Abstract
This paper based on computer simulation and computer graphics technology, use visualization and object-oriented programming techniques, conducted a study on simulation system of NC lathe machining, made based on visualC++.NET. Modular design of NET language environment, develop a set of NC lathe machining simulation system, to simulate NC lathe. Simulation system not only can the accuracy and reasonableness of the inspection procedures, avoid errors caused by numerical control machine tool passes the risk of damage to the equipment, but also significantly reduces process test cutting methods used in the past the high consumption and higher costs, reduced development cycles for new products. In addition, the development of simulation system for further research and development in the future also laid the Foundation for full software CNC system; optimization of machining process simulation also has a secondary processing arrangements, the training of programmers, the actual application.This thesis has mainly accomplished contents as follows:
(1) By analyzing the simulation system of NC lathe , proposes
the general design plan of the simulation system of NC lathe
V
based on the characteristic of NC lathe. (2) By
analyzing
and
comparing
the
principle
of
interpolation ,realizes the program of interpolation module. (3) Analyzing Multi-thread technology in detail, realizes NC
lathe Machining Simulation based on Windows Multi-thread technology.
(4) Designs the friendly Windows style interface of NC lathe
Machining Simulation.
Key Words : NC lathe ; Simulation; NC procedure; VC++.NET
VI
第一章 绪论
1.1数控加工仿真技术的概述
“仿真”一词源于英文术语simulation，早期也译为“模拟”。仿真就是通过对系统模型的验去研究一个存在或设计中的系统。这里的系统是指由相互联系和相互制约的各个部分组成的具有一定功能的整体。该技术是以控制论、系统论、相似原理和信息技术为基础，以计算机和专用设备为工具，用系统模型对实际的或设想的系统进行动态试验研究的一门多学科的综合性技术。其本质是对系统数学模型进行数值计算。根据仿真与实际系统配制的接近程度，将其分为计算机仿真、半物理仿真和全物理仿真。在计算机上对系统的计算机模型进行试验研究的仿真称为计算机仿真。用已研制出来的系统中的实际部件或子系统去代替部分计算机模型所构成的仿真称为半物理仿真。采用与实际系统相同或等效的部件或子系统来实现对系统的试验研究，称为全物理仿真。一般说来，计算机仿真较之半物理、全物理仿真在时间、费用和方便性等方面都具有明显优点。而半物理仿真、全物理仿真具有较高的可信度，但费用昂贵且准备时间长。数控仿真是利用仿真技术来模拟实际的机械加工过程，是验证数控加工程序的可靠性和预测切削过程的有力工具。数控仿真是在随着高速计算机和可视化技术的发展而发展起来的，其主要目的就是对数控加工代码进行验证，模拟刀具、工件几何体、加工环境及刀具路径和材料去除的过程，消除因程序误差而导致的机床刀具、夹具损坏及零件报废等。如果采用仿真加工来替代或减少实际的试切工作，特别是，如果能将仿真系统嵌入到实际的数控系统中，使其成为实际加工的支撑环境，那么对于制造业的发展将起到
1
极大的推动作用。
1.2 国内外研究现状及存在的问题 1.2.1国外的研究现状
数控加工仿真一直是国外CAD/CAM技术的一个研究热点，Kawabe 等人最早利用刀具轨迹，采用边界表示法来获取刀具加工零件的框架图，因为该方法简单，容易实现，所以被早期大多数的CAD/CAM系统所采用。但是，因为工作形状越来越复杂，刀具轨迹包含的信息量也越来越多，导致图形形状混乱不清，于是仿真研究开始向三维实体仿真算法方向发展，如: AndErson 研究了三维碰撞检验算法，chappel 给出了利用向量来分析切削过程的算法，Sungurtkin等提出了特定造型设备上的数控仿真系统，K.K.waNg研究了基于布尔运算的Nc检验系统，J.H.oliver提出了直接尺寸检验方法等。由于加工仿真具有诱人的应用前景，促使发达国家对其进行深入研究，并已出现许多成功的应用范例。在美国已形成了由政府、产业界、大学组成的多层次、多方位的综合研究开发力量。主要的研究机构有:
(l)美国国家标准及技术局(NIST)制造工程实验室作为AMT计划的一部分，美国NlST开展了虚拟机床的研究。该实验室专门设有制造系统集成部 ( Manufacturing systems Integration
Division，MSID)。该部由多个不同研究小组组成，分别负责研究和开发实现计算机辅助集成制造系统所需要的各种标准和技术。它在这一领域的研究中比较著名的是提供了开放式虚拟现实测试床(OVRT)和国家先
2
进制造测试床(NAMT)
(2)美国Maryland大学系统研究学院CIM实验室该实验室主要以 CIM领域的最新技术为研究主题，范围覆盖工厂层和车间层问题。研究重点则是在复杂制造系统的建模工具开发和应用及用于产品开发全过程的并行工程工具的开发和应用。他们开发了用于培训数控操作人员的虚拟数控机床仿真器。
(3)美国伊利诺斯大学芝加哥分校机械系工业虚拟现实研究所该研究所主要从事工业与制造应用相关的，尤其是与制造设计、工艺处理等相关的虚拟现实技术研究。主要项目有:工厂及工艺过程模型、远程工程和数控仿真。加拿大WATERLOO大学的机械工程系和集成制造系统管理研究中心也有部分与数控仿真相关的研究项目。在欧洲英国Bath大学机械工程系用openlnventor2.0软件工具开发出了基于自己的Svlis几何造型工具的仿真系统。此外，英国Leeds大学计算机研究学院、 Lough borough大学、Herriot Watt大学机械与化学工程系也进行着数控仿真的研究。意大利Bologna大学用B样条曲面建立端铣刀与工作台模型，采用真实感图形显示铣床精加工过程。 1.2.2国内的研究现状
近几年来，数控仿真也引起我国科技工作者的关注，目前全国己有许多家科研机构、高等院校和企业正在开展这方面的研究。国家863/cIMs主题组、国家自然科学基金也有专门的研究课题。华中理工大学开发的NCPVSS系统，具有数控铣削加工过程仿真功能，即通过生成刀具轨迹，由三维动画显示数控加工过程，以此发现数控程序错误。同济大学研制的
3