲線的繪制 根據(jù)OpenGL的應(yīng)用程序中畫(huà)圖的命令，在Opengl中畫(huà)線的命令有GL_LINES（畫(huà)簡(jiǎn)單的線段），GL_LINE_STRIP（畫(huà)折線），GL_LINE_LOOP（畫(huà)封閉線）。為了使點(diǎn)的個(gè)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(lái)定義輪廓點(diǎn)的，在調(diào)用時(shí)可以一個(gè)for 循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣便畫(huà)出了樣條曲線。 本文中所使用的程序命令就不詳細(xì)介紹了。如果有用到的命令，其參考有關(guān)參考書(shū)，這里就
4、不詳細(xì)的介紹了。 下一步需要進(jìn)行的是把一個(gè)二維曲線轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的三維實(shí)體型。由二維圖象轉(zhuǎn)化為三維模型，就是拉伸的作用。通過(guò)改變y軸坐標(biāo)，在重新畫(huà)出此圖形，這樣三維圖形的上下表面就有了。由于是實(shí)體，要填充圖形才可以。填充圖形可以通過(guò)畫(huà)簡(jiǎn)單的三角形，四邊形來(lái)實(shí)現(xiàn)。 2.2 三維實(shí)體模型的繪制 通過(guò)多邊形的繪制，在文中形成的是一個(gè)上下表面垂直的實(shí)體。上下表面可以采用畫(huà)相連三角形的方法來(lái)填充。至于中間實(shí)體的實(shí)現(xiàn)，可以用相連四邊形的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而生成線型三維模型。 2.3動(dòng)態(tài)地畫(huà)出刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡 為了計(jì)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(shí)，與工件的刀具補(bǔ)償?shù)拇笮【褪堑毒叩陌?/p>
5、徑。加工外輪廓時(shí)，刀具的軌跡向外延伸一個(gè)半徑，加工內(nèi)輪廓時(shí)，向內(nèi)延伸一個(gè)半徑，反應(yīng)在數(shù)學(xué)上就是加上或者減去一個(gè)單位法矢與半徑的乘積。 動(dòng)態(tài)畫(huà)刀具軌跡，就是在刀具走到第個(gè)點(diǎn)時(shí)，要畫(huà)出前面?zhèn)€點(diǎn)之間的軌跡，即為點(diǎn)與點(diǎn)之間的連線。要想在刀具走過(guò)后才開(kāi)始畫(huà)，那么就要用到定時(shí)器里面的一個(gè)變量了。是由定時(shí)器控制的一個(gè)變量，每一個(gè)定時(shí)它就+1。這樣形成動(dòng)態(tài)刀具軌跡。此步驟在不同的zaxis時(shí)會(huì)刷新一次，這樣會(huì)把上次zaxis的軌跡給刷新掉，所以要把刷新掉的圖重新畫(huà)出來(lái)。所以還必須有一段重畫(huà)的輔助程序，并通過(guò)一段代碼實(shí)現(xiàn)的功能是把各個(gè)截面的軌跡連接起來(lái)，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(shí)體的模型圖。 其中，在刀具最后一次加工時(shí)有一小段的軌跡是實(shí)際上沒(méi)有的，因?yàn)樵诔绦蛑惺悄胒or語(yǔ)句進(jìn)行判斷的，這里執(zhí)行的是判斷部分，它不屬于實(shí)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(shí)體的模型圖 2.4刀具軌跡的模擬運(yùn)行 上面敘述所采用的程序幾乎都是獨(dú)立的，但是它們之間又存在著先后的邏輯關(guān)系和程序運(yùn)行的先后關(guān)系。沒(méi)有了前面的一步，后面的程序都將無(wú)法完成。所以只有把他們組成一個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，才不會(huì)出錯(cuò)。下面介紹一下對(duì)話框和各個(gè)按鈕的功能及程序的簡(jiǎn)單代碼。 2.4.1輸入值的賦值 因?yàn)樵谶M(jìn)行雙圓弧擬合時(shí)要知道程序
7、員的要求誤差，還有在進(jìn)行刀具模擬時(shí)要輸入刀具的相關(guān)參數(shù)，因此在ResourceView中的Dialog 中建立2個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)話框?yàn)槭褂谜呤褂梅奖?，如圖3、圖4： 圖3 輸入誤差的對(duì)話框 圖4 輸入刀具參數(shù)的對(duì)話框 兩個(gè)對(duì)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(jué)得有點(diǎn)難。就在這里介紹一下，給對(duì)話框和按鈕“要求誤差”加了類(lèi)向?qū)е螅€要把相關(guān)的.h文件也添加過(guò)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(diǎn)擊之后，把dlg.m_yaoqiuwucha（即輸入的誤差）的值賦給m_wucha1，然后
8、在調(diào)用函數(shù)YQwucha(),否則值是賦不過(guò)去的。這句很重要。 2.4.2按鈕調(diào)用程序 上面是按鈕調(diào)用對(duì)話框，并把對(duì)話框里輸入的值賦給程序中的變量。下面介紹一下按鈕調(diào)用程序。相對(duì)而言，按鈕調(diào)用程序比調(diào)用對(duì)話框簡(jiǎn)單的多了，其頁(yè)面如圖5所示。按鈕加了類(lèi)向?qū)б院?，?h文件引用過(guò)來(lái)，設(shè)置一個(gè)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(shè)置的變量，然后在用if（）語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)，比較簡(jiǎn)單。 圖5控制按鈕 通過(guò)這些按鈕和對(duì)話框，把原來(lái)很零碎的程序組裝在一起，就成了一個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)了。 3. 制造現(xiàn)場(chǎng)刀具模擬運(yùn)行的有效控制 經(jīng)過(guò)仔細(xì)的科學(xué)計(jì)算后，現(xiàn)場(chǎng)操作人員的規(guī)范操作成為了獲得合格加工產(chǎn)品的主要保障。但是在現(xiàn)實(shí)操作中，操作人員為了節(jié)省輔助加工時(shí)間，往往省略了必須的刀具模擬運(yùn)行，過(guò)于依賴(lài)機(jī)器本身的精確度，忽視了生產(chǎn)過(guò)程中工序能力的變動(dòng)，沒(méi)有充分重視操作者、機(jī)器、原材料、工藝方法和生產(chǎn)環(huán)境等五個(gè)基本質(zhì)量因素綜合作用的過(guò)程，造成了制造零部件出現(xiàn)加工質(zhì)量問(wèn)題。為此，我們制定了詳細(xì)
10、、規(guī)范的工藝文件、作業(yè)指導(dǎo)書(shū)、檢驗(yàn)文件用于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)操作人員和質(zhì)量專(zhuān)檢人員，強(qiáng)化了實(shí)施刀具模擬運(yùn)行作業(yè)，從而提高了加工產(chǎn)品質(zhì)量。 參考文獻(xiàn)： 【1】葛巧琴.機(jī)械CAD/CAM.南京：東南大學(xué)出版社，1998.9 【2】王愛(ài)玲,白遠(yuǎn)恩,趙學(xué)良,趙建強(qiáng).現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床.北京：國(guó)防工業(yè)出版社,2003.4 【3】周濟(jì),周艷紅.數(shù)控加工技術(shù).北京：國(guó)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(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版,2000.5 【5】羅學(xué)科,謝富春.數(shù)控原理與數(shù)控機(jī)床.北京：化學(xué)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(jì)算機(jī)輔助幾何造型技術(shù) ．北京：科學(xué)出版社，2004.2 景紅．C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì) ．成都：西南交通大學(xué)，2002.3 向世明．OpenGL編程與實(shí)例．北京：電子工業(yè)出版社，1999.9 費(fèi)廣正 喬林．Visual C++6.0高級(jí)編程技術(shù)Visual C++6.0高級(jí)編程技術(shù)OpenGL篇 ．北京：中國(guó)鐵道出版社，2000.1 丁國(guó)富.非圓齒輪程編系統(tǒng).沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院學(xué)士論文，1994.7
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