数控铣床外文翻译汉语.pdf

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1、1-/6-1-/6-1 视觉辅助数控铣削加工轨迹的生成 随着计算机技术的高速发展,从根本上改变传统制造业,工业发达国家花了大 笔的钱在现代制造技术的研究与开发,创建一个新的模型。在现代制造系统,数控 技术的关键技术,结合微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制,比如集 成先进的、高精度、高效率、灵活的自动化等特点,制造业灵活的自动化、集成、智能起着关键性的作用。目前,数控技术正在经历一个根本性的改变,从一个特殊 的闭环控制模式为通用的实时动态打开所有的闭环控制模式。在综合的基础 上,CNC 系统的超薄、超轻;聪明的基础上，综合计算机、多媒体、模糊控制、神经 网络和其他技术的学科,数控系统以

2、实现高速、高精度、高效率控制、自动处理 可以修改调节补偿和参数进行在线智能故障诊断和治疗的网络基于 CAD/CAM 和数控系统集成为一台计算机网络,使中央政府集中控制该集团的控制过程。长期以来，数控系统为传统封闭式体系结构，但只能作为非智能数控机床控 制器。基于经验的过程变量是预先固定参数的形式。处理前是由专人或通过 CAD/CAM及自动编程系统编写实际的处理程序。CAD/CAM 与数控系统没有反馈控 制环节，整个制造过程是一个封闭的数控开环执行机构。在一个复杂的和环境变 化的情况下的加工过程中，加工刀具的构成，工件材料，主轴转速，进给速度，刀具路径，切削深度，走刀次数和粗糙度等其它工艺参数，

3、并不是在外部干扰和 实时动态随机因素的环境情况下得到的。不能通过随机修正反馈控制系统的 CAD/CAM 的设置数量。这反而影响到数控加工效率和产品的质量。显然，传统的固 定数控系统的控制模式和封闭式体系结构，限制了数控到更智能化的控制变量的 发展，已经不能满足日益复杂的制造过程。因此，数控技术的潜在的变革是不可 避免的。CAD/CAM 软件是一种网状交互型的计算机编程系统，它用来检测、处理和 控制数据流的制造。在今天现代技术广泛的依靠于像具有初始图形交换规范标准 与自动化路径规划模块（IGES）的整合。这种集成的目的是尽可能保持系统的 通用性。对制造系统的各个方面的整合提供了系统的整体自动化。

4、机器视觉系统是用来生成数控代码，以帮助解决铣削任何平面多边形的一部 分。视觉系统有助于捕捉一个多边形对象的图像。通过基于简单的图像处理规则 的软件执行计算图像被解码成边和顶点。然后软件把控制信息传递到路径规划模 块。此模块选择最有效的刀具路径，生成零件程序来铣削零件。本文介绍了该算 法的详细描述及其应用开发环境。关键词：机器视觉，路径规划，数控铣床-2-/6-2-/6-2-简介 机器视觉系统已经有了广泛的应用。这应用包括：常规工业零部件的检验和 机器人装配的检验。视觉系统也和机器人系统集成在一起提供自动感应姿势和速 度的最终效应的功能。随着廉价的计算硬件的出现，机器视觉系统已成为制造业 中的系

5、统的经济组成部分。在这个世纪中，制造业发展的特点是越来越多的努力转向于自动化机器的进 程。数控机床（数控），标志着电脑在制造业中应用的时代的开始。越来越多的 技术从此被用来帮助这一过程。数控机床工具已经由物质流系统和装配单元相联 在一起。数控机床由离线软件支持生成零件程序和磁带机格式来加工各种几何形 状的零件。离线软件是通过路径规划师使用 NC CAD 链接像 NC 视觉和 NC 链接 来创建的。数控机床和分布式数控机器提供一个控制计算机直接访问机器。然而，有一 个特殊情况，一个车间的零件的几何形状变化时（由于设计变更或供应商的规 格），在这种情况下，改变数控加工路径规划被证明是非常繁琐且费用

6、昂贵的。因此，一个完整的视觉模块，计算机辅助设计系统和计算机辅助制造系统应该用 在设施中与部分环境的变化一致。本模块将帮助机器看着零件，提取零件的几何特征并组织它们在 IGES 类型 的格式下。通过对几何数据组织，机器可以自动规划加工顺序来达到更好的处理 效率。在取放设备，如机器人，也能够根据这个积分模块生成的信息来进行指导。虽然在机器视觉系统和路径规划领域已经做了广泛的研究，但是，没有证据 证明机器的视觉系统能够和路径规划程序集成在一起。在本篇文章中，用机器视 觉的结合，CAD 和 CAM 的使用，以建立一个结构来确定一个零件上的平面铣削 有效的刀具路径。路径规划的要求 初始图形交换规范是一

7、种基于和使用 CAD 系统的通信文件结构生成数据的 规范。该 IGES 的目的是提供对 CAD 和 CAM 系统之间数据的自动交换的共同标 准。截至目前，有三种常用的计算机模型来表示对象类型实体。它们是线框，边 界和体积表示模型。这些模式各有各自的优点和缺点。在其目前的形式，IGES 也不能容纳体积申述。它根据确切位置和方向上的 实体存储数据。这个数据被分割成不同的部分。例如，一个多面体是通过捕捉这 个多面体的表面形状来形成的。这些表面形状的数据是通过把它们分割成边存储 起来。这些边是通过形成它们的点来进一步定义的。顶点是根据它在坐标轴上相 应的-2-/6-2-/6-3-位置和方向存储的。因此

8、，一个完整实体的数据是根据它在空间的几何规范 来存储的。因此，IGES 涉及到以计算机为导向的产品的定义，并且处理 CAD 和 CAM。以 IGES 格式存储的数据可以形成许多 CAD/CAM 应用的输入。现代技术广 泛的依靠于这个标准和自动生成程序的路径的结合。现在有许多刀具路径生成机 器对象方案。这些 CAM 软件套件主要是离线工作的，主要用于生成数控机床所 加工的物体的部分程序。路径规划模块提供给用户一个高效率的路径规划工具来 产生高效率的数控代码。路径规划模块所需要的唯一信息是被加工零件的几何特 征。这些路径规划模块应该是尽可能通用而且必须灵活。因此，路径规划模块应 该遵守优化加工策略

9、的相关规则。面铣刀，有两种类型的路径生成策略：楼梯铣 床和窗口，如图 1 所示，这两种技术在工业中都得到了相应的应用。虽然有效的 路径规划是可行的，最优路径规划在文献中并不是那么明显。硬件/软件结构 图像采集与处理，一个在这项研究中使用的视频采集系统，用它可以获得表 面是平的铸件表面上的多边形的图像。视频采集系统如图 2 所示。视频采集系统 包含 3 个主要的部分：一个摄像机摄像头，图像采集卡，和一个视频接口板。视 频采集系统是基于个人电脑眼系统的 IBM 个人电脑的一部分。图像是二元阀值的（在一个白色背景上的黑色图像）。使用已知维度的条纹 估计换算系数来完成前定标。该对象的边界像素被鉴定为检

10、测对象的边缘。一个 二维的边界走技术被用来编码对象的边界。霍夫变换技术被应用于识别该对象的 边缘。这些边交叉口通过使用 Cramer 规则而获得，因此，对象的顶点就被破译 了。边界框是用来确定有效的边缘交叉（在同一时间采取两个，按顺序）。该图 像采集和处理本身是一个独立的主题，并解释了文献中其它地方。在这里只提 出了一个总结以便于了解这篇文章的内容。数据的组织。根据零件的面、边和顶点获得了零件的几何信息之后，这些数 据信息被组织在一个 IGES格式类型的文件之下。通过视觉系统获得输入工 作，路径规划模块就产生了。实体的一个面上的数据在同一时间获得，这个面被 分解成边和顶点，这种开发算法的首要任

11、务是给顶点重新编号，这一步骤这样做 是为了保持顶点的一个有序轨道并保持它尽可能的通用。然后程序确定所求表面 上 X坐标轴上的最大坐标。在这一点上，表面被分成两部分，上部和下部。定义 为正向循环和反向循环最大和最小之间的 X 坐标。每一个点被组织好后，面上每一条边的关系也必须唯一确定下来了，也就是-2-/6-2-/6-4-说，每一条边的的角度也必须唯一确定。每一条边的的角度的确定方法如下：1、对于正向循环，角度的计算是从一个顶点到下一个顶点直到达到 X 轴的 最大坐标；2、对于反向循环，第一个角度的计算是该直线从第一个顶点将最后的顶点 向量夹角，随后直线角度的计算和当前顶点和前面的与它相关的顶点

12、有 关，直到达到 X 轴的最大坐标；角度计算完之后，该程序把控制传递到 CAM 路径下。除了从 CAD 所获得数据 信息外，还需要进给速度和刀具直径的信息。路径规划。铣削是断续切削操作，通常用于产生平整的表面轮廓。铣床和铣削 加工过程通常是根据刀具和工件所存在的关系来分类。在表面铣削过程中，是使 用面铣刀来加工工件的（如图 3 所示）。刀具和工件之间的自然关系如图 4 所示，通过刀具直线移动和旋转运动的及相 关的工作来完成铣削过程。因此，铣削速度，进给量和进给深度是影响加工表面 质量的关键因素。由于铣削的进行，从刀具开始铣削到铣削结束所积聚的切屑，在铣削出口处自动清洗干净。非常大的铣削深度由于

13、机床刚度和切屑排除情况的 影响是不允许的。如前所述，刀具沿工件的运动有两种方法，这些被分为掠过路 径和窗口路径。掠过路径平行于丫轴被使用，主要的 CAM 各径被分成许多子程序而保持它的灵 活性，十二种不同的情况如图 5 和图 6 所示。使用深悬其中的 0.1*D，在这个 地方 D 表示着刀具直径，使刀具路径最小化。通过定义垂直线使总配置被打破，下降了 0.9*深除了从初始点开始。这一点在图 7，此外水平线通过一个交叉程序 来定义（交叉表示一个角度的变化）。从图 5 和图 6 可以看出，角度在向前和向后循环中都被核对，做一个核对是为 了确保当前的道具位置接近下一个顶点。在循环中当前的刀具位置与其

14、它循环中 的一个顶点一起核对，以便为了使刀具提前感知它的运动。如果刀具从下一个顶 点的路径的距离小于 0.9*的距离，决定刀具路径的过程如图 5 和图 6 所示。输出模块。决定了刀具的路径之后，该程序产生一个输出文件，这个文件可以 作为输出文件或一个数控软件的数据文件（MAP）CAM 模块讨论提供凸的和凹 的形状。然而，集成模块只提供凸多边形形状的零件。核对了每个角之后，程序 会根据配置接着产生 APT 的陈述。程序还会在运动陈述产生之前产生环境陈述。而后会产生 X轴的坐标，程序自动产生 APT 代码的最后阶段的陈述。-2-/6-2-/6-5-实验分析 使用这种基本的软件产生自动路径规划的优点

15、在于它的高度的通用性和自动 化程度高的事实，编译后生成的数控代码，刀具的路径能够观察到。由于开发的 该算法可用于加工任何多边形表面，它可以应用在许多工业领域。铝材料的常规 多边形零件制造的接近于零公差（+0.01 至-0.01/0.254 毫米至-0.254 毫米），这些都用开发的软件进行了测试。图形的采集和处理的实施过程中使用了 IBM 的个人电脑。图 8-13 说明了实验的结果，对软件开发的主要阶段的结果提出了 两个几何图形（如三角形和一个平行四边形），对每一个图形的主要阶段是：表 面的图像、每个实体边界的编码、顶点的坐标和生成的数控路径。结束语 廉价的模块化系统已经开发出来用于自动路径的

16、生成，该系统包含 CAM 的三个 主要方面：机器视觉，CAD 数据库和数控零件程序。机器视觉系统用来获得实体 得表面多边形图像，通过数字图像处理原则对实体的边和顶点进行编码，这些数 据被组织在一个 IGES 格式下，这些数据然后操作使用软件功能自动地规划路径 铣削特定的表面。被开发的该软件保持着高度的通用性和灵活性。因为使用的视 觉系统是低廉的，被开发的软件也是很经济的。除了它的经济特点之外，它所采用的技术是非常简单的，由于它的应用，这种 算法用一个简单的工具为自动的数控路径规划提供了研究现状。用这种工具避免 了笨重的计算和单调的路径规划。这样一种算法在数控机床领域的固件和硬件的 实施将推进在

17、这一领域的研究的更新。附：数控技术的发展趋势 性能方向的发展 高速度高精度高效率。机械制造技术中速度、精度和效率是关键的绩效指标。作为高速 CPU 芯片，RISC 芯片，以及多 CPU 的控制系统和高分辨率的绝对数字 交流伺服系统，是同时提高机器的动态和静态特性的有效措施，高速度高精密机 床已大大提高机床的工作效率。柔性包括两个方面：数控系统本身的灵活性，数控系统采用模块化方式设计，功能覆盖广，可切割性强，易于满足不同用户的需求；群控系统的灵活性，随着 根据控制系统满足不同生产工艺的要求，材料流和信息流的自动动态调整，以最 大限度地发挥群控系统的性能。复合材料和多轴加工，以减少对配套的复合加工

18、为主要目的的处理时间，并朝着多轴，多功能的系列产品的开发方向发展。数控机床复合刀具技术是指在 一台-2-/6-2-/6-6-机器上的工件在一次装夹的过程中，通过自动换刀，旋转主轴头或转台等措 施，完成多工序，多面加工的复合。功能方向的发展 用户接口是图示的用户界面，是数控系统和用户接口之间的用来对话窗口。由于不同的用户界面的要求不同，从而大用户界面的开发的工作量很大，这是用 户界面软件发展到最困难的一部分。目前互联网，虚拟现实，科学计算和多媒体 技术，对用户界面的可视化提出了更高的要求。图形用户界面大大方便了非专业 用户使用，它可以进行窗口和菜单操作，易于编程和快速编程，三维动态三维彩 色图像，图形，仿真，图形蓝图，动态跟踪和仿真，不同方向的视图和局部显示 比例缩放功能均可以实现。可视化科学计算可用于高效的数据处理和解释数据，使信息交流不再局限于 用文字和语言，并且可以直接在图形，图像，动画，视频和其他信息之间使用。可视化技术与虚拟环境技术的进一步扩大，如图纸设计，虚拟样机技术，在缩短 产品设计周期，提高产品质量，降低生产成本等应用领域具有重要意义。数控技 术在可视化领域的技术可用在 CAD/CAM 领域，例如自动编程、设计参数的自 动设定，刀具补偿和刀具的动态数据处理和显示，以及可视化仿真加工，以及其 它方面。