浅谈数控管理相关论文

浅谈数控管理相关论文

目前，在我国已有相当数量的企业购置了数控设备，如数控车床、加工中心。通过调研，分析和比较，不难发现，就我国目前大多数的数控机床使用厂家来看，普遍应用水平

不高，生产准备数控程序和机床刀具的准备周期长，失误率高，数控机床功能，尤其是特

殊功能的开发应用不够，机床利用率低等问题。

一、操作水平低：

其实国内厂家在购置数控机床，尤其是进口机床的过程中，对数控机床，特别是数控系统的技术性和先进性都有相当高的要求，对数控机床的功能选择也相当讲究，力

求越对越好。但设备在安装运行后，其使用效果并不理想，操作人员对数控机床的操作仅

限于所接受的培训水平，甚至更低。对数控机床的标准功能使用不足，对特殊功能的使用

更无从谈起，究其原因，主要是操作，编程和维修人员对数控技术的基础理论学习不够多，理解不深，设备管理部门对设备的管理不当，对设备的相关人员职责划分不清，设备的维

修能力和水平也是重要的因素。其结果是，操作人员在怕承担责任的心理压力下，裹足不前。

二、编程水平低：

数控机床只是一个柔性的，灵活的生产工具，要想发挥其特点和优势，尤其是数控NC 程序的强有力的支持。

目前，我国大多数数控机床的使用厂家，都还在使用数控机床上人工NC代码输入

的方法，即使曾经配置了APT语言的编程环境，由于其操作的复杂性，也都弃之不用。对

于购买了各种各样CAD/CAM系统的用户，由于其运行环境大多数局限在工作站上，即使运

行环境在微机上，也都安装运行在产品设计部门。由于CAD/CAM系统的所有权问题，以及

设计和生产部门管理上的脱节，使得CAD/CAM系统在实际生产加工中得不到充分利用或者

设计部门编制的NC程序并不是根据最佳工艺生成的优化加工程序。众所周知，对于轴类

零件，板金类零件的NC程序编制，相对来说，要简单得多，人工编程能够完成，而对于

箱体类零件，尤其是复杂的型面，不规则的空间曲面，靠人脑有时都想象不出来，再去人

工计算，靠人工编制NC程序，其结果不言而喻。因此数控机床的自动编程尤为重要。

三、刀具管理落后：

刀具系统作为参与制造活动的重要辅助工具，对数控机床的柔性、生产率以及产品制

造的精密性和正确性起着举足轻重的作用;同时，刀具又是较昂贵的消耗性资源，一般生

产车间，尤其是数控机床较多的生产环境里，刀具的数量巨大，其中的组件也相当复杂，

信息繁多，由于生产加工的需要，大量的刀具频繁地在刀具库和机床以及机床与机床之间

流动和交换。传统的刀具管理是将刀具的信息记录在纸上，或记忆在人脑中，时间稍长，

记录的信息容易丢失，不同的使用者对刀具的信息不易掌握，刀具的信息管理跟不上,造

成刀具的使用混乱，资源浪费，生产效率低下，更严重的结果是造成在制品的偏差过大、

工艺偏离，甚至出现产品报废、影响生产周期。建立完整的刀具数据库，将刀具系统的所有信息纳入计算机中进行管理，建立无纸化的刀具管理系统是当务之急。

四、对数控机床的集成管理认识不足：

数控机床在我国的推广使用已近二十年的历史，目前主要还是集中在单机使用上，在单机使用积累了一定的经验后，对于拥有多台数控机床的用户，其单台机床与外界计算机或不同数控机床之间的信息交流很少，数控NC程序与机床之间的交换，由最初的纸带阅读机，进而发展到利用软盘驱动器的储存在软盘上的NC程序输入计算机。

最新的发展是由外接计算机与数控机床通过RS-232C串行口直接连接，直接进行NC 程序的快速，准确的传输，并且外接计算机可与多台具有相同的或者不同控制系统的数控机床相连接，进行信息共享，并能管理多台机床组成的数控工段内的生产过程中的信息，以减少生产准备，尤其是数控NC程序的准备时间。随着CAD/CAM,

集成管理软件的成熟，以及对柔性制造系统的需求的增加，数控机床的使用，从单机使用到计算机集成管理是生产加工业技术发展的方向。

正是基于机械加工业存在的上述问题,以及CAD/CAM系统新技术新概念的引用,MIS系统,ERP系统的不断引进,更进一步,CIMS技术在国内的发展,车间底层的信息集成是重中之重。为此,我们设计开发了以下介绍的用于车间加工设备集成的各种产品。

0.引言

数控加工仿真的几何建模的方法可归纳为直接实体建模法、离散矢量法、空间划分法三类。直接实体建模法主要以CSG或B-Rep实体建模系统来进行仿真,该方法中涉及到大量的直接布尔减运算,效率非常低,对于复杂曲面的五坐标数控铣削加工仿真,这种方法更加显得力不从心。离散矢量法提高了NC仿真的精度,但是随着曲面复杂性的增加,曲面离散的点集也会随之膨胀,大大增加了计算量,导致仿真的效率低下;另外离散矢量法不能进行加工过程的仿真,不能计算材料的去除率,而且光线与刀具扫描体的的求交运算也十分费时,仿真效率低下。实体建模法和离散矢量法的复杂性和效率低下的缺点促进了空间划分法的发展和运用。空间分解建模法能够大量的减少布尔运算量,所以效率较高。

Voxel建模是空间划分中最常用的一种方法,该方法可以将布尔运算进一步降低,但是该方法一般需要较大的计算机内存空间,而且仿真的精度受体素尺寸大小的影响较大。VonHook首先提出在图像空间中利用深度元素DepthElement简称Dexel来表示物体,并将其应用到数控仿真中,使得物体间的三维布尔运算简化为一维的线性运算,具有极快的仿真速度,同时具有较好的仿真精度。但是Dexel模型只能沿着某一观察方向进行仿真,变换观察方向以后,模型需要重新生成,限制了其在复杂五轴仿真中的应用。

本文提出一种基于三个方向Dexel模型的压缩体素模型,不但具有Dexel模型的速度快、精度较高的优点,而且有效地解决了传统体素模型需求大量计算机内存空间,单纯

Dexel模型又不能任意变换视角的缺点。结合模型的特点设计的优化的MC表面提取算法,极大地加快了仿真结果的图形显示,较好地实现了五坐标数控铣削加工过程仿真。

1.压缩的Voxel模型

1.1模型的数据结构体素模型可以看成是二维光栅图像在三维上的扩展,是3D均匀网格组成的结构化体数据。每个网格是结构化数据的一个元素,一般称之为体素Vox2el。用体素模型表示物体的时候,如果体素的某一个交点位于要表达的模型内部,该点的属性值为1,否则为0。体素模型只给出了每一个体素的位置信息,体素之间的拓扑关系由数据结构

i,j,k,m确定,m表示该体素相对于要表示物体的位置关系,1表示在实体内,0表示在实体

外部。

为达到压缩数据量的目的,在本文的体素模型的压缩数据结构中,引入三个相互垂直的Dexel射线组,它们分别垂直于XOY、YOZ、XOZ坐标面,在每一个Dexel射线组中,各条射线位于正方形网格的交点上,按体素大小的距离均匀分布。每一条射线与实体的所有交点序

列称之为一个Dexel,每一个Dexel用一个链表表示,链表的每个节点表示射线与物体的交点。在链表的每一节点除了存储位置信息之外还可以存储其它的附加信息,如材质信息、

该点处的法矢、颜色等。同一方向的Dexel存储于一个二维的数组中,如图1a所示;整个

体素模型由沿三个坐标轴方向的Dexel模型组成,如图1b所示。

Dexel模型放弃了对于单个Voxel的信息,仅仅存贮沿射线方向物体材料发生变化的位置,所以相对于三维网格模型能节省大量的存储空间;同时由于每个Dexel模型记录了射线和物体的交点,因此,沿射线方向用浮点数可以比较精确地表示物体表面点的位置,较传统

体素模型相比,具有更高的仿真精度。

1.2模型的建立CAD的实体模型是零件的设计与制造模型,具有很高的造型精度,所以本文采用将实体模型离散的方法建立压缩体素模型,其过程如下:

1在世界坐标系中,求取实体模型的最小包围盒。

2以实体最小包围盒的最小点Xmin,Ymin,Zmin为体素空间坐标系的原点,X、Y、Z坐

标方向为正方向建立体素坐标系。原点同世界坐标系的偏移量由变量为

Offsetx=Xmin,Offsety=Ymin,Offsetz=Zmin。

3由体素的大小d确定沿三个坐标轴方向的网格划分数:Nx=Xmax-Xmin/d;Ny=Ymax-Ymin/d;Nz=Zmax-Zmin/d。

4从体素坐标系的原点出发,分别在垂直于XOY,XOZ,YOZ三个坐标平面的三维网格交点处构造沿X,Y,Z轴方向的射线,依次求出每条射线和实体的交点序列,存储于Dexel链表中,将同一方向的Dexel依次存储于一个二维的Matrix之中,三个二维的Matrix构成了一个

完整的压缩体素模型。