數控機床是按照事先編制好的加工程序對工件進行加工的設備，加工程序不僅要保證加工出來的 工件符合圖紙要求，而且要盡可能使數控機床的功 能和性能得到充分的發揮，因此，對加工程序的運行進行圖形仿真，以檢驗加工程序的正確性，具有重要 的意義。不僅如此，數控加工仿真培訓越來越受到人 們的重視，這是因為數控加工要求操作人員既要熟悉數控編程指令、CNC的功能，又要了解機床的性 能，數控加工的這些特點決定了傳統的技術培訓方 式已無法滿足需要。所謂傳統的技術培訓方式是指操作人員先學習技術理論和操作規程，再到生產現 場，以師傅帶徒弟的方式進行技能培訓的方式。這種 方式的主要缺點是數控機床一般是比較昂貴的設備，不允許學員任意的開、停和制造事故，所以，學員 動手機會少，使得學員掌握操作技能的時間較長。此外，師傅的水平參差不齊，教學質量難以保證。因此， 數控加工仿真對檢驗加工程序的正確性和培訓操作 人員兩方面都具有重要的作用。本文以應用廣泛的數控鏗銑床和加工中心為研究對象，主要討論采用 面向對象技術分析數控機床，建立數控機床對象類 和仿真模型。文中所指的數控機床是數控鏗銑床和加工中心的總稱。

1 仿真系統中的面向對象技術

面向對象技術對對象的描述和處理接近現實世 界，它的數據抽象、繼承和多態機制特別適合描述內 在機制復雜的對象，因而迅速在各行業中得到了廣 泛的應用。

1.1 面向對象技術

在面向對象技術中，具有相同結構和處理機制 的對象抽象為類，對象是類的一個實例。對象不僅具 有用數據來描述的狀態或屬性，還具有用于改變對象狀態的操作(在面向對象中，這些操作稱為方法)， 實現了數據與操作的結合，因而，對象可以同時描述 事物結構和行為兩方面的信息。不同的對象之間通過消息傳遞來完成，而對象內部數據操作對外是不 可見的。這稱之為數據封裝。面向對象的對象繼承 機制，使父類的特性通過繼承可以傳遞到子類，這一特性為描述客觀世界的對象提供了可能性。對象繼 承對于解決各對象之間的資源共享從而提高軟件的 可重用性和可擴充性是十分有用的，可重用性和可擴充性對軟件產品的可維護性。對更新換代產品的 質量和生產力有極大的影響。在面向對象技術中，確 定對象之間派生關系是確立整個系統的關鍵，整個系統往往只有一個或幾個最基本的對象基類，其他 則是基類的派生類。面向對象技術的派生關系使我 們可以直接從已有的類中獲得大量現成的屬性和方法，而它的多態屬性又可以讓我們在派生類中定義 不同于基類的屬性和方法。

1.2 數控機床的面向對象分析

數控機床的結構雖然復雜，但它們都是由相對 獨立的數量較為固定的不同功能的模塊組成，用面 向對象的方法分析數控機床，具體數控機床和模塊都被視為對象，即數控機床由相互獨立的各種對象 組成，圖1所示為數控機床的對象模型。在對象模型 中，數控機床是由主軸、立柱、床身、工作臺、控制面板、換刀裝置及托盤交換裝置組成。它和實際的仿真 對象的組成稍有差別，對一些與仿真無關的部件，如 液壓系統、電氣系統等，在仿真模型中可以不予考慮，以簡化仿真模型。圖中的黑圓球點“·”和“l十” 是多重符號，表示一個類的許多實例相關于另外一個類的實例，空心圓球點“O”表示一個類的0或1 個實例相關于另外一個類的實例。從對象圖中可以 看出，主軸、主柱、床身、工作臺、控制面板是每一臺數控機床的必需部件，換刀裝置和托盤交換裝置則 是可選部件，但對加工中心而言，換刀裝置和托盤交 換裝置也是必需部件。

1.3 排斥關系的檢查

數控機床并不是所有部件的任意組合，部件間 的選用搭配有一定的排斥關系，仿真系統必須能對 這些排斥關系進行描述，確保仿真模型反映的是現實存在的數控機床。例如，在換刀裝置中，機械手是 可選部件，刀庫是必需部件，但一旦選定鏈式刀庫， 就必須要選一種機械手；加工中心可以有多個刀庫，但必須和機械手配合才能完成換刀動作；同樣，工作 臺和托盤裝置也存在排斥關系，長方工作臺不能與 托盤裝置配備在同一臺數控機床上；分度工作臺基座的運動方式決定分度工作臺與托盤裝置類型的搭 配關系，基座固定的分度工作臺只能與回轉式托盤 裝置搭配選用，等等。由于仿真系統中，只有部件間才存在排斥關系，而且部件類型數量有限(但每一類 型中，部件型號無限)，所<