摘要：針對XK714 銑削系統，以及AutoCAD二次開發工具ObjectARX，介紹了一種數控銑削過程計算機模擬的實現方法，采用面向對象的程序設計方法，對刀具軌跡動態模擬技術進行了分析，在數控自動編程的基礎上，詳細介紹了數控銑削仿真模塊的實現方法，實現了可視化圖形交互式數控銑削的模擬。
關鍵詞：銑削模擬；數控加工；面向對象的程序設計；刀具軌跡

數控銑床的應用越來越廣泛，數控加工的整個過程是通過NC 加工程序來控制的。無論是手工編程還是自動編程所得到的程序都會存在一定的錯誤，傳統方法采用試切法來驗證程序是否正確，即用木模、蠟模或塑料模試切以進行檢驗。而在計算機環境下，利用數控模擬方法進行數控程序的正確性檢驗是一種新的方法。通過對零件加工過程的模擬，可以檢查數控代碼的正確性，還可以檢查加工過程中刀具與工件、機床及夾具之間是否有干涉現象。加工過程模擬可以比較真實地反映出實際的切削加工過程。在計算機屏幕上以可視化圖形方式模擬NC 加工過程，查出程序中的錯誤并加以修改，可以節省大量費用和時間。所以，采用NC 圖形的刀具軌跡模擬，可以提高編程效率.

本模擬系統為本人開發的NCCODE 數控自動編程系統的一部分，在XK714 數控銑床的實際應用中，證明了它的有效性和正確性。

1 開發平臺及工具

本系統在PC 機上運行，選用當今流行的Windows 98 或Windows XP 作為軟件的開發和運行的操作系統。以Auto-CAD 2000 為平臺，采用面向Microsoft 公司的通用軟件開發平臺Visual C + + 的開發工具ObjectARX，該工具支持可視化編程和面向對象技術，是基于MFC 開發的Windows 應用程序。

2 數控銑削模擬系統的結構及流程

數控程序加工模擬系統是CAD/ CAM 集成系統中一個重要組成部分，開發的CAD/ CAM 集成系統CCODE 中，首先根據零件輪廓的圖形實體直接生成數控加工代碼，然后通過該模擬系統進行模擬檢驗。模擬有二維動畫顯示模擬和三維實體幾何模擬。本系統采用二維動畫顯示模擬，其結構如圖1 所示，開發流程如圖2 所示。這種模擬的特點是二維的，與二維視圖的工件圖紙一樣，比較簡單方便，由于二維動畫顯示比較易行，因此應用廣泛。在求算平面刀位軌跡、優化刀具運動軌跡時比較有效；對于一些三維模擬分解為二維模擬來解決也是有意義的。

3 刀具軌跡模擬數據的獲取及實現

為了實現由AutoCAD二維圖形中描述零件輪廓圖形，實體的刀具軌跡模擬必須獲取刀具軌跡的信息，刀具軌跡信息由AutoCAD圖形數據庫中描述零件輪廓的圖形實體獲取。在NCCODE數控自動編程系統中，把零件輪廓的圖形實體連接成一條多段線(可封閉也可不封閉)。多段線是AutoCAD中特殊的圖形實體，它是由一系列首尾相連的直線和圓弧組成，在圖形數據庫中以頂點(即相連點)子實體的形式保存信息。與位置、形狀有關的重要信息有兩個：一是頂點(Vertex)坐標數值，保存在10 組碼中；二是頂點凸度(Bulge)，保存在42 組碼中。多段線的起點即就是刀具的起點，加工過程中所需的終點坐標均可由多段線各頂點的數據確定，根據這些數據即可生成數控加工代碼。同樣，根據這些數據可以模擬刀具軌跡.

3.1 直線部分的數據

鑒于直線線段是多段線組成部分，但在實體多段線內，子實體不是線段，而是頂點，而且多段線的直線頂點只保存了直線起點標志，終點坐標則都保存在下一個頂點中。利用ObjectARX 函數可以很方便地知道多段線各頂點的坐標值和凸度值，這樣就得到了零件輪廓線上直線的起點、終點坐標等幾何信息.

AutoCAD中約定：凸度為0 是直線的頂點。具體方法如下：

if(bulge == 0) //判斷是否直線
{
ads name e0，e1；
acdbGetAdsName(e0，vertexObjId)；
struct resbuf *ed，*cb；//定義結果緩沖區鏈表指針
acdbEntNex(te0，e1)；
if((ed=acdbEntGe(e1))!=NULL)
{
for(cb=ed；cb!=NULL；cb=cb->rbnext)
if(cb->restype==10)
{
P2[Y]=2*(cb - > resval.rpoint[Y]-pt[Y])
P2[Y]=cb - > resval.rpoint[X]-pt[X] //直線的第二頂點的數據信息
numb ++ ；
}
acutRelRb(ed)；
}
}

3.2 圓弧部分的數據

多段線的圓弧頂點都只保存了圓弧的起點標志，終點坐標則都保存在下一個頂點中。利用ObjectARX函數可以很方便地知道多段線各頂點的坐標值和凸度值，這樣就得到了零件輪廓線上圓弧的起點、終點、半徑、圓心等幾何信息.AutoCAD中約定：凸度不為0 是圓弧的頂點，凸度為正表示逆時針圓弧，凸度為負表示順時針圓弧。具體方法如下：

acedOsnap(ptm，"center"，ptcen)；/ / 獲得圓心的坐標
ads name e011, e111；
acdbGetAdsName(e011, vertexObjId)；
struct resbuf *ed，*cb；/ / 定義結果緩沖區鏈表指針
ads point pst1，pst10，opst1，ptcen1，ptm1；
ads real rads1，length1；
ads point-set(cb - > resval.rpoint, pst1)；/ / 獲得PST 點為圓弧的端點
acdbEntNext(e011, e111)；
if((ed = acdbEntGet(e111))! = NULL)
{
for(cb = ed；cb! = NULL；cb = cb - > rbnext)
if(cb - > restype = = 10)
{
ads point-set(cb - > resval.rpoint，pst10)；
opst1[X]=(pst1[X]+ pst10[X])/ 2；
opst1[Y]=(pst1[Y]+ pst10[Y])/ 2；
opst1[Z]=(pst1[Z]+ pst10[Z])/ 2；
rads1 = acutAngle(pst1，pst10)；
length1 = acutDistance(pst1，pst10)；
acutPolar(opst1，rads1 - 3.1415926 / 2，bulge*length1(/ 2)，ptm1)；
acedOsnap(ptm1，"center"，ptcen1)；/ / 獲得圓心的坐標
}

3.3 刀具軌跡模擬的實現

根據上面介紹的方法，獲得刀具軌跡數據，然后根據ARX函數acedCommand(RTSTR，“INSERT”RTSTR，刀具圖塊名，RTPOINT，P1，RTREAL，scale，RTSTR，“ ”，RTREAL，..)，如果為直線，則在兩點間插入若干個以刀具半徑為圓的圖塊，數目的多少與進給速度有關，數目越多，則切削速度越快，反之，則切削速度慢；如為圓弧，則在該圓弧段上插入刀具圖塊，但要區別順圓和逆圓，以區別切削方向。

4 實例

以銑削模擬的一個實例來說明，在NCCODE 界面下當生成數控加工代碼后，按下“模擬”按鈕，輸入正確的模擬參數，單擊“確定”按鈕，彈出如圖3 所示對話框，然后單擊模擬后，模擬效果如圖4 所示。

5 結論

利用計算機圖形交互界面，采用二維模擬技術及面向對象的程序設計方法，以VC++和AutoCAD功能強大的開發工具ARX，對描述刀具軌跡的圖形實體進行處理，獲取所需數據，對銑削系統的刀具軌跡進行模擬，直觀、快速、正確地驗證數控代碼，且操作簡單、方便，提高了數控機床的工作效率。在XK714數控銑床上應用，取得了良好的效果，同時，該系統還可以用于學生的教學中。

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