关键词：铣削模拟；数控加工；面向对象的程序设计；刀具轨迹
数控铣床的应用越来越广泛，数控加工的整个过程是通过NC 加工程序来控制的. 无论是手工编程还是自动编程所得到的程序都会存在一定的错误，传统方法采用试切法来验证程序是否正确，即用木模、蜡模或塑料模试切以进行检验. 而在计算机环境下，利用数控模拟方法进行数控程序的正确性检验是一种新的方法. 通过对零件加工过程的模拟，可以检查数控代码的正确性，还可以检查加工过程中刀具与工件、机床及夹具之间是否有干涉现象. 加工过程模拟可以比较真实地反映出实际的切削加工过程. 在计算机屏幕上以可视化图形方式模拟NC 加工过程，查出程序中的错误并加以修改，可以节省大量费用和时间. 所以，采用NC 图形的刀具轨迹模拟，可以提高编程效率.
本模拟系统为本人开发的NCCODE 数控自动编程系统的一部分，在XK714 数控铣床的实际应用中，证明了它的有效性和正确性.
1 开发平台及工具
本系统在PC 机上运行，选用当今流行的Windows 98 或Windows XP 作为软件的开发和运行的操作系统. 以Auto-CAD 2000 为平台，采用面向Microsoft 公司的通用软件开发平台Visual C + + 的开发工具ObjectARX，该工具支持可视化编程和面向对象技术，是基于MFC 开发的Windows 应用程序.
2 数控铣削模拟系统的结构及流程
数控程序加工模拟系统是CAD/ CAM 集成系统中一个重要组成部分，开发的CAD/ CAM 集成系统CCODE 中，首先根据零件轮廓的图形实体直接生成数控加工代码，然后通过该模拟系统进行模拟检验. 模拟有二维动画显示模拟和三维实体几何模拟. 本系统采用二维动画显示模拟，其结构如图1 所示，开发流程如图2 所示. 这种模拟的特点是二维的，与二维视图的工件图纸一样，比较简单方便，由于二维动画显示比较易行，因此应用广泛. 在求算平面刀位轨迹、优化刀具运动轨迹时比较有效；对于一些三维模拟分解为二维模拟来解决也是有意义的.
3 刀具轨迹模拟数据的获取及实现
为了实现由AutoCAD 二维图形中描述零件轮廓图形，实体的刀具轨迹模拟必须获取刀具轨迹的信息，刀具轨迹信息由AutoCAD 图形数据库中描述零件轮廓的图形实体获取. 在NCCODE数控自动编程系统中，把零件轮廓的图形实体连接成一条多段线（可封闭也可不封闭）. 多段线是AutoCAD 中特殊的图形实体，它是由一系列首尾相连的直线和圆弧组成，在图形数据库中以顶点（即相连点）子实体的形式保存信息. 与位置、形状有关的重要信息有两个：一是顶点（Vertex）坐标数值，保存在10 组码中；二是顶点凸度（Bulge），保存在42 组码中. 多段线的起点即就是刀具的起点，加工过程中所需的终点坐标均可由多段线各顶点的数据确定，根据这些数据即可生成数控加工代码. 同样，根据这些数据可以模拟刀具轨迹.
3.1 直线部分的数据
鉴于直线线段是多段线组成部分，但在实体多段线内，子实体不是线段，而是顶点，而且多段线的直线顶点只保存了直线起点标志，终点坐标则都保存在下一个顶点中. 利用ObjectARX 函数可以很方便地知道多段线各顶点的坐标值和凸度值，这样就得到了零件轮廓线上直线的起点、终点坐标等几何信息.
AutoCAD 中约定：凸度为0 是直线的顶点. 具体方法如下：
i（f bulge = = 0）/ / 判断是否直线
｛
ads name e0，e1；
acdbGetAdsName（e0，vertexObjId）；
struct resbuf *ed，*cb；/ / 定义结果缓冲区链表指针
acdbEntNex（t e0，e1）；
i（f（ed = acdbEntGe（t e1））！ = NULL）
｛
fo（r cb = ed；cb！ = NULL；cb = cb - > rbnext）
i（f cb - > restype = = 10）
｛
P［2 Y］= 2*（cb - > resval. rpoin［t Y］- p［t Y］）
P［2 Y］= cb - > resval. rpoin［t X］- p［t X］/ / 直线的第二顶点的数据信息
numb + + ；
｝
acutRelRb（ed）；
｝
｝
3.2 圆弧部分的数据
多段线的圆弧顶点都只保存了圆弧的起点标志，终点坐标则都保存在下一个顶点中. 利用ObjectARX函数可以很方便地知道多段线各顶点的坐标值和凸度值，这样就得到了零件轮廓线上圆弧的起点、终点、半径、圆心等几何信息.AutoCAD 中约定：凸度不为0 是圆弧的顶点，凸度为正表示逆时针圆弧，凸度为负表示顺时针圆弧. 具体方法如下：
acedOsnap（ptm，"center"，ptcen）；/ / 获得圆心的坐标
ads name e011，e111；
acdbGetAdsName（e011，vertexObjId）；
struct resbuf *ed，*cb；/ / 定义结果缓冲区链表指针
ads point pst1，pst10，opst1，ptcen1，ptm1；
ads real rads1，length1；
ads point-se（t cb - > resval. rpoint，pst1）；/ / 获得PST 点为圆弧的端点
acdbEntNex（t e011，e111）；
i（f（ed = acdbEntGe（t e111））！ = NULL）
｛
fo（r cb = ed；cb！ = NULL；cb = cb - > rbnext）
i（f cb - > restype = = 10）
｛
ads point-se（t 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）；
acutPola（r opst1，rads1 - 3.1415926 / 2，bulge*length1（/ 2），ptm1）；
acedOsnap（ptm1，"center"，ptcen1）；/ / 获得圆心的坐标
｝
3.3 刀具轨迹模拟的实现
根据上面介绍的方法，获得刀具轨迹数据，然后根据ARX 函数acedCommand（RTSTR，“INSERT”RTSTR，刀具图块名，RTPOINT，P1，RTREAL，scale，RTSTR，“ ”，RTREAL， ），如果为直线，则在两点间插入若干个以刀具半径为圆的图块，数目的多少与进给速度有关，数目越多，则切削速度越快，反之，则切削速度慢；如为圆弧，则在该圆弧段上插入刀具图块，但要区别顺圆和逆圆，以区别切削方向.
4 实例
以铣削模拟的一个实例来说明，在NCCODE 界面下当生成数控加工代码后，按下“模拟”按钮，输入正确的模拟参数，单击“确定”按钮，弹出如图3 所示对话框，然后单击模拟后，模拟效果如图4 所示.
5 结论
利用计算机图形交互界面，采用二维模拟技术及面向对象的程序设计方法，以VC + + 和AutoCAD 功能强大的开发工具ARX，对描述刀具轨迹的图形实体进行处理，获取所需数据，对铣削系统的刀具轨迹进行模拟，直观、快速、正确地验证数控代码，且操作简单、方便，提高了数控机床的工作效率. 在XK714 数控铣床上应用，取得了良好的效果，同时，该系统还可以用于学生的教学中.
