精密光学产品虚拟加工的数控工具外文文献翻译、中英文翻译.docVIP

PAGE PAGE 1 附录一 材料加工技术杂志140（2003）211-216. 精密光学产品虚拟加工的数控工具 WB.Lee,D.Gao*,C.F.Cheung,J.G.Li 工业和系统工程系，香港理工大学，HungHom，香港，香港，中国公共关系 摘要 在本论文中，提出了超精密金刚石车削的虚拟加工系统（VMS），并讨论了该系统中数控刀具轨迹编译器的功能。区别于基于刀位数据文件的商业CAD/CAM软件，本文所开发的虚拟加工系统是基于数控程序开发的。在该系统中，采用实际机床的数控程序来控制虚拟机床。数控刀具轨迹编译器包括词法和词义分析，语法和语义解析，驱动代码生成等几部分。本文以制造衍射透镜的模具衬垫作为研究实例，阐述了所开发的虚拟加工系统的性能。 关键词：虚拟制造，数控刀具轨迹，金刚石车削，光学产品 引言 虚拟制造（VM）是一项新兴技术，区别于对实物的真实操作，该技术包含了建模，模拟和人工智能等计算机制造活动[1]。最近几年来，许多研究工作[2-9]一直致力于研究虚拟加工的框架，图形界面和可视化算法。实际生产前的模拟可以提高生产效率。已做的研究工作为优化生产活动，提高生产效率提供了工具。但很很好有人注意到数控刀具轨迹编译有助于数控机床的数控代码在执行前被验证。数控刀具轨迹编译器是虚拟加工系统中最重要的功能模块之一。本文中的虚拟加工系统应用于超精密金刚石车削光学产品，本文详细讨论了该系统中轨迹编译器的设计。 2虚拟加工系统和虚拟加工系统的优势 超精密光学产品的传统设计和制造方法[2]如图1（a）所示。在图1（a）中，设计、原型、评价的过程在本质上是个迭代累试的过程。这些步骤不仅昂贵，而且费时。在虚拟加工中，产品从设计到实际投入生产的过程中，设计和资源优化的可行性可以先于任何制造资源、任何昂贵的废料产生前被给予考虑（图1（b））。 （a）超精密光学产品的传统设计和制造方法 （b）超精密光学产品的虚拟加工设计和制造方法 图1 精密光学产品的传统方法与制造方法的比较 图2所示为虚拟加工系统的功能模块，该虚拟加工系统应用于金刚石精密切削光学产品。首先将光学产品的技术要求设计导入到光学产品的设计与最优化功能模块，使用如ZEMAX软件包等的计算机辅助光学设计软件设计光学产品的技术要求。然后数控程序生成功能模块使用如刀具轨迹生成器（TPG）软件包等的计算机辅助软件生成该光学产品的数控程序。该数控程序在数控刀具轨迹编译功能模块被验证。如果在数控程序中有任何词法和语法错误，错误信息会反馈到数控程序生成功能模块，从而修改该数控程序。这一过程将一直继续到没有错误存在。驱动虚拟单点金刚石切削（SPDT）的命令代码也在此时产生。在虚拟的单点金刚石切削模块中，执行三维（3D）图形仿真；评估切削用量，例如切削速度，主轴转速和切削深度。像干涉和碰撞这些切削错误会在该模块中被检测到。如果有干涉或碰撞发生，那么将重新设置切削用量或者修改数控程序。在虚拟检测功能模块中，已加工的虚拟透镜被给予评价。该评估结果反馈到光学产品设计和最优化功能模块，用于改善透镜的设计，直到获得满意的透镜。最后，合格透镜的设计和制造信息被输出到实际的生产过程。即迭代的设计、加工、评估过程完全由虚拟加工系统所完成，而没有任何废料产生。虚拟制造方法的主要过程示意图如图3所示。 图2 虚拟加工系统的功能模块 图3 虚拟教工的主要过程示意图 3虚拟加工系统中的数控刀具轨迹编译模块 数控程序的生成主要是通过两个模块：一个模块是计算机辅助制造（CAM）模块，CAM模块根据所设计的零件、刀具路径计算出刀具的运动轨迹；另一个模块是机床控制器独立刀具位置数据（CLDATA）文件的输出结果，刀具位置数据文件在数控后处理模块中产生，用于运行具体的数控程序的文件。这两个步骤依旧涉及大量的人为干预和指导。在数控程序中始终有可能存在错误，如出现意外事故，词汇错误，语法错误，加工参数错误，刀具和夹具之间的干涉等错误。尽管像Unigraphics和MASTERCAM等的商业CAD/CAM软件可以执行刀具轨迹模拟，但是他们往往是根据刀具位置数据文件。本文中所开发的虚拟制造系统是基于数控程序的系统。在虚拟加工系统中，真实机床的数控代码控制机床三维图形模型运动。数控加工刀具轨迹编译器通常负责检查数控程序和计算用来驱动虚拟机床的驱动命令代码。刀具位置编译（CLT）的实施是很简单的，而且刀具位置数据文件直接提供了刀具位置。此外，这些刀具位置数据文件没有语法和语义错误。然而因为数控刀具轨迹编译器包括词法和词义分析，语法和语义解析，驱动代码的产生等功能，所以数控刀具轨迹编译的实施比刀具位置编译要困难的多。 图4所示为拟议的数控刀具轨迹编译器的框架。它由三个主要部分组成。第一部分是预处理器，它是用来进行预处理工作的，如省