1.4對(duì)象類的建立 ......




1.4 對(duì)象類的建立
由于數(shù)控機(jī)床的型號(hào)較多，功能、結(jié)構(gòu)均有差 異，對(duì)每一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，都去分析其結(jié)構(gòu)特性、功能 特性，建立仿真模型，是一個(gè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力的任務(wù)。從數(shù)控機(jī)床發(fā)展的歷史來(lái)看，數(shù)控機(jī)床具有明顯的繼承 性，就加工中心而言，就是在數(shù)控鏗銑床的基礎(chǔ)上發(fā) 展起來(lái)的，簡(jiǎn)單而言，加工中心＝數(shù)控鏜銑床十換刀裝置。因此，利用數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)和功能特性相似的 特點(diǎn)，采用面向?qū)ο蟮姆椒ń⑵饘?duì)象類的層次結(jié) 構(gòu)關(guān)系并通過(guò)繼承實(shí)現(xiàn)仿真模型信息的重用是非常必要的。
數(shù)控機(jī)床依其結(jié)構(gòu)形式分類較簡(jiǎn)單，可劃分為 以下3類：臥式數(shù)控機(jī)床(HNCMT)、立式數(shù)控機(jī)床 (VNCMT)、龍門(mén)式數(shù)控機(jī)床(GNCMT)。這3類數(shù) 控機(jī)床可以被抽象為3種基本的數(shù)控機(jī)床對(duì)象類，它們構(gòu)成數(shù)控機(jī)床類庫(kù)結(jié)構(gòu)中的一層。這3類數(shù)控 機(jī)床對(duì)象類還具有一些共同的屬性，象數(shù)控機(jī)床的 名稱、型號(hào)、主軸的轉(zhuǎn)速范圍等這些所有數(shù)控機(jī)床都具有的屬性，因而可以進(jìn)一步向上概況抽象出一種 新類——數(shù)控機(jī)床(NCMT)類，它處于數(shù)控機(jī)床類 層次結(jié)構(gòu)的最上層，是整個(gè)數(shù)控機(jī)床類的基類。考慮到數(shù)控機(jī)床的實(shí)際情況，對(duì)數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)與功能 屬性進(jìn)行更詳盡的分析，HNCMT類、VNCMT類、 GNCMT類均可按3坐標(biāo)、4坐標(biāo)、5坐標(biāo)進(jìn)一步劃 分類，它們處于數(shù)控機(jī)床類層次結(jié)構(gòu)的下層。這樣， 整個(gè)數(shù)控機(jī)床類的層次結(jié)構(gòu)就建立起來(lái)了，數(shù)控機(jī)床對(duì)象類的層次結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2 仿真系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
數(shù)控機(jī)床加工系統(tǒng)由數(shù)控機(jī)床、刀具、工件和夾 具組成。數(shù)控加工的過(guò)程是數(shù)控機(jī)床在NC代碼的 驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)刀具對(duì)被夾具固定在工作臺(tái)上的工件進(jìn)行切削加工的過(guò)程。要實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控加工過(guò)程的仿真， 首先要建立數(shù)控機(jī)床、刀具、工件和夾具的幾何模 型。在幾何模型的基礎(chǔ)上建立數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)模型。最后實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控加工過(guò)程的仿真。數(shù)控加工仿真系 統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3 仿真模型
數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的仿真模型包括數(shù)控機(jī)床、 刀具、工件和夾具的幾何模型和運(yùn)動(dòng)模型，本文只討 論數(shù)控機(jī)床的幾何模型，刀具、工件和夾具的幾何模型較簡(jiǎn)單，與數(shù)控機(jī)床類似，仿真系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)模型參 見(jiàn)文獻(xiàn)[3]。數(shù)控機(jī)床的幾何模型實(shí)際上是一個(gè)裝配 模型，是裝配單元按一定約束條件組合在一起的裝配體，裝配單元為零件或部件。以下主要討論裝配模 型的實(shí)現(xiàn)以及裝配體內(nèi)部各子部件之間位置關(guān)系描 述等問(wèn)題。
3.1 裝配模型的基本形式
裝配模型的基本形式是層次樹(shù)和圖。層次樹(shù)可 以清晰的表達(dá)裝配體的組成關(guān)系，而且也利于裝配 序列規(guī)劃的求解，但它不易表達(dá)零件間的配合關(guān)系。與層次樹(shù)結(jié)構(gòu)相反，圖的結(jié)構(gòu)比較容易表達(dá)各零件 間的關(guān)系，并提供了在裝配體中從一個(gè)零件直接找 到另一個(gè)零件之間聯(lián)系的路徑，特別適合公差和運(yùn)動(dòng)鏈的分析，但很難表示層次組成關(guān)系，結(jié)構(gòu)比較復(fù) 雜，不易維護(hù)，而且操作也比較困難 [2] 。幾何模型與其它系統(tǒng)(如CAD／CAM系統(tǒng))的裝配模型的要求 不同，可歸納為：(1)裝配幾何關(guān)系的描述；(2)裝配拓?fù)潢P(guān)系的描述；(3)零件層次性的構(gòu)造。由于幾何 模型可不考慮公差配合，而且運(yùn)動(dòng)關(guān)系也具有層次 關(guān)系，因此，可采用層次結(jié)構(gòu)。
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3.2 仿真模型的建立
在本系統(tǒng)中，一個(gè)裝配體被表示成一棵2叉樹(shù)， 如圖4所示，其中樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)表示用戶最終需要的 裝配體，非葉節(jié)點(diǎn)表示子裝配體，子裝配體是由零件或者子裝配體構(gòu)成，零件在這個(gè)樹(shù)狀結(jié)構(gòu)中是用最 低層的葉結(jié)點(diǎn)表示。同時(shí)規(guī)定非葉節(jié)點(diǎn)的左子女作 為基體，它位置不發(fā)生變換，變換矩陣只作用它的右子女。只有同一層次的裝配單元存在“位置約束”關(guān) 系，不同層次的裝配單元存在“從屬關(guān)系”。通過(guò)裝配 單元的局部坐標(biāo)系與被裝配的裝配單元所在坐標(biāo)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換及相應(yīng)的移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，使裝配單元定位于 理論裝配位置。此模型具有描述簡(jiǎn)單、操作方便、容 易維護(hù)和存貯量小的特點(diǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)
現(xiàn)代仿真技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)就是面向?qū)ο螅瑢⒚?向?qū)ο蠹夹g(shù)引人數(shù)控加工過(guò)程仿真系統(tǒng)的研究與開(kāi) 發(fā)中，必將提高數(shù)控加工過(guò)程仿真系統(tǒng)研究的質(zhì)量，促進(jìn)數(shù)控加工過(guò)程仿真系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展。設(shè)計(jì)出 一個(gè)正確的仿真對(duì)象是整個(gè)仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。 本文在分析了數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)和功能特性后，指出數(shù)控機(jī)床是由相對(duì)獨(dú)立的數(shù)量較為固定的不同功能 的模塊組成，這些模塊在組成數(shù)控機(jī)床的過(guò)程中，不 僅存在幾何位置的約束關(guān)系，而且存在著選用上的排斥關(guān)系。由此，提出了一種面向?qū)ο蟮臄?shù)控機(jī)床定 義方法，并在此基礎(chǔ)上建立了數(shù)控機(jī)床類庫(kù)，文中還 建立了數(shù)控加工過(guò)程仿真系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。