在分析現(xiàn)有的曲面模型不利于進(jìn)行cnc加工的基礎(chǔ)上，建立了一種面向cnc加工的自由曲面模型，介紹了該曲面模型的基本要求并闡明了建立的措施和方法。隨著cad/cam等技術(shù)的日益成熟和完善，作為cam的核心技術(shù)cnc得到了迅猛的發(fā)展。但當(dāng)今cnc的發(fā)展也遇到了一些問題，其中之一便是適合cnc加工的曲面模型的建立。目前的cnc系統(tǒng)大都使用cad曲面造型系統(tǒng)中的曲面模型，由于cad的曲面造型系統(tǒng)發(fā)展已比較成熟，其曲面模型的發(fā)展也比較完善，能夠比較令人滿意地表達(dá)曲面的幾何信息，但由于歷*cad和cam相對獨(dú)立的發(fā)展使這些在cad系統(tǒng)中使用的純幾何數(shù)據(jù)的曲面模型在cnc系統(tǒng)中的應(yīng)用卻遇到了困難。因?yàn)檫@些包含完善幾何信息的曲面模型卻缺少cnc加工中所*的非幾何信息，如曲面材料的特性，加工精度的要求和控制信息等。這樣，怎樣妥善地解決這一問題使cnc能方便地從曲面模型中獲取充分的信息是發(fā)展cnc急需解決的問題之一。
目前，從總體上來說有兩大類解決方法。一是完善現(xiàn)有cad和cam之間的集成；二是直接建立面向cnc加工的曲面模型。*種方法目前研究較多，比較常用和理想的是基于特征的產(chǎn)品建模方法，即用特征來構(gòu)造產(chǎn)品模型，并以此模型為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)cad和cam數(shù)據(jù)交換和共享以實(shí)現(xiàn)二者的集成。但由于現(xiàn)在社會產(chǎn)品的異常豐富，建立準(zhǔn)確和完善的產(chǎn)品的特征比較困難，很難包含各領(lǐng)域的應(yīng)用，更無法協(xié)調(diào)各特征集的集成，所以此方法的應(yīng)用受到限制，主要針對一些具體的應(yīng)用而采取相應(yīng)的產(chǎn)品特征進(jìn)行特征建模。相對于*種方法，由于用于建立產(chǎn)品曲面模型的種類比產(chǎn)品本身的種類少得多，故第二種方法可以建立比較通用的cnc曲面模型，該方法目前研究相對較少。本文采用第二種方法，即直接建立面向cnc加工的曲面模型，將cnc加工時(shí)所需要的信息融入曲面模型，從根本上解決傳統(tǒng)cad曲面模型不能給cnc系統(tǒng)提供充分信息的缺點(diǎn)，為該方法的zui后完善做一些探索性的研究。
2 面向cnc系統(tǒng)曲面模型的要求
作為面向cnc系統(tǒng)的曲面模型，必須滿足以下基本的要求。
1）豐富的曲面表達(dá)和造型能力 和傳統(tǒng)的cad曲面模型一樣，面向cnc系統(tǒng)的曲面模型也必須能夠完善地表達(dá)曲面的幾何信息并能方便地進(jìn)行造型。因?yàn)閏nc系統(tǒng)加工的對象是形形色色的社會產(chǎn)品，所以作為面向cnc系統(tǒng)的曲面模型首先必須具有表達(dá)各種各樣產(chǎn)品形狀并方便地進(jìn)行生成、修改等造型的能力。
2）能夠提供cnc加工時(shí)所需的控制信息 這是面向cnc系統(tǒng)的曲面模型的關(guān)鍵要求，也是其區(qū)別傳統(tǒng)的cad曲面模型的根本所在。如前文所述，傳統(tǒng)的cad曲面模型雖然能夠提供完善的幾何信息，卻不能提供cnc加工所必需的控制信息。因此，面向cnc系統(tǒng)的曲面模型必須包含充分的控制信息，如曲面材料的性質(zhì)，曲面加工的精度，曲面表面要求的質(zhì)量，曲面在加工零件中的拓?fù)湫畔⒌龋詽M足cnc系統(tǒng)能按既定的要求對曲面進(jìn)行加工。
3）提供的信息能方便地被cnc系統(tǒng)所提取 作為面向cnc系統(tǒng)的曲面模型，這一要求是無庸置疑的。因?yàn)榻⒚嫦騝nc系統(tǒng)的曲面模型的目的就是能方便地為cnc系統(tǒng)提供需要的加工信息，所以，包含的信息不能被cnc系統(tǒng)方便地提取的曲面模型再也不是好的面向cnc系統(tǒng)的曲面模型。
3 自由曲面模型的建立 建立自由曲面模型的途徑
為了滿足上面提出的要求，我們用以下幾方面的措施來建立面向cnc系統(tǒng)的自由曲面模型：
1）用三次b樣條曲面模型在面向cnc系統(tǒng)的自由曲面模型中表達(dá)曲面形狀幾何信息 我們知道，三次b樣條曲面具有一系列優(yōu)良的特性。主要包括：幾何不變性，即曲面的表達(dá)形式不因所取坐標(biāo)系的不同而變化；適中的光滑性，在每一曲面片內(nèi)具有任意階連續(xù)，片間在兩個(gè)參數(shù)方向具有二階連續(xù)；凸包性，該曲面恒位于它的控制頂點(diǎn)的凸包內(nèi)；逼近性，若控制頂點(diǎn)逐漸加密，曲面將逐漸逼近控制頂點(diǎn)；局部修改性，即若改變某一控制頂點(diǎn)，曲面只在某局部區(qū)域發(fā)生變化。正是基于以上一系列優(yōu)良的特性使得它幾乎能比較理想地表達(dá)任意類型的自由曲面，在目前的cad曲面造型系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。所以我們也選擇三次b樣條曲面來表達(dá)曲面形狀幾何信息，以滿足面向cnc系統(tǒng)的曲面模型必須能夠表達(dá)cnc系統(tǒng)所加工的各種曲面的形狀幾何信息的需要。
2）將cnc系統(tǒng)中所需要的加工信息融入面向cnc系統(tǒng)的自由曲面模型 為了提供cnc系統(tǒng)加工時(shí)所需的控制信息，我們采取在面向cnc系統(tǒng)的自由曲面模型中融入必須的控制信息。這些控制信息主要包括：曲面材料的特性信息，比如材料的剛度、強(qiáng)度、硬度、可切削性等；精度控制信息，即加工后產(chǎn)品所要達(dá)到的精度；表面粗糙度信息，即加工所要達(dá)到的表面質(zhì)量要求；曲面的拓?fù)湫畔?，即該曲面在具體產(chǎn)品中的位置。所有這些控制信息都是cnc系統(tǒng)進(jìn)行加工時(shí)所必需的，不同的控制信息將對加工工藝的選擇產(chǎn)生重要的影響。
3）在面向cnc系統(tǒng)的自由曲面模型中增加提取各種信息的接口 目前，在前述的cad和cam的集成中，主要有以下幾種方法進(jìn)行cad和cam之間的信息傳遞：特征的自動識別方法、特征設(shè)計(jì)的方法以及數(shù)據(jù)交換的方法。為了使cnc系統(tǒng)能方便地從面向cnc系統(tǒng)的自由曲面模型中獲取各種信息，我們采取在該曲面模型內(nèi)部建立提取信息的接口函數(shù)。這樣，cnc系統(tǒng)就可通過這些接口函數(shù)直接提取所需的信息，從而自然實(shí)現(xiàn)信息交換的目的。
4）引入c＋＋類的概念將面向cnc系統(tǒng)的自由曲面模型的信息進(jìn)行封裝 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日益發(fā)展，cnc系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的使用將成為現(xiàn)代化生產(chǎn)中一股潮流。這樣，在一個(gè)cnc網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，將會出現(xiàn)多臺cnc機(jī)床同時(shí)使用同一曲面模型，這將對曲面模型的信息的安全產(chǎn)生危脅。為了曲面模型中信息的安全，我們將面向cnc系統(tǒng)的自由曲面模型的信息進(jìn)行封裝，使cnc系統(tǒng)只有通過曲面模型本身所帶的接口函數(shù)才能對曲面模型中信息進(jìn)行操作，這樣，同一網(wǎng)絡(luò)的cnc機(jī)床就可以安全地共享曲面模型中的信息。
3.1
以上構(gòu)造了該曲面模型的基類，提供了進(jìn)行cnc系統(tǒng)加工時(shí)所需的基本控制信息，若加工的曲面需要特殊的信息，比如曲面只允許在某一方向留下加工刀痕等，用戶只需用c＋＋的繼承功能派生出新類，加入所需信息，并重寫構(gòu)造函數(shù)和相應(yīng)的接口即可。
4 結(jié)論
本文提出的模型能表達(dá)cnc系統(tǒng)所加工的各種曲面的形狀幾何信息，提供了cnc系統(tǒng)加工所需的各種控制信息，而且其提供的信息能被cnc系統(tǒng)方便地提取，以及它具備一定的安全措施使得它的信息可以安全地被多個(gè)cnc系統(tǒng)共享。因此，它能很好地滿足當(dāng)前cnc系統(tǒng)的需要，并將有力地促進(jìn)cnc系統(tǒng)的發(fā)展。當(dāng)然，該曲面模型的建立還處于探索階段，它的進(jìn)一步完善還有待于以后的繼續(xù)深入研究。