图1 图形仿真程序总体设计流程图
图2 NC程序信息处理流程图4 关键技术的处理 NC程序信息识别 本模块通过对NC程序的第一次预处理，取得NC程序中的各种信息，其处理流程如图2所示。方法是逐条查找程序段中的各个字地址位置，并取出其后的数字，赋给相应的数组单元。为了便于处理，采用多个一维数组：而对于多组G指令的NC程序，要采用二维数组G(N，4)。在处理完一条程序段后，要对有续效性的指令进行处理，如G、F、M、S等指令，方法是：具有续效性的，若在本程序段末出现，则令其等于上段相应指令。 刀心轨迹计算 编程员在编制NC程序时，若按轮廓编程，则在仿真前要进行刀具中心轨迹的计算，以实现刀具半径的自动补偿。系统在提取NC程序信息后，已将轮廓信息，存放在有关数组中，刀心轨迹的计算需根据工件轮廓数据、刀具半径、刀偏信息及控制机的刀补形式(B刀补、C刀补)进行详细计算。刀具补偿过程分为刀补建立、刀补进行、刀补撤消3个步骤。下面以C刀补为例介绍刀心轨迹的计算方法。
- 刀补建立 刀补建立过程中的刀具中心运动轨迹由切入程序段形成。切入程序段是由起刀点到切入零件轮廓并形成刀具半径补偿的程序段，该程序段只能是直线段。切入程序段的拐角过渡轨迹(下程序段为直线)如图3所示。其中，O表示起刀点，S表示切入程序段刀具中心轨迹终点，A表示程序轨迹的转折点。建立刀补的计算公式为
左刀补：
Xr=-r× Y ，Yr=r× X (X2+Y2)½ (X2+Y2)½
右刀补：
Xr=r× Y ，Yr=-r× X #p#分页标题#e#(X2+Y2)½ (X2+Y2)½ Xr=r×Y(X2+Y2)½，Yr=-r×X(X2+Y2)½其中Xr，Yr为直线刀偏分量。先按照公式求出Xr、Yr，再根据A点的坐标即可求出S点的坐标。 下程序段为圆弧的刀偏分量Xr，Yr的计算公式，类似于直线的。
图3 直线段的拐角过渡轨迹 刀补注销 刀补注销与刀补建立类似，刀具中心的运动轨迹由刀具注销程序段形成，注销程序段也只能是直线。其是刀补建立的逆过程。 刀补进行 转接类型及判别。一般数控机床的控制装置所能控制的轮廓轨迹包括直线和圆弧，对于这种数控系统转接方式只有以下四种转接方式：直线接直线，直线接圆弧，圆弧接直线，圆弧接圆弧。 若相临程序段的下段编程矢量与X轴正向的夹角为a2，本段编程矢量与X轴正向的夹角为a2，两者之差为矢量夹角a。根据a 角的正弦值和余弦值以及刀补信息(G41/G42)可将过渡形式分为缩短型、伸长型、插入型等三种形式。
图4 直线接直线转接点的计算 转接点的计算。转接点的计算一般有两种方法：一种是解联立方程组，一种是利用平面解析几何求解。本系统采用矢量求解，如图4，目的是避开复杂的求解和唯一解的判别过程，并简化了计算，直接由本程序段的起点和终点计算，只求出矢量端点而非求出整个矢量，因此，该方法更为简单。 图4所示为缩短型直线接直线，转接交点在第一象限左刀补的情况。利用几何方法可算出无论A点在哪一个象限，对于左刀补，AC 在X，Y 轴上的投影ACX，ACY均为： ACX=-r sina1+sina2 ，ACY=r cosa1+cosa2 1+cosa 1+cosa 对于右刀补只须把刀具半径取负值即可。 本程序段刀心轨迹为SC，则C点的坐标值为 CX=AX+ACX，CY=AY+ACY 5 结论本文介绍了NC程序图形仿真设计的具体方法及关键技术，该系统可以针对不同的NC程序进行快速、直观、正确的验证，操作简单、方便，提高了机床的工作效率。同时，该系统还可用于学生教学及培训等。
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