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浙江大学硕二 论文计算机数控玻璃刘茬加工中心c a d c a m 系统研究 计算机数控玻璃刻花加工中心c a d c a m 系统研究 摘要 3 7 8 8 2 计算机数控玻璃刻花中心是国内最近发展起来的高新技术设备，集成了c a d c a m 技 术、计算机数控技术、机构设计、电机驱动技术、玻璃光学表面成形技术。其中c a d c a m 技术与计算机数控技术是系统的核心技术。由于计算机数控玻璃刻花中心有着和玻璃深加 二行业紧密相关的其自身的特点和应用前景，其c a d c a m 系统和一般的c a d c a m 系统 不同。根据其独特的加工工艺及c a d c a m 技术，研究和开发计算机数控玻璃刻花中心 c a d c a m 系统是本论文研究的主要目的。 使削面向对象设计和分析方法对大型c n c 数控玻璃刻花中心c a d c a m 软件进行分 析和发计是本论文研究的重点。 第一章是绪论部分，论述了c a d c a m 系统的结构与功能和面向对象的c a d c a m 应 用软件设计方法，并介绍了图形交互技术。 第二二章简要地阐述了计算机数控玻璃刻花中心系统的特点、组成、性能和工艺特点， 介绍了计算机数控坡璃刻花加工所用的技术，同时也介绍了相关系统的国内外发展现状。 第三章是本论文的主要内容，使用面向对象分析和设计的方法对计算机数控玻璃刻花 中心c a d c a m 软件进行了设计，给出了图形和路径两个基本类对象，同时分析了相关功 能模块与基本类对象之间的关系。最后，给出了玻璃刻花c a d c a m 系统的埘户界面。 第四章主要是介绍了对图形和路径两个基本类对象进干亍操作的功能模块的设计与实 现，并着重阐述了玻璃刻花c a d c a m 系统中的几个关键技术。 第五章对计算机数控玻璃刻花中心c a d c a m 系统进行测试和维护。 最后，作者对本文的研究内容进行了总结并对计算机数控玻璃刻花中心c a d c a m 系统的发展做了展望。 关键词：c a d c a m 系统玻璃刻花面向对象计算机数控 浙江大学硕士论文计算机数控玻璃刻花加工中心c a d c a m 系统研究 r e s e a r c ho nc a d c a ms y s t e mo fc n cg l a s s e n g r a v e rm a c h i n ec e n t e r a b s t r a c t c n c g l a s se n g r a v e rm a c h i n e c e n t e ri sah i 【g ht e c h n o l o g ye q u i p m e n ti nw h i c hc a d c a m ， c n c ，m e c h a n i c a ld e s i g na n dm a n u f a c t u r e ，m o t o rd r i v e rt e c h n o l o g y , a n dc o m p u t e rc o n t r o l l e d o p t i c a ls u r f a c i n g ( c c o s ) t e c h n o l o g y a l ei n t e g r a t e d i nt h e s et e c h n o l o g i e s ，c a d c a ma n dc n c a r et h em o s tc o r et e c h n o l o g y b e c a u s ec n c g l a s se n g r a v e rm a c h i n ec e n t e rh a s c l o s er e l a t i o n s h i p w i t hg l a s s d e e pp r o c e s s i n gi n d u s t r y , i t sc a d c a ms y s t e mi sd i f f e r e n tw i t hc o m m o n c a d c a m s y s t e m t h i sp a p e ri s a i m e dt or e s e a r c ha n dd e v e l o pc n cg l a s s e n g r a v e rm a c h i n ec e n t e r c a d c a m s y s t e m b a s e d o nc h a r a c t e r i s t i c o f g l a s s p r o c e s s i n g a n d c a d c a m t e c h n o l o g y t h er e s e a r c he m p h a s i so ft h ep a p e ri st h es o f t w a r ea n a l y s i sa n dd e s i g no fc n c g l a s s e n g r a v e rm a c h i n ec e n t e rb a s eo no b j e c t - o r i e n t e dm e t h o d c h a p t e r1 i st h ei n t r o d u c t i o i l i td i s c u s s e st h es l r u c t l 】r ea n df u n c t i o no f c a d c a m s y s t e m t h e o b j e c t o r i e n t e dm e t h o do f c a d c a m i sd i s c u s s e da n dt h eg r a p h i c si n t e r a c t i o nt e c h n o l o g y si n t r o d u c e dt o o c h a p t e r 2i n t r o d u c e sc n cg l a s s e n g r a v e rm a c h i n ea e n t e r ，s u c ha s i t sc h a r a c t e r i s t i c ， s t r u c t u r ea n d p r o c e s s i n g i ti n t r o d u c e st h et e c h n o l o g yu s e d0 1 1c n cg l a s se n g r a v e rm a c h i n e c e n t e r a l s o ，t h i sc h a p t e ri n t r o d u c e sp r e s e n ts i t u a t i o na n dt h et r e n d so fc n cg l a s se n g r a v e r m a c h i n eo e n t e rd o m e s t i c a l l ya n do v e r s e a c h a p t e r3i st h em o s ti m p o r t a n tp a r to f t h i sp a p e rw h i c hi ta n a l y s i sa n dd e s i g nc a d c a m s o f t w a r eo fc n cg l a s se n g r a v e rm a c h i n ec e n t e rw i t ho b j e c t - o r i e n t e dm e t h o di s a n a l y z e da n d d e s i g n e d t w ob a s i cc l e s so b j e c t so fg r a p h i c sa n dp a t ha r eg i v e na n dt h er e l a t i o n s h i po f f u n c t i o n m o d u l e sw i t hb a s i cc l a s so b j e c t si sa n a l y z e d a tl e s t , a s e ri n t e r f a c eo f g l a s se n g r a v e rc a d c a m s y s t e m i sp r e s e n t c h a p t e r4i s t h eo t h e rm o s ti m p o r t a n tp a r to ft h i s p a p e r , i ti n t r o d u c e s t h ed e s i g na n d i m p l e m e n to ff u n c t i o nm o d u l e s ，t h a to p e r a t et w ob a s i cc l a s so b j e c t s , a l s od i s c u s ss o m ep i v o t a l q u e s t i o nf o u n dd u r i n gd e s i g n t h et e s to fc n c g l a s se n g r a v e rm a c h i n e c e n t e rc a d c a ms y s t e mh a sb e e nc a r r i e do u ti n c h a 【p t e r5 ， f i n a l l y , t h er e s e a r c hc o n t e n t so f t h i sp a p e r h a v eb e e ns u m m a r i z e da n dt h ep r o s p e c to f c n c g l a s se n g r a v e rm a c h i n ec e n t e rc a d c a mt e c h n o l o g y h a sb e e n o p e n e du p k e y w o r d s ：c a d c a mg l a s se n g r a v e ro b j e c t - o r i e n t e d c n c 新江大学硕士论文计算机数控玻璃刻花加工中心c a d i c a i v l 系统研究 第一章绪论 1 ，1 c a d c a m 系统结构与功能1 c a d c a m 系统是应用现代计算机技术以产品信息建模为基础以计算机图形处 理为手段，以工程数据库为核心对产品进行定义、描述和结构设计，用工程计算方法进 行性能分析和仿真，用工艺知识决策加工方法等设计制造活动的信息处理系统。 1 1 1 c a d c a m 系统分层体系结构及其分类 c a d a m 系统体系结构可分为三个层次，如图i i 所示。基础层由计算机、外围殴 各和系统软件组成，系统软件在工作站上主要是u n i x 加m o t i f 操作系统以及w i n d o w s n t 操作系统，在微机上主要是w i n 9 5 9 8 操作系统；系统软件还包括各种支撵软件、系 统开发和维护的工具软件。支撑层包含了图1 1 中部所示内容，随着i n t r a n e g i n t e r n e t 的 广泛使用，分布式协同设计和制造c a d c a m 环境正成为支撑层中的一个重要组成部分。 应用层则是针对不同的应用领域需求而开发的各种c a d c a m 专用系统。 浙江大学硕士论文 计算机数控玻璃刻花加工中心c a d c a m 系统研究 ， 蚺鲺 c 眦m l 垃工 c c 甩舶 c n ，己“ 机械 ，c x 区恩罂 支撑层 硅填 c 蚰，强爿 覆且 口田舳 安疆 啪胁x m 空新天 皿x 汽车 口吐x 图1 ic a d c a m 系统的体系结构 c a d c a m 系统作为计算机应用系统的一个重要分支，经历了三个发展阶段，即： 多用户共享一台计算机；一个用户使用一台计算机；一个用户共享多台计葵机。从系统 结构上看，c a d c a m 系统丈致可分为三类，即集中式系统和网络系统，集中式系统要 求有功能强大的计算机，一次投资太，而且应用不灵活因此此类系统主要应用在2 0 世纪8 0 年代中期以前。随着工作站和高性能微机的问世和迅速发展，工作站和微机 c a d c a m 系统正有代警这类集审式c a d c a m 系统趋势并逐灏形成鼹络纯的系统。 1 1 2 机械c a d c a i h 系统中软件应具有的基本功能 虽然不同的c a d c a m 系统可有不同的功能要求，但就机械产品c a d c a m 系统来 说，应具有的基本功能是： 1 )产品几何造型功能。产品几何造型软件是c a d 系统的核心，因为c a d 任 务的后续处理。均在几何造型酌基础上进行的。所以几何造型功能的强弱。 在较大程度上反瞬了c a d 系统功能的强弱，通常几何造型系统技术分为线 框造型、曲面造型和实体造型。为了c a d c a m 集成系统的需要，还要求 造型系统具有特征造型的功能。 2 )2 d 和3 1 3 图形处理毖力，适应产晶总体设计3 d 造型、结捣搜计出2 d 圈的 晰扛大学硕士论文计算机数控玻璃刻花加工中心c a d c a m 系统研究 需要。 3 ) 3 d 运动机构分析和仿真功能，适应3 d 复杂空间布局的问题。 4 ) 有限元分析功能。机械产品中零部件的强度和刚t 生计算；热传导和热变形 的分析计算；流体力学分析计算等可用有限元法进行分析分解。 5 ) 优化设计功能。产品设计过程实际上是寻优的过程，也就是在某些条件的 限制下，使产品的实际指标达到_ 最佳， 6 ) 工程绘图功能。设计中将图形转换成数据信息井输入计算机，计算机对此 数据进行处理后再以图形信息的方式交互与输出。 7 ) 数裾管理功能。c a d c a m 系统在设计过程中要处理的数据不仅数量大，而 且类型也较多，却其中有数值型数据和菲数值型数据。也有随者设计过程 不断变化的设计( 即动态数据) 。为了要统一管理这些数据，在c a d c a m 系统中应该有工程数据管理系统。 8 ) c a p p 功能。工艺设计人员利用计算机完成零件的工艺规划设计，它接受来 自c a d 系统的零件信息包括兄何信息和工艺制造信息，运用工艺设计知 识设计合理的加工路线选择优化的加工参数和加工设计。 9 )c a m 功能。在c a m 过程中主要包括两类软件：c a p p 与数控编程( n c p r o g r a m m i n g ，h l c p ) ，当前对c a m 软件的范畴划分存在一些差异，一种是 狡义的理解，将c a m 软件看作是n c p 现在大部分商品化的所谓c a m 软 件，实际上都是n c p 。对于狭义c a m ，是由c a d 系统向c a m 系统提供 零传信息，c a p p 系统向c a m 系统提供施工工艺信息和工艺参数，c a m 系统最终根据工艺流程和几何尺寸、工艺精度要求，自动产生零件程序， 进而产生刀位文件最终生成n c 加工程序。另种是广义的理解，即认为 c a m 包括了c a p p 与n c p 的内容所以，往往将c a d c a p p c a m 集成系 统称为c a d c a m 集成系统。 一种更为广义的c a m 是指利用计算机辅助完成从毛坯到产品差_ 遗过程中的直 接和间接的话动，包括工艺准备、生产作业计划、物流过程的运行控制、生产控制、 质量控制等主要方面。其中：工艺准备包括计算机辅助工艺过程设计、计算机辅助 工装设计与制造、计算机辅助n c 程序、工时定额和材料定额的编制等内容：物流 过程鲍运行控割包括加工、装配，检测、输送、储存等物滚的管理，稷据生产作业 计划的生产进度信息控制物料的流动：质量控制是通过生产现场检测数据当发现 偏离或即将偏离预定质量指标时，向工序作业级发出指令给予纠正。 1 ，t 3g a d c a n 系统的开发内容和步骚 用户的c a d c a m 系统一艘是面向产品的如机械零件设计系统、模具设计系统、液 浙江大学硕士论文计算机数控玻璃刻花i j f j i 中心c a d c a m 系统研究 压或气动元件设计系统、发动机设计系统等。通用c a d c a m 软件无论功能多么完善； 对于某些特定的用户有特定的运行环境，其运行效率不一定高，甚至不能满足特殊用户 的特殊应用功能。专业人员必须按照设计工作或行业的需要进行二次的开发。开发工作 主要有： 1 ) 建立产品数据模型和产品数据库。 2 ) 建立产品参数化图形数据库和国家标准数据库。 3 ) 对通用c a d c a m 系统软件做国际化和国家标准数据库。 4 ) 建立产品数据库管理系统。 5 ) 特殊工作符号和汉字处理。 6 ) 各个子系统与数据库集成，包括主控模块及接口设计和数据交换接口程序设计。 7 ) 用户交互界面的设计。 8 ) c a d c a m 系统的模块设计，包括：用户界面设计，交互图形设计，对话系统 及应用接口设计，专用设计方法库( 应用程序模块) 的设计，产品数据库的设 计，文件管理系统设计，数据管理系统设计，图形管理系统设计产品信息系 统设计，零部件设计，装配设计，参数化设计。图形库创建工具及管理工具设 计，其他如运动分析，有限元分析c a p p ，n c 模块设计与接口设计。 1 2 面向对象的c a d c a m 应用软件设计方法 c a d c 埘应用软件设计与实现阶段着重考虑如何描述设计软件结构、实现信息处理 方法将设计模型转换成程序设计方法。 1 2 ，1 面向对象的程序设计方法”1 面向对象( o b j e c to r i e n t e d ，o o ) 技术是一种与传统软件工程的功能方法完全不同 的、以对象为中心的方法，它不仅是种程序设计技术更重要的是体现了一种思维方 法。下面我们从认知方法学和程序设计方法学两方面来描述o o 技术的基本特征， 从认知方法学角度来看，o - o 技术是属于思维科学中一项工程技术，o o 方法学是 属于思维科学中的一项技术科学，o - o 方法学认为：客观世界是由各种“对象”组成的， 任何事物都是对象，每一个对象都有自己的运动规律和内部状态，每个对象都属于某个 对象类，是该对象类的一个元素。o - o 方法学还认为：通过类比发现对象之间的相识胜 即对象间的共同属性，并以此为基础形成对象类。这些对象类按“类”、“子类”和“父 类“的概念构成树型层次关系，如无特殊说明，处于下一层次上的对象类可以自然继承 位于上一层次上的对象属性，对己分成类的各个对象，可以通过定义一组“方法”来说 4 蚜江大学硕士论文计算机数控玻璃刻花加工中心c a d c a m 系统研究 明该对象豹功能。对象之间蛉相互联系通过传递“消息”来完成，消息就是通知对象去 完成一个允许作用于该对象的操作。至于该对象如何完成这个操作的细节，则封装在相 应对象的定义中，对于外界是隐蔽的。 从程序设计方法学角度来看，o o 方法是一种与传统软件工程的功能方法完全不同 的，以对象为孛心的方法。对象是数据和有关操作的封装体，每个对象都是某一对象类 ( c l a s s ) 的实捌( i n s t a n c e ) 。一个类实质上定义的是一种对象类型，描述了属于该类型 的所有对象的性质从程序设计学角度看，o - o 方法有如下基本特征。 a ：o - o 方法突破了传统的将数据与操作分离的模式，较好地实现了数据的抽象。 b ：o o 方法的继承性体现了概念分离抽象，在对象继承结构上，下层对象继承上 层对象奇特征 ，所以在进行正式加工前需要进行工作台的修瘗。并且在每曦 一段时间时( 般为一年) 要重新修磨工作台面，以保证玻璃能很好的吸附在工作台面 上，同时又能保证加工精度。横梁的设计也较为关键，因为横粱是移动部件，其惯性的 大小直接影响加工的动态性能，其设计的准则是在保证足够的刚度的前提下尽量减小横 粱的重量，船工譬昀设许也是这一设计准鄹。函为露头酾抽工譬都是安装在横粱上的。 刀库是用于耍放刀具的，设计为可安装1 d 刀具， 该数控系统是五轴四联动的其中两轴为同步轴，基本结构如图2 所示： 五个轴分别是x ，y ，y 1 2 c ，( 图中为m 1 、把、把、m 3 、m 4 ) ，图中m 5 是变频电 视，由p m a c 卡对变频器进行控制。其中y 和y 是同步控制的辆，因为该数控系统的横粱比 较长( 约有5 米) 必须由二个电机同步驱动t 玻璃刻花产品主要是通过各种磨轮在平板玻璃上加工出各种花样米生产的。花样主 要由各种基本图元组成，有蕴线、圆弧、圆、椭圆、点及样条曲线等，可以发现花样都 是由线条组成的，因此加工时磨轮和加工线条相切，在电机带动下高速旋转即可在一定 深度范围内鸯工出几乎任意形状的花样线条。通过控制磨轮轮缘的形状和磨轮宽度就可 以加工出不同样式和宽度的线条。 图2 2 四轴联动数控玻璃刻花中心筒图 2 2 计算钒数控玻璃瓤花加工中心机床使舄钧刀具p 4 由于玻璃加工行业的特殊性，在介绍加工工艺之前先简要介绍一下它的加工刀具 玻璃加工用的金剐石磨具。 斯江大学硕士论文计算机数控玻璃刻耗加工中心c a d c a m 系统研究 金刚石黪疑广泛滋痘露予玻璃热工行盈。不论是镑裟璃、铸锈玻璃、繇醚玻璃焱筵 石英玻璃和玻璃一殉畿之类的特种玻璃，只有用焱周u 石蘑舆磨削加工才能获得既经济而 工纷又不燕逸螅效果。 玻璃实际上是一种粘性极大的“固淼液体”。晶体在冷态下生成时经常发生的不规 则收缩现象对于玻璃来说是不会发生的。就大多数玻璃来镟，它的转化湿度位予5 0 0 7 0 0 之御。霜蠲结蘑具蘑捌瑟，搬耀船工参数和蘑舆结构鼬酉厨，在磨粒与工件接艘焦存口 温度很快达到甚至超过这一温度范围。从而降低了玻璃的可磨性。采用金刚再砂轮时， 表蟊温度一簸在1 0 0 定右，耪籽的癌酴整戳髓瞧崩裂律| 夔轻徽粘瞧变形来实现的。所魏 工件的加工袭面比较平滑。 透过建撵鼹毽耗蠹、结合粼黎瑟露掰耧金嚣磊密其簸够灌是不瓣臻途熟蕊工。玻璃 加工几乎无例外地采用金属结合剂金刚石磨具。加工平扳玻璃的精磨工序时还要用到 辩脂楼合囊q 砂凝。下表是金刚露塞具加工平摄玻璃蛇应用麓嚣( 以茭接兰c h a r t ef s 的艇 b e e r s 技术脘务中心的产品为静j ) 锈甥磨削糟摩 i工其薮锯片 罄影移轮，镑形砂轮平形砂轮 结合剂金属金属树脂 磨料s d a 8 6 + ，s d a t 姬i a s ，m 触蛳) a s 1 0 0c b a 5 5 n c d a i粒燕s o ? d 8 0 1 0 08 0 1 0 0 2 0 影z 3 02 0 0 3 0 d ”3 2 5 1 4 0 3 d 3 0 2 0 1 8 id 1 8 l d 7 61 5 3 0 a m d 7 6 d 4 6 寝1 金嚣g 石蘑兵船工平扳玻璃的应臻范围 天然金剐磊蘑辩s 融嵇，蓬撩精选熬众麟聂鬏裁经过皴簿爨戒懿。特烈遗瘸子趣王 特别脆的玻璃，井要求崩边的危险性减至最小的情况。 舆有一定脆性的m d a ，切射较锋剥，王传不鹾迓。强度较高的鄹a s 适鼹予要求砂轮 寿命长、性献僳持性好的场合。 s n a 系列盒刚石适予要求租敝度的锯镛加工。 m i c r o n 搬魄是由人造金耩石原始晶鞍经遥破碎、按精确拍粒度缎成分绫制成的。通 用于精磨加工。 樽嚣结合翔砂轮或键隽救采瘸镀n 秘c 溅5 n 或轻廑较缍静e 馘鞋盈m 1 c r o ne 髓微 粉， 壤利金剐露塞具俗稼金剐季囊，瑟壤黪袅雕蘩县袋髂耱l l 轮。 2 ，3 计算规数接玻璃刻芯加蔓夺心驹舰王工艺删 下面简要介绍一下加工工艺，平扳玻璃制品的加工主要青下面三个步骤。 l2 浙江大学顶士论文计算机数控玻璃刻花加工中心c a d ，c a m 系统研究 【1 ) 金刚轮豹施工 一般称为粗刻，用户利用和它配套的c a d c a m 软件设计出所需的各种花样图寰再 生成数控加工文件，c n c 系统完成口工。对于不同的线型，不周的线的粗细需要用 到多把金刚轮系统根据每把刀具的路径进行加工，抉刀过程由系绩的自动换刀系统完 成。由于金羁l l 轮不易露摄不用对它进行补偿，计算对柽据它的半径值萱接计算，不过 如果时阃长了还是会磨损的，并且因为轮缘不同部位的磨损程度不同，轮缘的形状会发 生变化。如果这时不对轮缘形状进行修蘑，就有可能会导致产生抛光缺陷，所以如果出 现了抛光缺陷就需对它要进行轮缘形状的修整。 ( 苟树糙轮的加工 一般称为细刻或扩榴加工，如果加工的线型是粗线条白勺( 一般大于1 5 m m 的都认为是 粗线条的线型) ，就需要用到树脂轮了，树脂轮的加工路径是基于金刚轮加工路径计算 出来的，井且每把树脂轮者i i 有它所对应的金刚轮的，由于树脂轮有一定的磨损，需要对 它进行补偿处理加工耐程序自动计算；尝量。因为刀具半径的变化，所以要进行刀具 半径的静偿的同对还需考虑刀轮的磨损。 ( 3 ) 抛光轮的加工 这是最后一道工序。鼬光轮的加工路径也是基于金目q 轮如工路撞计算的。同撑每把 抛光轮都有它对应的金刚轮的。由于抛光轮在整个加工过程中损耗量是蛀大的，是自d 工 的主要成本之一，所以在进行计算时，如何在保证抛毙质量的前提下节省抛光轮用量是 必须考虑的问题。抛光轮就相当于是砂轮，因而它的磨损比较快，加工过程中还需要考 意抛光缺陷谴题t 转缘彤校鸽魏蔓，丽导致挞光不全) a 2 4 计算机数控玻璃刻花加工中心主要技术性能指标 计算机数控玻璃刘花加工中心能够在平板玻璃表面谨行各种花形髓囊的加工，满足 了用户对鬲档玻璃产品的新需求。通过对加工参数和劓_ 芘图案采用计算机管理和控制- 可实现对蘑轮进行自动补偿。系统配有功能强大的专用藐形设计软件( c a d c a m ) ，用 户可自行瑷计各种花形，太面积工作平台，可同时加工i 1 0 0 块同样花形的玻璃， 率项目的玻璃亥花控制软件是一个萋于w i n d o w s 操作系统的应用软件，根据玻璃 刻花花型c a d c a m 软件生成的加工数据进行加工，具有良好的人机毋面和简便的操作 性能。 与国内外同类成品比铰该系统的e 【连性和和先进性杰于： 1 ) 实现了在w i n d o w s g g x p t 下进行玻璃剿花的五轴四肢动控制加工， 2 ) 具有自动换砂轮的功麓，实现全自动类机器人换刀控制。 3 ) 具有砂轮抛光自动补樘功能，可根据砂轮磨损程度自动计算补偿量并加以精确补僧一 4 ) 撵俸控瓤简单方便，入规界面友善， i3 新扛大学硕士论文计算机数控玻璃刻花加工中心c a d c a m 系统研究 指标参数 最大行程 3 3 5 0 * 1 7 0 0 + 1 5 0 r a m 工作行程 ，1 0 9 * 1 6 0 0 r a m 玻璃厚度 5 3 0 m m 主轴转速 3 5 0 0r p m 主轴功率 4 k w 定位精度 4 - 0 ，0 5 m m 重复定位精度0 0 3 m m 最小进给量0 0 1 m m 最大磨轮直径 1 6 0 m m 刻花宽度 2 5 m m 总功率 】9 k w 整体尺寸 6 6 c 0 2 5 5 0 2 2 0 0 m m 重量 6 0 0 0 k g 电源a c 3 8 0 v 1 0 5 0 h z 4 - 2 表2 玻璃刻花加工中心性能指标 2 5 国内外相关系统的现状m 刚 玻璃雕刻是一项精度要求很高的技术，我国在玻璃加工机械设备的研制属于初级阶 段市场现有的玻璃加工机械以进口的为主，瑗璃雕刻方面主要是意大利c m s 公司的 电脑自动刻花机。c m s 公司从80 年代起就从事这方面的研究，积累了丰富的经验，其 产品在国内外市场上都有着很高的占有率。在国内，广东中山迪威公司与华中理工大学 联合研制的电脑自动刻花机在低端客户中也有一定的占有率，下面我们比较一下两个公 司产品的技术参数。 意大利c m s广东中山迪威 型号 f r 6 7 3d k 3 1 5 最大行程 3 7 5 0 6 7 3 0 2 3 d m m3 4 1 5 + 】7 0 0 * ) 6 2 0 r a m 工作行程 3 3 4 0 6 7 3 0 m m3 0 0 0 * 1 5 0 0 m m 玻璃厚度 3 - - 5 0 r a mt 3 0 m m 主轴转速1 5 ，0 0 0r p m 5 0 0 0 r p m 主轴功率 1 35 k w3 k w 磨头移动o 7 0 , 0 0 0 m m m i n 阻一1 5 0 0 0 r m 州m i n 速度 最大磨轮 1 5 0 m m 1 6 0 m m 直径 刻花宽 3 3 m m2 3 r a m 度 总功率2 9 k w1 8 5 k w 整体尺寸 5 6 0 0 8 4 0 0 2 5 0 0 m m5 5 6 0 * 2 5 1 4 1 9 4 0 m m 重量 1 0 0 0 0 k g5 5 0 0 1 c g 14 晰扛大学硕士论文 计算机数控玻璃刻花加工中心c a d ，c a m 系统研究 表3 意大利c 惦和广东中山迪威产品的技术参数比较 通过以上分析我们不难看出，与国外的成熟产品相比国内的全目动玻璃刻花机在 性能上有很多不足之处，因而我们设计的计算机数控玻璃刻花加工中心有其研制的必要， 并能适应市场的需求。 2 6 计算机数控玻璃刻花加工技术介绍”1 计算机数控玻璃刻花加工中心系统的加工过程需要使用c a d 技术、c a m 技术、n c 接术、机床技术、集成技术等很多环节，任何一个环节都是必不可少的。 图2 3 计算机数控玻璃刻花加工中心系统流程 c a d 建模：列席c a d 软绎的设计、建模、变换等工具，蒋用户需求的花型变成产 品数据模型。 几何模型：是可以供计算机处理的二进制数据，包括产品的几何尺寸和外形，是c a d 建模的处理结累，也是下一步c a m 数控编程的原始数据。几何模型一般以文件的形式 傈存在磁盘上或者驻留在内存中。 c a m 处理：根据玻璃花型规划出合理的工艺方案。选择合适的加工手段生成实际 的刀具轨迹，输出成控制加工中心运动和工作的n c 代码。 n c 代码：就是控制指令的有序集合，包括使用的刀具、主轴转速。进给速度、冷 却静c 态、刀具位置等控制命令因为n c 代码的主要内容是刀具运动位置信息，所以常 常称为刀具路径。 控制系统：将n c 代码读入控制软件中，在控制软件中通过调用运动控制器的运动 l5 浙江大学碗士论文 计算机数控玻璃刻花加工中心c a d c a m 系统研究 函数转化为控制信号。控制软件还提供开始、停止、回零、换刀和对刀等控制命令。 控制信号：控制饲服电机运动的信号由计算机发出。 加工中心：五轴四联动机床本体，完成玻璃刻花加工，生成最终产品。 计算机数控玻璃刻花加工中心系统利用集成技术将这切完全集成起来，形成一个 可以独立完成工作盼生产系统。计算机数控玻璃刻花加工中心系统拥有分析、产品设计、 工艺规划、数控编程，加工等过程。分析、产品设计、工艺规划、数控编程过程在计算 机上进行操作，这些过程生手也可能要经过多次的尝试，但在计算机上操作，尝试不会 产生实际的损失，而熟练人员可以很快完成设计生成n c 代码。 计算机数控玻璃刻花加工中心系统数控加工过程中，整个过程拥有高度的自动化， 加工的精度高，产品重复一致性能好，摆脱了对加工人员的依赖。 2 7 本章小结 本章首先从数控玻璃刻花加工中心机床的组成、使用的刀具和加工工艺等几方面全 面详细地介绍了计算机数控玻璃刻花加工中心的工作原理。然后，介绍了数控玻璃刻花 加工中心的技术性能指标和国内外相关系统的现状。最后，对计算机数控玻璃刻花加工 技术做了介绍。 16 新江大学硕士论文计算机数控玻璃刻花加工中心c a d c a m 系统研究 第三章玻璃刻花c a d c a m 系统需求分析与总体设计 【本章摘要l 本章首先进行了牧件的需求分析然后建立了卧图 f ；和路径为两个基本娄对象、七个功 能模块组成的揍型最后给出了用户界面的设计。 3 1 软件的需求分析圳 软件的需隶分析是用户和系统分析员之间的桥粱，用户了解他们所面对的问题，知 道必须做什么，但是不知道怎样利用计算机解决他们的问题；系统分祈员通常都是计算 机软件的专家，但是对特定用户的具体要求并不完全清楚。事实上，对用户要求还没有 完整准确的认识就匆虻着手编写程序是许多软件开发工程失败的主要原国。作为系绕分 析员首先应该详细地、清楚地了解用尸对软件的需求。 大型c n c 玻璃刻花加工中t y 由玻璃嘉4 花机床( 包括伺服系统) 、工控微机、控制软 件s d c a d c a i 软件组成的数控系统，系绩能够高效地大批量加工图案自行设计的平板玻璃 袤q 花裁品。 3 1 1 软件的工艺流程 用户对瑗璃刻花c a d i c a m 系统的要蒙就是要生成高质量的加工g 代码，具体的g 代码产生工艺流狸如下： ( i )能够设计出各种二维图形。 ( 2 辅以各种加工参数。生成加工路径。加工参数包括：加工刀具。刀具库中有 十把刀具，用尸根据所需要的笺型在刀具库中选择不同的刀具；端点处理。 根据曲线的形状来确定是否需要端点处理，开放的曲线需要端点处理，用户 可以选择端点的处理方式闭合的曲线无需端点处理，但是要保证闭合连接 没有疤痕：加工速度。对于较纲的线型，加工中心受力鞍小；可以设定较恢 的加工速度，而租线型则应该设定较慢的加工速度；加工步长。加工中心采 用直线插补对于曲率较大的弧，为了图形的精确性，需要设定较小的步长， 而对于曲率较小的弧或者直线步长可咀设定得较大以提高加工效率。 ( 3 )生成筑路径能够致刁具轨迹的尼武在羼幕上模叛显示出来。并能显示出踌径 万向、直线插补的各个加工点客户根据刀具轨迹判断路径是否最优，是否 满足需要，路径方向可以修改。 ( 4 )最后由加工路径输出g 加工代码，生成代码文件供控制软件运行。由 l7 晰江大学硕士论文计算机数控玻璃刻花加工中心c a d c a m 系统研究 2 4 节可知，玻璃刻花一般都分为三步：租刻、扩槽、抛光。细线刻芘可以 省掉扩槽这一步。但是有些客户在一张玻璃上某些线条只需要粗刻，不需要 抛光，这样在输出g 代码时，我们必须对不需要抛光的代码做点处理，比 如在代码后面加上n p ( n o tp o l i s h ) ，这样控制软件抛光程序读到n p 时就 跳过它。 玻璃刻花c a d c a m 系统工艺流程如下图所示 图3 一l 玻璃刻花c a d c a m 系统工艺流程 3 1 2 软件的功能要求 做好软件定义期的工作，是降低软件成本，提高软件质量的关键。在软件开发的不 同阶段进行修改需要付出的代价是很不相同的，在早期引入改动。涉及的面较少因而 代价也比较低：而在开发的中期软件配置的许多成分已经完成引入一个变动要对所有 已完成的配置成分都做相应的修改，不仅工作量大，而且逻辑上也更复杂。因此付出的 霞价剧增i 在软件“已经完成”对再引入变动，当然需要付出更高得多得代价。 为了确定软件系统应具备的具体功能，以便于尽早避免、剔除早期错误，提高软件 质量、开发效率和降低成本通过对3 1 1 节工艺流程的分析和玻璃刻花的特点，了解 浙旺大学硕士论文计算机数控玻璃刻花加工中心c a d c a m 系统研究 到用户对现在广为流行的a u t o c n 3 e g 较熟练、并要求与a u t o c h d 兼容的要求，确定软件应 具有下列基率功能： 1 ) 能够方便、快捷地绘制出各种需要的二维图形。 2 ) 用户在a u t o c a d 中绘制的图形可以被该系统兼容使用。 3 ) 能够将图形转换成具有四维坐标的光槽加工路径。 4 ) 能够生成用户所需要的漂亮的端点形状。 5 ) 能够实现加工路径的刀具轨迹的计算机模拟咀减少上机时发生错误的损失。 6 ) 能够对加工路径进行修改以提高效率。 对于用户第一条功能要求在参考其他c a d 系统和与用户充分交流的基础上，可 以细化成以下的具体要求： 能够用各种线素( 包括直线、圆弧、椭圆弧、b 样条曲线等) 画出二维的图形 来。 为了精确定位，需要有坐标捕捉功能，可以捕捉端点、中点、三分点等。 能够任意变换图形。 能够任意裁减图形。 当操作失误时，可以恢复失误前的图形状态 3 2 面向对象建模 对象模型表示静态的、结构化的系统的“数据”性质。它是对模拟客观世界实体的 对象以及对象彼此间的关系的映射，描述了系统的静态结构。面向对象方法强调围绕对 象而不是围绕功能来构造系统。 从上一节软件需求分析可知，玻璃刻花c a d c a m 系统需要建立两个对象模型：图 形与路径，还有服务于这两个对象的功能模块，文件与管理模块、绘图模块、图形编辑 模块和a u i o c a d 接口模块是对图形操作的模块，它们的作用就是方便、快捷的产生图 形。路径产生模块、路径管理与变换模块和路径输出模块则是对路径操作的模块，它们 的作用就是产生让用户满意的加工路径。 这7 个功能模块与图形和路径2 个对象就构成了玻璃刻花c a d c a m 系统的对象模 型，其相互关系如下图所示： 析扛大学硕士论文 计髯机数控玻璃勇i 花加工中心c a j 3 c a m 系统研究 图3 - - 2 玻璃刻花c a d c a m 系统对象模型关系图 3 2 1 玻璃刻花c a d c a m 系统的两个基本类对象挺型：图形与路径 ，7 7 路径管理与 。变换模块 图形和路经是玻璃麦4 花c a d c a m 系统两个被操作对象，整个系统都是围绕它们展 开的。c a d 部分主要处理图尼，c a m 部分主要处理路径。 ( 1 ) 图形 在本c a d 系统的数据结构浸计中，筏们采用的是图元分类存储方式。因为该软件 是针对刻花图样的，而在刻花过程中，刀具的运动轨迹主要是连续曲线，所我们选择 了点，直线圆弧，椭圆弧，样条曲线等图形元素作为基本圈元，并以此为基础来设计 图形的数据结构， 一幅图形鱼若干复合盎艘组成，每条复合盛缓瓣可以盛若手基奉图形元素首尾相接 而成，也可出是单独的图形元秉，如一个点、一条直线、一段圆弧等。每个基本图形元 綮有它们自己的单独的类，为了便于管理，我们在这些图形元素之上另外建立了一个通 用元素类，给每个图素命名排序，在通用元素粪的基础上建立一个复合曲l 戋类，最后复 合曲线类的基础上再建立一个蒋墨荑，以存碡固形和实现对趣彤酌操作。c a p 系统中图 尼的存储结构a 下图所示： 祈旺大学硕士论文 计算机数控玻璃刻花加工中心c a d c a m 系统研究。 图3 3 c a d 系统中的图形存储结构 下面给出最简单的点类的定义： c l a s sa np o i n t ( p u b l i c ： a r tp o i n 幻； v i r t u a l a r t _ p o i n t o ； h 味p a 出母p e ： p r i v a l c ： | j 桷迤函数 解构函数 疗路径类型 i n t r e _ n a m e ； 溜字 d o u b l e m _ f x ；x 坐标 d o u b l e m 鸟；y 坐标 d o u b e r e _ f z ；2 ：坐标 b o o l m _ b l s d e l e t e ；是否删除 i 操作 p u b t i e ： v d 汹 i n i t i a l ( ) ；初始化 v o i d s e t c o o r d ( d o u b l e ，d o u b l e ，d o u b l ez = o 0 ) ；, 1 设定坐标 4 0 u b t eg e t c o o r dx o r e t u m l t i f x = ) ；，筏得x 坐标 d p u b ko e t c o a r dy ) r e t u m i d 一毋) ： ，莪得y 坐标 d o u b l eg e t c o o r dz 0 r e t u r n n l - 岔 获得z 坐标 d o u b l e d i s t t o p t t t ( a r t _ p o i n t + e p a t ) ；点与点的距离( 参数为类) d o u b l e d i s t t o p n t ( d o u h l e k 抽曲i e y ) ，点与点的距离( 参数为坐标) 2i 晰扛大学硕士论文 计算机数控玻璃刻花加工中心c a d c a m 系统研究 由 g e t n a t e 0 ； v d 沾 s e t n a m e ( i n t ) ； 绶取名 m 啜名 b o o li s d e 】e ； ，奄询是否有霹j 除标志 v o i d s e t d e l e t e f l a g ( b o o l ) ；墒删除标志 b o o l c o p y ( a r tp o i n t p ) ； 复制 v b i , l m i r r o r ( o o u b l ex o , d o u b l e y o , d o u b l ex 】，d o u b l ey 1 ) ； 镜像 v o i dm o v e ( d o u b l ed x , d o u b l ed y ) ； ，移动 v o i dr o t a t e ( d o u b l ex e e