數控機床現代機械工業的主力設備，數控車床是裝備量最大的數控機床，約占42%。數控車床的培訓是學校職業技能培訓的重點。但數控車床特別是高性能數控車床價格昂貴，學校無力大量購買，故在購買少量的高性能數控車床上，裝上筆者開發的相應模擬軟件後，讓學生在模擬軟件上練習合格後，再上車床操作，該模式非常適合學校的大規模培訓。該軟件還可真實地模擬車削加工軌跡，檢驗數控加工程序確定的工藝路線是否合理，是否會出現刀具與工件相撞、過切等問題。
1 用VB開發軟件
車床加工是典型的兩坐標聯動加工，用平面圖形即可表示清楚。該模擬軟件在Windows95/98中文版操作系統下運行，編程語言選擇VB5中文版，是壹種面向對象的可視化編程語言。數控車床的工作過程可視為操作者對數控車床上的鍵盤、開關等進行操作後產生相應的結果。VB提供了眾多控件（對象），可用於表示數控車床上的鍵盤、開關等，如用CommondButton控件表示按鈕，其功能在該控件的對應事件過程中編程即可實現。面向對象使得各事件過程相對獨立，結構明晰，便於編程與修改。模擬軟件的編程，應使學生在計算機前操作與在數控車床上操作的感覺相壹致。
2 軟件界面與實際完全壹致
學生在數控車床前，其工作空間大體上可分為3部分：①車床機械部分，包括三爪卡盤、工件、刀架、尾座、床身等；②操作面板，有顯示屏、鍵盤、各種開關、旋鈕等；③刀具庫，包括各種車刀、鉆頭、鏜刀等。相應地，模擬軟件設計了3個Form控件（界面），Form1控件：顯示車床機械部分，顯示裝夾工件、裝刀對刀、切削加工過程；Form2控件：顯示數控車床的操作面板；Form3控件：顯示可供選用的刀具。各Form控件上的布局與數控車床上的實際布局、位置、顏色等完全壹致。
車床最常用的夾具是三爪卡盤與尾座頂尖，工件壹般為管材或棒材。按“機械制圖”的規定，在Form1中用若幹Shape、Line控件來表示工件、卡爪、頂尖。用戶輸入工件尺寸，改變表示工件的Shape控件的Visible屬性與Width、height屬性，在Form1中顯示出工件。在相應的鍵盤、鼠標事件過程中編程，用鍵盤、鼠標改變各Shape、Line控件的位置屬性，移動工件與卡爪、頂尖，並給出相應的提示，即完成裝夾過程。
Form3中設置多個PictureBox容器，每個容器中用若幹Line控件“繪制”壹種刀具。對鉆頭等形狀相同、尺寸成系列的刀具，可根據用戶輸入的刀具尺寸，軟件相應地改變容器中Line控件的位置屬性，顯示不同的規格。
3 設置數、識別輸入指令及顯示加工效果
數控車床刀架有12個工位，可任意選擇某工位。Form1中設置了若幹Line控件。此時雙擊任壹PictureBox容器，Form1中的Line控件會在當前工位繪制出相應的刀具，在此工位“裝刀”。如果該工位已有刀具，軟件會提醒是否更換刀具。用戶還可通過鍵盤、鼠標操作來改變刀具在刀架上的安裝位置。Form1中每個工位上安裝的“刀具”的Line控件的數目、各Line控件的位置屬性值都將存入變量。當該工位被選為當前工位時，即顯示其上所裝刀具形狀。在Form1上雙擊某工位，若該工位無刀，則該工位所有變量值均為0。數控加工中，還需輸入刀具補償參數（包括X與Z方向補償值、刀尖圓弧半徑、刀尖參數等）。全功能性數控車床壹般配備對刀儀，軟件中用若幹Shape控件表示。通過鍵盤、鼠標事件，改變刀具Line控件與對刀儀Shape控件的位置，根據位置屬性值，確定刀具補償值。再用類似的方法，根據刀具Line控件與工件Shape控件的位置屬性值確定工件坐標系與機床坐標系的關系。相應的數值保存在Form2中相應的Label控件中。
數控系統中，只有G、M、F、S、T等有限指令，格式也不復雜。數控加工程序與計算機程序類似，由若幹程序段組成，每個程序段壹般以“；”結束。模擬軟件在Form2中設置了壹個與實際壹致的小鍵盤，用TextBox控件接受輸入的程序。軟件將輸入的每個程序段看作壹個字符串，VB提供了豐富的字符串函數，如Val、Instr等，可以很方便地提取其中包含的信息，並予執行。例如：
O0001；
G00 X60 Z5 S400 T0101；
G01 U-10 W20 F0.1；
……
程序以“O”開頭，“0001”表示程序號，“；”後的“G00 X60 Z5 S400 T0101；”視為壹個字符串，可用instr函數檢測出“G”指令的存在，再用Val檢測出其後的數字“0”，得到具體的“G00”指令。依此，檢測出“X”、“60”及其它。所有輸入的數控加工程序均以文件形式保存在硬盤中。
數控車床可加工的只有直線與圓弧（包括順圓、逆圓），其余曲線可由直線、圓弧逼近而成。直線、圓弧的形成過程采用數控插補方法。模擬軟件無法模擬半閉環的數控車床實際運動的反饋控制，選用逐點比較法形成軌跡，計算簡單，編程方便。軟件通過如上的字符串計算，為插補計算提供軌跡性質、幾何參數（起點、終點、圓心等）、轉速、進給量等數據，還有工件坐標系與機床坐標系的關系、刀具的補償。
模擬軟件中，工件（Shape控件）填充以醒目的黃色。執行切削指令時，刀具按插補計算的軌跡在屏幕上移動，刀具切削刃從工件經過處，以屏幕背景色覆蓋。視覺效果上，工件材料被切除。因為數控車床加工的是回轉件，切削刃所經之處關於主軸軸線對稱的工件部分，也要以屏幕背景色覆蓋，顯示出工件材料被切削的效果。
4 軟件中壹些問題的解決
數控車床所用FANUC數控系統中，還有G70、G90等復合加工指令，是直線運動（G00、G01）、圓弧運動（G02、G03）的組合。根據運動軌跡性質與切削效果，模擬軟件編程時建立了G00、G01、G02、G03、G32（螺紋切削）***5個加工子程序。程序段中出現某壹指令，則調用相應子程序或子程序組合，如“G00；”，調用G00子程序，根據“X60 Z5 S400 T0101”，形成相應的軌跡。
實際操作中，有些情況幾乎不可能出現，如未夾緊就加工的情況。模擬軟件編程時必須考慮 些情況，為此，在模擬軟件中許多操作結果都以狀態變量形式保存，如卡爪頂尖夾緊，該狀態變量為“真”，是後續加工的前提。數控車床的分辨率壹般已達0.001mm，計算機屏幕上無法表示如此小的 度。Form控件坐標系中編程時，以30Twip/mm為單位，而機床的坐標值以0.001mm為單位顯示。實際位置值與顯示的坐標值有壹定誤差，但不影響視覺效果。
模擬軟件提供的數控車床的操作過程與實際的操作過程完全壹致。模擬軟件接受FANUV-0TC加工程序並演示加工軌跡，與實際效果相同。數控車床的各種功能，如單句執行、暫停、緊急停止等，模擬軟件均可實現。對某些功能，如調整伺服系統參數、反饋控制等涉及機床“硬件”的，只保留其操作，無法進行效果的模擬。
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