基于Android平臺(tái)的五軸數(shù)控加工仿真系統(tǒng)研究

游玉霖，施　群

(上海大學(xué) 機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院，上?！?00072)

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基于Android平臺(tái)的五軸數(shù)控加工仿真系統(tǒng)研究

游玉霖，施群

(上海大學(xué) 機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院，上海200072)

摘要：隨著3G乃至4G時(shí)代的到來，基于Windows平臺(tái)的五軸數(shù)控加工仿真系統(tǒng)已不能滿足移動(dòng)辦公理念，因此文章提出了基于Android平臺(tái)操作系統(tǒng)的五軸數(shù)控加工仿真系統(tǒng)。利用UG繪制銑床三維模型同時(shí)導(dǎo)出STL文件，同樣使用UG對(duì)工件進(jìn)行建模并對(duì)其進(jìn)行五軸數(shù)控加工仿真，運(yùn)用UG提供的后處理構(gòu)造器得到NC文件，借助JAVA編程語言對(duì)STL文件和NC文件進(jìn)行讀取并且顯示銑床三維模型和刀路軌跡，導(dǎo)入基于Android平臺(tái)創(chuàng)建的OpenGL ES的窗口進(jìn)行仿真；提出了一種改進(jìn)的Z-map模型使其適用于五軸數(shù)控加工仿真同時(shí)能高效的實(shí)現(xiàn)切削仿真。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該仿真系統(tǒng)可清晰反映出五軸數(shù)控加工仿真的過程，驗(yàn)證了其可行性，對(duì)于數(shù)控加工仿真與手機(jī)的結(jié)合具有一定的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：Android平臺(tái)；數(shù)控加工；仿真系統(tǒng)

0引言

移動(dòng)辦公是指通過包括手機(jī)、筆記本在內(nèi)的各類移動(dòng)設(shè)備接入企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行辦公。移動(dòng)辦公的思想使得工程師們不用局限于工作地點(diǎn)的限制，可以隨時(shí)進(jìn)行生產(chǎn)指導(dǎo)與科學(xué)研發(fā)。隨著手機(jī)和平板電腦的智能化發(fā)展以及不斷兼容PC機(jī)的功能，由于其小巧輕便，移動(dòng)辦公更多演變成為手機(jī)辦公[1]，即在手機(jī)中安裝應(yīng)用程序，建立手機(jī)與電腦互聯(lián)互通的企業(yè)軟件應(yīng)用系統(tǒng)。移動(dòng)辦公的高效快捷，以及它在企業(yè)中的高的可操作性，可以幫助企業(yè)更加快速適應(yīng)市場的變化[2]，在安全的范圍內(nèi)，盡可能的幫助企業(yè)提高生產(chǎn)效率，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，在市場上掌握主動(dòng)。因此，現(xiàn)階段很多應(yīng)用軟件不能僅僅局限于基于Windows、Linux等系統(tǒng)的PC機(jī)上，隨著移動(dòng)辦公不斷地深入人心，開發(fā)手機(jī)、平板電腦上所能運(yùn)行APP已成為一種流行趨勢。手機(jī)與平板電腦現(xiàn)在最主要兩大系統(tǒng)分別是IOS與Android，由于Android為開源系統(tǒng)贏得了更多研發(fā)人員的青睞。

在傳統(tǒng)數(shù)控加工過程中一般通過首件試切的方法來驗(yàn)證零件加工程序，這一過程不但周期長、成本高，而且風(fēng)險(xiǎn)和勞動(dòng)強(qiáng)度大，因此國內(nèi)外很多學(xué)者開始利用計(jì)算機(jī)來模擬實(shí)際加工環(huán)境，建立數(shù)控仿真平臺(tái)，幫助編程人員在程序完成后就可以部分或全部發(fā)現(xiàn)實(shí)際加工過程中可能出現(xiàn)的異常情況并予以調(diào)整，這樣可以大大縮短生產(chǎn)周期，減小生產(chǎn)成本。鄔再新等[3]、李國良[4]、趙巖[5]以Visual C++6.0為開發(fā)平臺(tái)對(duì)數(shù)控車削三維仿真系統(tǒng)進(jìn)行了深入的研究，采用OpenGL技術(shù)對(duì)仿真系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)并且取得了一定的成果；朱國濤[6]結(jié)合三維實(shí)體布爾集合運(yùn)算原理以及實(shí)體造型技術(shù)理論，提出了一種三軸數(shù)控銑削加工過程的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)原型；陳建[7]利用VS2008與Open Scene Graph(OSG)開發(fā)一套五軸數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)可以進(jìn)行常規(guī)機(jī)床實(shí)例建模，同時(shí)針對(duì)五軸刀具雙擺動(dòng)、工作臺(tái)雙回轉(zhuǎn)、刀具擺動(dòng)與工作臺(tái)回轉(zhuǎn)機(jī)床進(jìn)行加工仿真；Lufeng Luo等[8]人利用OpenGL圖形庫在C++6.0的平臺(tái)上搭建在虛擬環(huán)境中的多軸虛擬機(jī)床，利用三角網(wǎng)格實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)建模和時(shí)時(shí)切削模型；E.Budak等[9]通過選擇五軸銑削的加工參數(shù)來提高五軸加工仿真的生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量；楊琳[10]利用Visual C++平臺(tái)完成車銑復(fù)合加工仿真環(huán)境的建立，對(duì)車銑復(fù)合加工NC仿真系統(tǒng)所涉及到的工藝和仿真加工技術(shù)進(jìn)行了深入探討，完成了車銑復(fù)合加工仿真系統(tǒng)整體性的構(gòu)建和開發(fā)。同時(shí)國內(nèi)外市場上能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)控仿真的CAM系統(tǒng)軟件是不勝枚舉，例如美國DES公司的UG、美國參數(shù)技術(shù)公司(PTC)的Pore、Cimatron Technologies公司開發(fā)的Cimatron以及美國CNC Software公司開發(fā)的Master CAM等。然而無論現(xiàn)在成形的軟件或是科研人員研究開發(fā)的仿真系統(tǒng)都是基于Windows 或Linux等操作系統(tǒng)的數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，只能在PC機(jī)上使用。隨著移動(dòng)辦公逐漸深入人心，智能手機(jī)與平板電腦終將逐步取代傳統(tǒng)電腦，因此開發(fā)適用于智能手機(jī)與平板電腦的數(shù)控加工仿真系統(tǒng)終將成為一種發(fā)展趨勢，與此同時(shí)Android系統(tǒng)擁有多層次結(jié)構(gòu)、良好的開發(fā)環(huán)境、強(qiáng)大的調(diào)試工具以及開放性等諸多優(yōu)勢，且是現(xiàn)在的智能手機(jī)與平板電腦的主流系統(tǒng)，因此提出一種基于Android平臺(tái)五軸數(shù)控加工仿真系統(tǒng)以滿足移動(dòng)辦公的需求。

1仿真系統(tǒng)平臺(tái)的搭建

三維仿真系統(tǒng)是指能根據(jù)用戶提供的控制參數(shù)實(shí)時(shí)地、動(dòng)態(tài)地將局部或全部加工狀態(tài)顯示在手機(jī)或者平板圖形輸出屏幕上。在數(shù)控切削加工過程中，用戶輸入NC 加工控制代碼后，三維仿真能根據(jù)控制代碼要求進(jìn)行動(dòng)態(tài)過程仿真。仿真顯示過程，實(shí)則是把加工過程中加工零件的圖像以及刀具位置等數(shù)據(jù)信息動(dòng)態(tài)的顯示到計(jì)算機(jī)屏幕上。加工過程中刀具加工的幾何位置、加工時(shí)間在狀態(tài)欄顯示，零件仿真畫面在屏幕切分窗口的顯示區(qū)域顯示。用戶可以調(diào)節(jié)切分窗口大小，旋轉(zhuǎn)圖像觀看加工工件。圖像數(shù)據(jù)信息收集由OpenGL ES完成。因此基于Android的仿真平臺(tái)的搭建需要解決三個(gè)問題：①機(jī)床模型在Android平臺(tái)下的顯示；②NC程序如何導(dǎo)入Android系統(tǒng)并顯示加工路徑；③如何在Android平臺(tái)實(shí)現(xiàn)五軸數(shù)控加工仿真。

1.1系統(tǒng)開發(fā)工具

所述的仿真系統(tǒng)基于OpenGL ES , 結(jié)合JAVA語言使用Eclipse工具在Android環(huán)境下開發(fā)而成。

OpenGL ES (OpenGL for Embedded Systems) 是OpenGL三維圖形API 的子集，針對(duì)手機(jī)、PDA和游戲主機(jī)等嵌入式設(shè)備而設(shè)計(jì)。該API是由Khronos集團(tuán)定義推廣的一款跨平臺(tái)的，功能完善的2D和3D圖形應(yīng)用程序接口API，主要針對(duì)多種嵌入式系統(tǒng)專門設(shè)計(jì)包括控制臺(tái)、移動(dòng)電話、手持設(shè)備、家電設(shè)備和汽車。

在正式開發(fā)Android應(yīng)用程序之前，可以利用Eclipse軟件中的Android Virtual Device Manager對(duì)模擬器進(jìn)行創(chuàng)建，設(shè)置參數(shù)如下：Target為Android4.2.2-API Level 127，顯示屏分辨率WVGA為參數(shù)480×800，開啟Use Host GPU以配置OpenGL ES?？梢詫⒃谀M器運(yùn)行成功的應(yīng)用程序安裝到Android系統(tǒng)手機(jī)中。如圖1所示為手機(jī)的主界面。

Android提供了兩個(gè)基本的類：GLSurfaceView和 GLSurfaceView.Rendere以便使用OpenGL ES API來創(chuàng)建和操縱圖形。GLSurfaceView是一個(gè)視圖類，可以用于調(diào)用OpenGL API在上面繪制圖形和操縱物體。GLSurfaceView.Renderer接口定義了在一個(gè)OpenGL ES的GLSurfaceView中繪制圖形所需要的方法。并使用GLSurfaceView.setRenderer()方法將它依附到GLSurfaceView實(shí)例對(duì)象上。

圖1　移動(dòng)平臺(tái)

1.2機(jī)床三維模型的繪制

搭建仿真平臺(tái)，在平臺(tái)中顯示機(jī)床的模型更能真實(shí)的反映整個(gè)加工的過程，由于OpenGL ES中任何形狀的3D物體都是用三角形拼湊而成的，如果直接利用OpenGL ES提供的繪制三角形的指令對(duì)機(jī)床模型進(jìn)行繪制只會(huì)達(dá)到事倍功半的效果。因此利用美國DES公司的UG軟件對(duì)機(jī)床進(jìn)行造型，整體輪廓如圖2所示。與此同時(shí)將繪制的機(jī)床3D圖形以STL (Stereo Lithography)文件格式輸出。STL文件是一種用許多空間三角形面片來逼近三維實(shí)體表面的數(shù)據(jù)模型，STL文件有兩種數(shù)據(jù)類型即ASCII格式和二進(jìn)制格式[11]。這項(xiàng)研究采用ASCII格式的STL文件：

圖2　UG機(jī)床造型

solid (name) 文件開始，name為實(shí)體的名字

facet normal Nx Ny Nz，三角形面片外法向量坐標(biāo)

outer loop

vertex V1x V1y V1z，三角形面片第一點(diǎn)坐標(biāo)

vertex V2x V2y V2z，三角形面片第二點(diǎn)坐標(biāo)

vertex V3x V3y V3z，三角形面片第三點(diǎn)坐標(biāo)

endloop

endfacet

1.3STL文件的讀取與顯示

對(duì)于STL文件，由于各三角形面片的頂點(diǎn)存在著重復(fù)存儲(chǔ)的問題，因此讀取之前必須進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選，去除冗余信息以節(jié)省內(nèi)存。具體的處理方法是：首先對(duì)構(gòu)成每個(gè)三角面片的頂點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)性判斷，對(duì)于沒有重復(fù)的頂點(diǎn)添加到最終的頂點(diǎn)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)中；而對(duì)于有重復(fù)的頂點(diǎn)，對(duì)其采用快速分類算法進(jìn)行排序，然后將重合的頂點(diǎn)合并為一個(gè)頂點(diǎn)，存儲(chǔ)在新建的模型頂點(diǎn)坐標(biāo)表中；再對(duì)模型頂點(diǎn)坐標(biāo)表中的每個(gè)頂點(diǎn)找到其相鄰的頂點(diǎn)，建立只存儲(chǔ)頂點(diǎn) ID號(hào)的頂點(diǎn)鄰接表；最后刪除讀入的原三角面片的頂點(diǎn)坐標(biāo)表。具體的算法流程如圖 3所示。

圖3　STL 文件讀取流程圖

基于Android的仿真系統(tǒng)中機(jī)床模型的顯示，采用OpenGL ES作為三維圖形接口，并以JAVA為主要的開發(fā)語言。利用JAVA標(biāo)準(zhǔn)IO庫InputStream與InputStreamReader類型定義對(duì)象并綁定STL文件；再用標(biāo)準(zhǔn)庫String類型中的readLine逐行讀取綁定的STL文件；然后對(duì)讀入的數(shù)據(jù)進(jìn)行是否為頂點(diǎn)信息的判斷，存儲(chǔ)其中的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)。再應(yīng)用OpenGL ES編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)STL三維模型文件的顯示。讀取UG導(dǎo)出的機(jī)床STL并顯示如圖4。

圖4　仿真平臺(tái)下銑床三維模型

2讀取五軸NC文件顯示加工刀路

通過UG對(duì)工件進(jìn)行模擬加工，運(yùn)用UG提供的后處理構(gòu)造器得到NC文件，本文以C-A雙擺銑床加工作為加工實(shí)例，因此得到的NC文件中包含刀位點(diǎn)坐標(biāo)(X，Y，Z)以及刀具繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的C角、刀具繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)的A角。NC文件的讀取采用與上文所述STL文件相同的讀取方法，利用JAVA標(biāo)準(zhǔn)IO庫InputStream與InputStreamReader類型定義對(duì)象并綁定NC文件；再用標(biāo)準(zhǔn)庫String類型中的readLine逐行讀取綁定的NC文件，定義如下數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

public class readFiveAxieFile {

public float x=0;

public float y=0;

public float z=0;

public float C=0;

public float A=0;}

構(gòu)建ListfiveAixs鏈表結(jié)構(gòu)將讀取數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與其中。由于OpenGL ES中并沒有三維圖元元素，對(duì)于三維圖形的構(gòu)建必須用三角片體拼湊。因此文章采用UG對(duì)于球頭刀進(jìn)行繪制然后導(dǎo)出STL文件，然后在仿真系統(tǒng)中讀取STL文件對(duì)球頭刀進(jìn)行顯示。由于文章構(gòu)建的是仿真的加工系統(tǒng)，因此在研究過程中開啟一個(gè)線程N(yùn)ew Thread()，然后利用Thread.Sleep(100)指令每休息100ms對(duì)屏幕進(jìn)行重繪從而動(dòng)態(tài)顯示走刀過程具體如圖5所示，最后可得到完整路徑軌跡如圖6所示。

圖5　帶刀具走刀過程

圖6　刀具軌跡路徑

3改進(jìn)Z-map模型

由于手機(jī)、平板電腦的CUP、內(nèi)存等與計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的水平還有一定的差距，對(duì)于構(gòu)建的基于Android的仿真系統(tǒng)，仿真加工的速度成為研究過程中選擇毛坯構(gòu)造方法的主要考慮的因素。Z-Map 相對(duì)于現(xiàn)在流行的幾種建模方法例如實(shí)體幾何法(CSG)、八叉樹表示法等的主要優(yōu)點(diǎn)是：不用做布爾運(yùn)算，大大提高了仿真速度，并且能自由旋轉(zhuǎn)、縮放、平移。對(duì)于這種方法王鵬遠(yuǎn)[12]在其碩士論文中已經(jīng)做了詳細(xì)的介紹，文章中就不做過多的描述。然而由于Z-map 值只表示高度，只適合三軸加工，無法運(yùn)用于五軸數(shù)控加工中。因此文章中提出一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)Z-map表示進(jìn)行改進(jìn)使其適用于五軸數(shù)控加工。將Z-map線段表示為如下的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

public class Line {

float startZ; //直線段的起點(diǎn)

float endZ;//直線段的終點(diǎn)

}

public class LineList {

float x; //Z-map投影點(diǎn)的X坐標(biāo)

float y; //Z-map投影點(diǎn)的Y坐標(biāo)

List line= new ArrayList();//創(chuàng)建鏈表儲(chǔ)存每投影點(diǎn)上對(duì)應(yīng)的直線

int m_LineTotally; // 在單個(gè)投影點(diǎn)上對(duì)應(yīng)的直線段條數(shù)

}

主要思想是將刀具切割一條Z-map直線段時(shí)可以將直線段進(jìn)行分割。此時(shí)假設(shè)刀具為圓柱體，進(jìn)行數(shù)控仿真加工的問題則可以轉(zhuǎn)化為毛坯直線與刀具圓柱面的交點(diǎn)，首先需要對(duì)空間圓柱面的變化進(jìn)行推導(dǎo)，現(xiàn)在以C-A雙擺五軸機(jī)床的刀具作為實(shí)例進(jìn)行公式的推導(dǎo)。公式中I、J、K分別表示刀具的矢量方向，X、Y、Z為刀具擺動(dòng)過程中刀具表面的坐標(biāo)點(diǎn)，θ表示圓周的角度，其中0≤θ≤2π，r為刀具的半徑，n為刀具切削刃的長度，C表示繞Z軸的旋轉(zhuǎn)角度，A表示繞X軸的旋轉(zhuǎn)角度，TX、TY、TZ表示刀具的刀尖坐標(biāo)點(diǎn)?？臻g圓柱面與直線交點(diǎn)(ArrayZ1、ArrayZ2)公式推導(dǎo)情況分類討論：僅以I≠0,J≠0的情況為例進(jìn)行推導(dǎo)。

當(dāng)I≠0,J≠0時(shí)，通過推導(dǎo)空間任意平面上圓的參數(shù)方程(1)、(2)、(3)，在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出沿空間任意方向圓柱面的參數(shù)方程即空間任意方向刀具擺動(dòng)的參數(shù)方程(4)、(5)、(6)。

x=r·cosθ

(1)

y=r·sinθ

(2)

z=0

(3)

(4)

(5)

Z=sinA·y+cosA·z+K·n+Tz

(6)

將公式(1)、(2)、(3)代入公式(4)、(5)得

X=cosC·r·cosθ+sinC·cosA·r·sinθ+

I·n+Tx

(7)

Y=-sinC·r·cosθ+cosC·cosA·r·sinθ+

J·n+Ty

(8)

聯(lián)立方程(6)、(7)和(8)求解：

(9)

類似可得到，當(dāng) I≠0,J≠0及I≠0,J≠0情況下空間圓柱面與直線交點(diǎn)(Z1，Z2)的公式推導(dǎo)。

當(dāng)求得空間刀具與毛坯直段的交點(diǎn)后對(duì)求得的交點(diǎn)進(jìn)行分析，如圖7所示，當(dāng)?shù)毒吲c毛坯直線段求交的過程中，一個(gè)投影點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Z空間方向上只有一條直線段(數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)為endZ0，startZ0)的情況可以將其分為以下五種情況：

情況一：當(dāng)投影點(diǎn)向Z方向做射線與刀具兩交點(diǎn)(ArrayZ1、ArrayZ2，其中ArrayZ1< ArrayZ2)均大于毛坯的最高點(diǎn)此時(shí)刀具與毛坯體無交點(diǎn)不發(fā)生切削。

圖7　一個(gè)投影點(diǎn)對(duì)應(yīng)一條直線的情況

情況二：當(dāng)投影點(diǎn)向Z方向做射線與刀具兩交點(diǎn)一個(gè)交點(diǎn)大于毛坯的最高點(diǎn)另一交點(diǎn)小于毛坯的最高點(diǎn)，此時(shí)刀具與毛坯體發(fā)生切削將毛坯線段的endZ0修改為ArrayZ1。

情況三：當(dāng)投影點(diǎn)像Z方向做射線與刀具兩交點(diǎn)均位于毛坯的最高點(diǎn)與最低點(diǎn)之間，此時(shí)刀具與毛坯體發(fā)生切削此時(shí)新建一條直線Line line = new Line()設(shè)其為(endZ1，startZ1)并對(duì)其進(jìn)行賦值同時(shí)改變?cè)本€段值即使得endZ0=ArrayZ1，endZ1=endZ2，startZ2=ArrayZ2。

情況四：當(dāng)投影點(diǎn)向Z方向做射線與刀具兩交點(diǎn)一個(gè)交點(diǎn)大于毛坯的低高點(diǎn)另一交點(diǎn)小于毛坯的最低點(diǎn)，此時(shí)刀具與毛坯體發(fā)生切削將毛坯線段的startZ0修改為ArrayZ2。

情況五：當(dāng)投影點(diǎn)向Z方向做射線與刀具兩交點(diǎn)(ArrayZ1、ArrayZ2，其中ArrayZ1

如圖8所示，當(dāng)?shù)毒吲c毛坯直線段求交的過程中，一個(gè)投影點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Z空間方向上大于一直線段的情況可以將其分為以下3種情況。具體分析與上文相同。

利用上文所述的改進(jìn)Z-map模型在Android平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)五軸數(shù)控加工仿真的具體流程如圖9所示。

圖9　五軸數(shù)控加工仿真的具體流程

4實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)上文所述，文章中提出的基于Android的五軸數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的具體搭建過程如圖10所示。為了驗(yàn)證仿真系統(tǒng)的可用性，本次實(shí)驗(yàn)利用魅族MX 2搭載的Android系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

圖10　仿真系統(tǒng)的具體搭建過程

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)：魅族 MX 2搭載的基于Android 4.1的Flyme 2.0深度定制系統(tǒng)。

配置：三星 Exynos 的四核CPU，2GB內(nèi)存。

如上文所述利用UG 7.0繪制五軸C-A雙擺頭銑床與被加工工件的三維模型，將繪制的三維模型以STL文件的ASCII格式導(dǎo)出并將其導(dǎo)入仿真系統(tǒng)中。同樣利用UG軟件得到工件的五軸數(shù)控加工NC代碼，采用上文所述的方法導(dǎo)入仿真系統(tǒng)，利用改進(jìn)的Z-map毛坯模型實(shí)現(xiàn)五軸數(shù)控加工仿真。如圖11所示為五軸雙擺C-A銑床加工毛坯的仿真，為了更直觀的反應(yīng)銑削加工的全過程對(duì)刀具切削毛坯部分進(jìn)行局部放大圖12所示。

圖11　五軸C-A雙擺銑床加工毛坯仿真過程

圖12　五軸雙擺C-A銑床加工毛坯的局部放大圖

通常為了使得加工過程更為直觀高效一般只顯示刀具切削毛坯的過程，如圖13所示為被加工工件三維圖形，圖14所示為刀具與改進(jìn)的Z-map模型毛坯發(fā)生切削的過程，如圖15所示為工件加工結(jié)果。從圖中可以看出，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出搭建的仿真系統(tǒng)可以清晰的反映出五軸數(shù)控加工仿真的過程，因此驗(yàn)證了基于Android環(huán)境開發(fā)的五軸數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的可行性，如果將基Android環(huán)境的開發(fā)數(shù)控加工仿真系統(tǒng)推廣到三軸銑削、車削、車銑復(fù)合、磨削等各種加工方法，這樣不僅可以體現(xiàn)出數(shù)控模擬仿真的優(yōu)越性，而且符合現(xiàn)在移動(dòng)辦公的思想。隨著科技的發(fā)展，智能手機(jī)與平板電腦的性能配置必將取得飛速的發(fā)展，因此在不遠(yuǎn)的將來在移動(dòng)終端上實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜工件的模擬仿真加工將逐步取代傳統(tǒng)的仿真模式。

圖13　被加工工件示意圖

圖14　加工中間過程示意圖

圖15　加工完成示意圖

5結(jié)論

文章提出一種基于Android平臺(tái)五軸數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，將現(xiàn)在移動(dòng)辦公的思想與五軸數(shù)控加工仿真巧妙的結(jié)合，為數(shù)控仿真系統(tǒng)的研究提供了一個(gè)新的研究方向，有利于CAD/CAM 技術(shù)和數(shù)字化制造技術(shù)更為深入的發(fā)展。

(1)分析STL文件的文件結(jié)構(gòu)，解決了讀取STL文件并進(jìn)行顯示的問題，從而可以將機(jī)床模型導(dǎo)入仿真系統(tǒng)；

(2)解決了仿真系統(tǒng)如何讀取五軸數(shù)控加工的NC文件的問題，為仿真系統(tǒng)根據(jù)NC文件顯示加工路徑實(shí)現(xiàn)仿真加工掃清了障礙；

(3)提出改進(jìn)的Z-map模型使其適用于五軸數(shù)控加工，實(shí)現(xiàn)在Android平臺(tái)下的五軸數(shù)控加工仿真，并大大提高了仿真速度。

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(編輯趙蓉)

Study on Five-axis CNC Machining Simulation System Based on Android

YOU Yu-lin，SHI Qun

(School of Mechatronics Engineering and Automation, Shanghai University, Shanghai 200072,China)

Abstract：With the advent of the 3G and 4G era, the five-axis NC machining simulation system, which is based on the Windows platform, can’t meet the concept of mobile office. So this paper proposes a five-axis NC machining simulation system which is based on Android operating system platform. In this paper, a three-dimensional milling model has been drawn with the UG, and the STL files need to export.we use UG to build a mold of the workpiece, make a simulation of its five-axis machining, and then use the post build provided by UG to get the NC files, read the STL files and the NC files using JAVA programming language and display the three-dimensional milling model and the tool path. At the last, we need to import it to the OpenGL ES which is based on the Android platform to conduct a simulation. This paper proposes an improved Z-map model to make it more suitable for five-axis NC machining simulation , and at the same time to realize the efficient cutting simulation. Experimental results show that this simulation system can reflect the process of five-axis NC machining simulation clearly, and we have verified its feasibility. For it has a practical significance by combining cell phone with CNC machining for simulation.

Key words：Android platform ; CNC machining ; simulation system

中圖分類號(hào)：TH166;TG659

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡介：游玉霖(1989—)，男，福建漳州人，上海大學(xué)碩士研究生，研究方向?yàn)閿?shù)控技術(shù)，(E-mail)529285260@qq.com。

收稿日期：2015-01-14

文章編號(hào)：1001-2265(2015)12-0138-06

DOI:10.13462/j.cnki.mmtamt.2015.12.038