在數(shù)控加工過程中為了驗(yàn)證程序的正確性，過去多采用木?；蛩芰夏＿M(jìn)行試切加工，此種方法效率低又浪費(fèi)材料。用數(shù)控仿真方法來檢驗(yàn)是近幾年發(fā)展起來的新技術(shù)，它具有降低制造成本、縮短設(shè)計(jì)制造周期、快速直觀、省時(shí)省力的優(yōu)點(diǎn)，它使操作者通過圖形顯示預(yù)先檢測(cè)誤差，進(jìn)行刀具的干涉和碰撞檢查。本文主要介紹數(shù)控凸輪軸磨床加工過程的仿真軟件設(shè)計(jì)。 1 仿真軟件的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 數(shù)控凸輪軸加工過程不需進(jìn)行數(shù)控編程，由計(jì)算機(jī)直接控制，其仿真的關(guān)鍵技術(shù)就是用圖形動(dòng)態(tài)直觀地顯示凸輪輪廓的形成過程和機(jī)床的加工效率。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)控凸輪軸加工過程的仿真，系統(tǒng)采用了二維圖形技術(shù)。在功能上主要包括凸輪升程曲線的顯示、加工過程中運(yùn)動(dòng)曲線的仿真、凸輪軸加工過程仿真、加工精度仿真、砂輪修整仿真和生產(chǎn)效率仿真等部分。系統(tǒng)的框圖如圖1。 該軟件采用TurboC2.0編寫，可在DOS5.0以上的486微機(jī)上運(yùn)行。 在凸輪軸加工仿真窗口中，把整個(gè)顯示屏幕分為3個(gè)窗口，主窗口占屏幕左半部，用于顯示加工過程，屏幕右側(cè)被分為上下兩個(gè)窗口，分別顯示凸輪加工過程中的動(dòng)態(tài)信息，以幫助操作者了解數(shù)控加工所處的狀態(tài)。如：凸輪軸的轉(zhuǎn)角、砂輪架與凸輪中心的距離、凸輪軸的轉(zhuǎn)速、砂輪架的移動(dòng)速度、砂輪轉(zhuǎn)速、砂輪直徑、磨削余量、當(dāng)前加工時(shí)間、凸輪的極徑誤差等。 2 系統(tǒng)的菜單結(jié)構(gòu) 數(shù)控凸輪軸磨床的仿真系統(tǒng)采用菜單式驅(qū)動(dòng)。主菜單提供了7個(gè)選項(xiàng)：凸輪升程曲線顯示、運(yùn)動(dòng)曲線仿真顯示、凸輪軸加工過程仿真、反轉(zhuǎn)法生成凸輪、加工精度仿真、砂輪修整仿真和返回?cái)?shù)控系統(tǒng)。 凸輪升程曲線顯示及加工運(yùn)動(dòng)曲線的仿真 對(duì)于數(shù)控凸輪軸磨床而言，凸輪的升程表是由用戶輸入的或保存在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)文件庫(kù)內(nèi)，通過調(diào)用該模塊，系統(tǒng)打開文件庫(kù)用圖形方式顯示出凸輪的升程曲線，供用戶和操作者觀察，以驗(yàn)證升程表的正確與否。 按照凸輪升程表數(shù)據(jù)文件及其從動(dòng)件類型，考慮加工過程中的加工余量、修整后砂輪半徑的變化、加工時(shí)恒線速控制等因素，利用X-C聯(lián)動(dòng)坐標(biāo)的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出各種型值點(diǎn)的C軸轉(zhuǎn)動(dòng)角速度及角加速度、X軸移動(dòng)的移動(dòng)速度和移動(dòng)加速度，采取逐點(diǎn)讀取數(shù)值逐點(diǎn)繪圖的方式顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，并存儲(chǔ)在相應(yīng)的文件內(nèi)。這樣通過觀察曲線的平滑性及連續(xù)性，對(duì)加工過程中可能出現(xiàn)的振動(dòng)、沖擊及出現(xiàn)的時(shí)間與部位進(jìn)行預(yù)測(cè)，評(píng)估機(jī)床的動(dòng)力學(xué)特性及沖擊的大小，便于設(shè)計(jì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件。 凸輪加工過程仿真 凸輪加工過程仿真是仿真的重要內(nèi)容。用戶通過該窗口觀察凸輪加工的全過程。工作過程如下：前后頂尖將凸輪夾緊，工作臺(tái)沿Z軸移動(dòng)對(duì)刀，凸輪軸旋轉(zhuǎn)對(duì)刀，砂輪快進(jìn)，凸輪輪廓加工開始。當(dāng)一個(gè)凸輪加工完后，砂輪快退，工作臺(tái)沿Z軸移動(dòng)，開始下一個(gè)加工循環(huán)。在仿真加工過程中，為了便于觀察加工時(shí)的各個(gè)部位，系統(tǒng)可以在凸輪加工時(shí)在機(jī)床上的軸向位置仿真窗口、生產(chǎn)效率仿真窗口和凸輪輪廓仿真加工窗口三個(gè)窗口間進(jìn)行切換。在圖形顯示的同動(dòng)態(tài)地顯示加工時(shí)的各個(gè)參數(shù)、加工所需的時(shí)間，以驗(yàn)證加工時(shí)的生產(chǎn)效率是否達(dá)到要求。如圖2為加工汽車凸輪軸時(shí)的凸輪輪廓加工仿真結(jié)果。 在圖形繪制過程中采用了畫—擦的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)。凸輪軸、砂輪、頂尖等分別用不同的顏色繪制，使圖形清晰、美觀。 加工精度仿真 加工精度是數(shù)控凸輪軸磨床的核心指標(biāo)。在仿真軟件系統(tǒng)中設(shè)有專門模塊進(jìn)行精度分析。在數(shù)控加工過程中，影響凸輪輪廓精度的誤差有很多因素，其中主要有數(shù)學(xué)模型誤差和插值誤差。為了分析加工后凸輪的輪廓精度，把凸輪的理論輪廓與疊加了計(jì)算誤差和插值誤差的磨削加工后的凸輪輪廓進(jìn)行比較，并給出一個(gè)分析報(bào)告。如圖3為加工一個(gè)汽車用凸輪軸的加工精度仿真。 砂輪修整仿真 數(shù)控凸輪軸的砂輪修整包括五個(gè)過程：1）砂輪后退；2）工作臺(tái)沿Z軸移動(dòng)；3）對(duì)刀、砂輪快進(jìn)、工進(jìn)、按修整量修整；4）修整時(shí)沿Z軸的往復(fù)移動(dòng)；5）修整完畢，恢復(fù)原位。通過砂輪修整仿真，可以直觀地看到砂輪修整時(shí)是否干涉、碰撞，以及修整時(shí)所需的時(shí)間，為選擇砂輪的尺寸、砂輪的修整量提供依據(jù)。 為了滿足用戶的需要，系統(tǒng)設(shè)有熱鍵可以進(jìn)行窗口的快速切換。在仿真加工窗口，用戶通過菜單及功能鍵F1可以在輪廓仿真、生產(chǎn)效率仿真等窗口間進(jìn)行切換。同時(shí)運(yùn)用畫—擦動(dòng)畫技術(shù)，以不同的顏色定義砂輪軸、砂輪、砂輪修整器及機(jī)床頂尖，使仿真結(jié)果直觀清晰。 3 結(jié)論 數(shù)控凸輪軸磨床加工過程仿真系統(tǒng)的開發(fā)，能快速、直觀地使操作者觀察到凸輪加工過程，節(jié)約了設(shè)計(jì)和制造成本，縮短了試制周期，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。