1.4對象類的建立 ......




1.4 對象類的建立
由于數控機床的型號較多，功能、結構均有差 異，對每一臺數控機床，都去分析其結構特性、功能 特性，建立仿真模型，是一個費時費力的任務。從數控機床發展的歷史來看，數控機床具有明顯的繼承 性，就加工中心而言，就是在數控鏗銑床的基礎上發 展起來的，簡單而言，加工中心＝數控鏜銑床十換刀裝置。因此，利用數控機床的結構和功能特性相似的 特點，采用面向對象的方法建立起對象類的層次結 構關系并通過繼承實現仿真模型信息的重用是非常必要的。
數控機床依其結構形式分類較簡單，可劃分為 以下3類：臥式數控機床(HNCMT)、立式數控機床 (VNCMT)、龍門式數控機床(GNCMT)。這3類數 控機床可以被抽象為3種基本的數控機床對象類，它們構成數控機床類庫結構中的一層。這3類數控 機床對象類還具有一些共同的屬性，象數控機床的 名稱、型號、主軸的轉速范圍等這些所有數控機床都具有的屬性，因而可以進一步向上概況抽象出一種 新類——數控機床(NCMT)類，它處于數控機床類 層次結構的最上層，是整個數控機床類的基類。考慮到數控機床的實際情況，對數控機床的結構與功能 屬性進行更詳盡的分析，HNCMT類、VNCMT類、 GNCMT類均可按3坐標、4坐標、5坐標進一步劃 分類，它們處于數控機床類層次結構的下層。這樣， 整個數控機床類的層次結構就建立起來了，數控機床對象類的層次結構如圖2所示。

2 仿真系統的總體結構
數控機床加工系統由數控機床、刀具、工件和夾 具組成。數控加工的過程是數控機床在NC代碼的 驅動下帶動刀具對被夾具固定在工作臺上的工件進行切削加工的過程。要實現對數控加工過程的仿真， 首先要建立數控機床、刀具、工件和夾具的幾何模 型。在幾何模型的基礎上建立數控機床的運動模型。最后實現對數控加工過程的仿真。數控加工仿真系 統的整體結構如圖3所示。

3 仿真模型
數控加工仿真系統的仿真模型包括數控機床、 刀具、工件和夾具的幾何模型和運動模型，本文只討 論數控機床的幾何模型，刀具、工件和夾具的幾何模型較簡單，與數控機床類似，仿真系統的運動模型參 見文獻[3]。數控機床的幾何模型實際上是一個裝配 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 型的實現以及裝配體內部各子部件之間位置關系描 述等問題。
3.1 裝配模型的基本形式
裝配模型的基本形式是層次樹和圖。層次樹可 以清晰的表達裝配體的組成關系，而且也利于裝配 序列規劃的求解，但它不易表達零件間的配合關系。與層次樹結構相反，圖的結構比較容易表達各零件 間的關系，并提供了在裝配體中從一個零件直接找 到另一個零件之間聯系的路徑，特別適合公差和運動鏈的分析，但很難表示層次組成關系，結構比較復 雜，不易維護，而且操作也比較困難 [2] 。幾何模型與其它系統(如CAD／CAM系統)的裝配模型的要求 不同，可歸納為：(1)裝配幾何關系的描述；(2)裝配拓撲關系的描述；(3)零件層次性的構造。由于幾何 模型可不考慮公差配合，而且運動關系也具有層次 關系，因此，可采用層次結構。
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3.2 仿真模型的建立
在本系統中，一個裝配體被表示成一棵2叉樹， 如圖4所示，其中樹的根節點表示用戶最終需要的 裝配體，非葉節點表示子裝配體，子裝配體是由零件或者子裝配體構成，零件在這個樹狀結構中是用最 低層的葉結點表示。同時規定非葉節點的左子女作 為基體，它位置不發生變換，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 系，不同層次的裝配單元存在“從屬關系”。通過裝配 單元的局部坐標系與被裝配的裝配單元所在坐標系進行轉換及相應的移動和旋轉，使裝配單元定位于 理論裝配位置。此模型具有描述簡單、操作方便、容 易維護和存貯量小的特點。

4 結束語
現代仿真技術的發展趨勢就是面向對象，將面 向對象技術引人數控加工過程仿真系統的研究與開 發中，必將提高數控加工過程仿真系統研究的質量，促進數控加工過程仿真系統的應用與發展。設計出 一個正確的仿真對象是整個仿真系統實現的基礎。 本文在分析了數控機床的結構和功能特性后，指出數控機床是由相對獨立的數量較為固定的不同功能 的模塊組成，這些模塊在組成數控機床的過程中，不 僅存在幾何位置的約束關系，而且存在著選用上的排斥關系。由此，提出了一種面向對象的數控機床定 義方法，并在此基礎上建立了數控機床類庫，文中還 建立了數控加工過程仿真系統的整體結構。