引言 數(shù)控機(jī)床是按照......



引言
數(shù)控機(jī)床是按照事先編制好的加工程序?qū)ぜM(jìn)行加工的設(shè)備，加工程序不僅要保證加工出來的 工件符合圖紙要求，而且要盡可能使數(shù)控機(jī)床的功 能和性能得到充分的發(fā)揮，因此，對(duì)加工程序的運(yùn)行進(jìn)行圖形仿真，以檢驗(yàn)加工程序的正確性，具有重要 的意義。不僅如此，數(shù)控加工仿真培訓(xùn)越來越受到人 們的重視，這是因?yàn)閿?shù)控加工要求操作人員既要熟悉數(shù)控編程指令、CNC的功能，又要了解機(jī)床的性 能，數(shù)控加工的這些特點(diǎn)決定了傳統(tǒng)的技術(shù)培訓(xùn)方 式已無法滿足需要。所謂傳統(tǒng)的技術(shù)培訓(xùn)方式是指操作人員先學(xué)習(xí)技術(shù)理論和操作規(guī)程，再到生產(chǎn)現(xiàn) 場(chǎng)，以師傅帶徒弟的方式進(jìn)行技能培訓(xùn)的方式。這種 方式的主要缺點(diǎn)是數(shù)控機(jī)床一般是比較昂貴的設(shè)備，不允許學(xué)員任意的開、停和制造事故，所以，學(xué)員 動(dòng)手機(jī)會(huì)少，使得學(xué)員掌握操作技能的時(shí)間較長(zhǎng)。此外，師傅的水平參差不齊，教學(xué)質(zhì)量難以保證。因此， 數(shù)控加工仿真對(duì)檢驗(yàn)加工程序的正確性和培訓(xùn)操作 人員兩方面都具有重要的作用。本文以應(yīng)用廣泛的數(shù)控鏗銑床和加工中心為研究對(duì)象，主要討論采用 面向?qū)ο蠹夹g(shù)分析數(shù)控機(jī)床，建立數(shù)控機(jī)床對(duì)象類 和仿真模型。文中所指的數(shù)控機(jī)床是數(shù)控鏗銑床和加工中心的總稱。
1 仿真系統(tǒng)中的面向?qū)ο蠹夹g(shù)
面向?qū)ο蠹夹g(shù)對(duì)對(duì)象的描述和處理接近現(xiàn)實(shí)世 界，它的數(shù)據(jù)抽象、繼承和多態(tài)機(jī)制特別適合描述內(nèi) 在機(jī)制復(fù)雜的對(duì)象，因而迅速在各行業(yè)中得到了廣 泛的應(yīng)用。
1.1 面向?qū)ο蠹夹g(shù)
在面向?qū)ο蠹夹g(shù)中，具有相同結(jié)構(gòu)和處理機(jī)制 的對(duì)象抽象為類，對(duì)象是類的一個(gè)實(shí)例。對(duì)象不僅具 有用數(shù)據(jù)來描述的狀態(tài)或?qū)傩裕€具有用于改變對(duì)象狀態(tài)的操作(在面向?qū)ο笾?，這些操作稱為方法)， 實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)與操作的結(jié)合，因而，對(duì)象可以同時(shí)描述 事物結(jié)構(gòu)和行為兩方面的信息。不同的對(duì)象之間通過消息傳遞來完成，而對(duì)象內(nèi)部數(shù)據(jù)操作對(duì)外是不 可見的。這稱之為數(shù)據(jù)封裝。面向?qū)ο蟮膶?duì)象繼承 機(jī)制，使父類的特性通過繼承可以傳遞到子類，這一特性為描述客觀世界的對(duì)象提供了可能性。對(duì)象繼 承對(duì)于解決各對(duì)象之間的資源共享從而提高軟件的 可重用性和可擴(kuò)充性是十分有用的，可重用性和可擴(kuò)充性對(duì)軟件產(chǎn)品的可維護(hù)性。對(duì)更新?lián)Q代產(chǎn)品的 質(zhì)量和生產(chǎn)力有極大的影響。在面向?qū)ο蠹夹g(shù)中，確 定對(duì)象之間派生關(guān)系是確立整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵，整個(gè)系統(tǒng)往往只有一個(gè)或幾個(gè)最基本的對(duì)象基類，其他 則是基類的派生類。面向?qū)ο蠹夹g(shù)的派生關(guān)系使我 們可以直接從已有的類中獲得大量現(xiàn)成的屬性和方法，而它的多態(tài)屬性又可以讓我們?cè)谂缮愔卸x 不同于基類的屬性和方法。
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1.2 數(shù)控機(jī)床的面向?qū)ο蠓治?
數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)雖然復(fù)雜，但它們都是由相對(duì) 獨(dú)立的數(shù)量較為固定的不同功能的模塊組成，用面 向?qū)ο蟮姆椒ǚ治鰯?shù)控機(jī)床，具體數(shù)控機(jī)床和模塊都被視為對(duì)象，即數(shù)控機(jī)床由相互獨(dú)立的各種對(duì)象 組成，圖1所示為數(shù)控機(jī)床的對(duì)象模型。在對(duì)象模型 中，數(shù)控機(jī)床是由主軸、立柱、床身、工作臺(tái)、控制面板、換刀裝置及托盤交換裝置組成。它和實(shí)際的仿真 對(duì)象的組成稍有差別，對(duì)一些與仿真無關(guān)的部件，如 液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等，在仿真模型中可以不予考慮，以簡(jiǎn)化仿真模型。圖中的黑圓球點(diǎn)“·”和“l(fā)十” 是多重符號(hào)，表示一個(gè)類的許多實(shí)例相關(guān)于另外一個(gè)類的實(shí)例，空心圓球點(diǎn)“O”表示一個(gè)類的0或1 個(gè)實(shí)例相關(guān)于另外一個(gè)類的實(shí)例。從對(duì)象圖中可以 看出，主軸、主柱、床身、工作臺(tái)、控制面板是每一臺(tái)數(shù)控機(jī)床的必需部件，換刀裝置和托盤交換裝置則 是可選部件，但對(duì)加工中心而言，換刀裝置和托盤交 換裝置也是必需部件。
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1.3 排斥關(guān)系的檢查
數(shù)控機(jī)床并不是所有部件的任意組合，部件間 的選用搭配有一定的排斥關(guān)系，仿真系統(tǒng)必須能對(duì) 這些排斥關(guān)系進(jìn)行描述，確保仿真模型反映的是現(xiàn)實(shí)存在的數(shù)控機(jī)床。例如，在換刀裝置中，機(jī)械手是 可選部件，刀庫是必需部件，但一旦選定鏈?zhǔn)降稁欤?就必須要選一種機(jī)械手；加工中心可以有多個(gè)刀庫，但必須和機(jī)械手配合才能完成換刀動(dòng)作；同樣，工作 臺(tái)和托盤裝置也存在排斥關(guān)系，長(zhǎng)方工作臺(tái)不能與 托盤裝置配備在同一臺(tái)數(shù)控機(jī)床上；分度工作臺(tái)基座的運(yùn)動(dòng)方式?jīng)Q定分度工作臺(tái)與托盤裝置類型的搭 配關(guān)系，基座固定的分度工作臺(tái)只能與回轉(zhuǎn)式托盤 裝置搭配選用，等等。由于仿真系統(tǒng)中，只有部件間才存在排斥關(guān)系，而且部件類型數(shù)量有限(但每一類 型中，部件型號(hào)無限)，所以，每個(gè)部件類型都可預(yù)先賦予一個(gè)確定的ID號(hào)。按照數(shù)控機(jī)床規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)，數(shù) 控機(jī)床的類型數(shù)量較少，仿真系統(tǒng)可枚舉每一種數(shù) 控機(jī)床中所有存在排斥關(guān)系的ID號(hào)。排斥關(guān)系用集合描述，設(shè)A、B為兩集合，a1、a2、…、an代表數(shù)控 機(jī)床部件的ID號(hào)，為集合A中的元素，b1、b2、…、bm 也代表數(shù)控機(jī)床部件的ID號(hào)，為集合B的元素，即 A＝{a1，a2，…，an} B＝{b1，b2，…，bm} 那么仿真系統(tǒng)中的排斥關(guān)系可表示為：集合A排斥 集合B，或集合B排斥集合A，即若某一仿真模型 中，集合A與B的 所有元素存在，說明該模型中存在部件排斥，需重新選擇部件類型。