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數(shù)控仿真系統(tǒng)范文第1篇

OpenGL是SGI研發(fā)的一種三維圖形接口，通過該接口獲得的三維圖形效果更為逼真，質(zhì)量更高，這也是目前交互式圖形處理的一個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)。Win32下OpenGL是一種與硬件、窗口系統(tǒng)以及操作系統(tǒng)獨(dú)立的API具有過程性特點(diǎn)，其命令解釋模式的命令由客戶發(fā)出，被服務(wù)器解釋并處理，其中含有上百個(gè)庫函數(shù)，在運(yùn)行時(shí)只需添加相應(yīng)的動(dòng)態(tài)庫便能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)OpenGL的支持。OpenGL的功能可以概括為以下幾點(diǎn)：①幾何建模。除點(diǎn)、線、多邊形繪制函數(shù)外，OpenGL圖形庫還提供了椎體、多面體等復(fù)雜三維物體以及曲線、曲面繪制函數(shù)。②坐標(biāo)變換。通常坐標(biāo)變換主要有視圖變換、造型變換、視口變換和投影變換四種，OpenGL還能完成矩陣變換以及附加剪裁面變換。③光照與材質(zhì)。光照分為輻射光、鏡面光、環(huán)境光和漫反射光，可設(shè)置8個(gè)光源，用光反射率表示材質(zhì)。④設(shè)置顏色模式。包括顏色索引模式和RGBA顏色模式。此外還具有紋理映射、位圖顯示和圖像增強(qiáng)以及雙緩存實(shí)時(shí)動(dòng)畫和人機(jī)交互技術(shù)功能。

2數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的功能模塊及仿真實(shí)現(xiàn)

2.1加工仿真系統(tǒng)各功能模塊

在數(shù)控切削加工過程中，實(shí)時(shí)三維仿真可根據(jù)輸入的NC代碼要求進(jìn)行動(dòng)態(tài)過程仿真，這一過程可分為數(shù)據(jù)收集和輸入、幾何實(shí)體模型構(gòu)造、圖形仿真結(jié)果交互等階段，各階段都賦予了相應(yīng)的定義，為使動(dòng)態(tài)過程仿真達(dá)到交互性、準(zhǔn)確性和有效性的要求，應(yīng)對(duì)各功能模塊進(jìn)行優(yōu)化。系統(tǒng)以軟件用戶界面和內(nèi)部計(jì)算檢查過程為主體，軟件用戶界面由公共模塊、NC代碼編輯模塊、仿真顯示模塊和加工控制模塊構(gòu)成，其中，公共模塊對(duì)CFild類的成員函數(shù)有所繼承，其功能顯示在File下拉菜單；NC代碼編輯模塊具有強(qiáng)大的文本編輯功能，對(duì)于一些較為簡(jiǎn)單的加工零件無需預(yù)先編程，除一般記事本基本功能外，還設(shè)有互鎖功能，可對(duì)編輯后的代碼進(jìn)行讀寫切換，更好地保護(hù)代碼，保證加工順利進(jìn)行；仿真顯示模塊將圖像和數(shù)據(jù)信息呈現(xiàn)在計(jì)算機(jī)屏幕上，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示，通過調(diào)節(jié)窗口便能夠觀察到加工工件，圖像和數(shù)據(jù)信息由OpenGL收集，其處理過程為：圖像操作/逐個(gè)頂點(diǎn)操作光柵化各片段操作幀緩沖區(qū)仿真圖像顯示；加工控制模塊根據(jù)代碼檢查解釋加工進(jìn)給信息，整個(gè)路線為：回參考點(diǎn)對(duì)刀開始加工暫停加工退出加工[2]。內(nèi)部計(jì)算檢查過程包括內(nèi)部模塊和外部數(shù)據(jù)輸入，內(nèi)部模塊由NC代碼檢查和解釋模塊、代碼過濾以及內(nèi)部仿真計(jì)算構(gòu)成。

2.2三維模型在OpenGL中的實(shí)現(xiàn)

在Windows平臺(tái)下，基于OpenGL的應(yīng)用程序要通過RC來完成繪制工作，系統(tǒng)圖形仿真界面通過C++定義的類CRenderView來表示，其中定義了一系列三維實(shí)體繪制函數(shù)，能夠完成坐標(biāo)的旋轉(zhuǎn)、縮放、平移等操作，動(dòng)態(tài)仿真過程的運(yùn)動(dòng)關(guān)系取決于加工數(shù)據(jù)的即時(shí)變換，而空間切換的實(shí)現(xiàn)則通過矩陣元進(jìn)出棧操作來實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)的幾何建模包括刀具、機(jī)床、加工工件等實(shí)體建模，需要對(duì)零部件之間的組裝關(guān)系以及幾何信息的拓?fù)潢P(guān)系、描述坐標(biāo)關(guān)系進(jìn)行定義，因此，該系統(tǒng)應(yīng)用于數(shù)控加工仿真的重點(diǎn)就是對(duì)各實(shí)體進(jìn)行建模，這在實(shí)現(xiàn)起來存在一定的難度，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化升級(jí)[3]。

3結(jié)論

數(shù)控仿真系統(tǒng)范文第2篇

近年來，國家大力扶持汽車工業(yè)、航空工業(yè)和船舶制造業(yè)的發(fā)展，三維曲面零件的應(yīng)用越來越廣泛。飛機(jī)構(gòu)建、發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪等零件的加工，通常要用到多軸數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工。特別是螺旋槳是艦船推進(jìn)系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的一種零件，其制造精度及表面質(zhì)量將直接影響到推進(jìn)系統(tǒng)的出力、效率、運(yùn)行穩(wěn)定性、機(jī)組壽命和制造成本，研制高性能的艦船螺旋槳對(duì)艦船的發(fā)展起著重要作用。五軸數(shù)控加工技術(shù)作為一種先進(jìn)的加工方法，在復(fù)雜曲面（如螺旋槳葉面）加工中在國外已得到廣泛的應(yīng)用，它能大大提高加工的效率和曲面的加工質(zhì)量。多軸數(shù)控技術(shù)的研究對(duì)國家整體科技力量和綜合國力的提高具有重要意義。

多軸加工，特別是五軸多聯(lián)動(dòng)加工技術(shù)相對(duì)于三軸加工具有以下一些優(yōu)點(diǎn)：更好的柔性、更快的材料移除速率、更高的表面加工質(zhì)量、更低的手工精加工處理。由于在給定的精度下，五軸加工可以有更大的加工量和較短的總刀具路徑長度，可以比三軸加工提高10%-20%的生產(chǎn)效率。但在提高柔性的同時(shí)，由于多了兩個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，給刀具路徑生成、圖形仿真增加了難度和復(fù)雜性。

數(shù)控加工是數(shù)控機(jī)床在數(shù)控代碼（NC）的控制下完成零件的加工過程，它是CAD/CAM技術(shù)作用最直接和最明顯的環(huán)節(jié)。對(duì)于需要特別形狀的工件，或者更高的加工精度，數(shù)控加工的優(yōu)越性就越容易得到發(fā)揮。在CAD/CAM過程中，特別是多軸數(shù)控，在數(shù)控機(jī)床加工中，零件程序的正確與否直接決定了加工的質(zhì)量和效率，而且不正確的加工程序?qū)?dǎo)致生產(chǎn)事故。NC代碼在加工過程中是否因?yàn)椴缓侠矶a(chǎn)生過切，刀具的走刀路線、進(jìn)退刀方式是否合理，刀具與非加工面是否干涉等都很難預(yù)料，往往需要花費(fèi)大量的財(cái)力物力進(jìn)行修正。由于零件形狀的多變，且在刀具軌跡生成過程中一般不考慮具體機(jī)床結(jié)構(gòu)和工件裝夾方式，因此，生成的零件的NC程序也并不一定能夠適合實(shí)際加工情況。因此零件加工NC程序在投入實(shí)際加工之前，通常必須進(jìn)行試切這一環(huán)節(jié)，來檢驗(yàn)NC程序的正確性和零件設(shè)計(jì)與加工過程中的缺陷。

為了解決復(fù)雜零件加工的矛盾，加工出高品質(zhì)的零件，傳統(tǒng)的方法是在加工前采用試切的辦法進(jìn)行。但這種方法生產(chǎn)成本較高，且降低了生產(chǎn)效率。如果需要更為苛刻的條件，對(duì)試切的材料的選擇會(huì)提出更高的要求，增加了成本。另一種方案則使用了數(shù)控仿真方法，它是利用計(jì)算機(jī)來模擬和驗(yàn)證數(shù)控加工的實(shí)際過程和結(jié)果，從而達(dá)到驗(yàn)證數(shù)控代碼正確性的目的。由于僅僅使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬，沒有材料的損耗，所以可以節(jié)約成本，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。但由于計(jì)算機(jī)模擬加工目前還沒有考慮切削變形等因素，所以模擬加工不能完全表現(xiàn)試切的真實(shí)情況，還需要再機(jī)床上進(jìn)行試切。但總體成本降低，節(jié)約了時(shí)間。

目前廣泛使用的多軸數(shù)控銑床屬于材料的切削，還有針對(duì)特殊行業(yè)應(yīng)用的多軸數(shù)控設(shè)備，例如應(yīng)用于航空、船舶等的針對(duì)管料進(jìn)行進(jìn)行形變的多軸數(shù)控彎管機(jī)。后者通用仿真軟件應(yīng)用較少，需要針對(duì)其行業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)開發(fā)。從數(shù)控的系統(tǒng)來看，仿真系統(tǒng)可分為幾何仿真和力學(xué)仿真系統(tǒng)。幾何仿真系統(tǒng)分析刀具和工件模型的運(yùn)動(dòng)幾何關(guān)系，僅考慮物體的變形或者材料的切除，將刀具和機(jī)床視為剛性體，用圖形的方式來表達(dá)及驗(yàn)證數(shù)控代碼的正確性。這種仿真能夠應(yīng)用于絕大多數(shù)場(chǎng)景，能夠檢測(cè)到大多數(shù)數(shù)控代碼的缺陷，防止機(jī)床刀具的損壞，雖不能完全避免試切，但可以在很大程度上減少加工之前的時(shí)間及物力消耗，減少投產(chǎn)時(shí)間，降低成本。

數(shù)控仿真系統(tǒng)范文第3篇

[關(guān)鍵詞]數(shù)控仿真軟件；數(shù)控機(jī)床；教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號(hào)：H319 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2014）18-0227-01

主要內(nèi)容：

工業(yè)化和自動(dòng)化已經(jīng)成為制造生產(chǎn)領(lǐng)域的發(fā)展主題，隨著智能加工理念和自動(dòng)化加工需求的不斷深化，以數(shù)控機(jī)床為代表的新一代自動(dòng)加工設(shè)備開始在制造業(yè)中普及開來。我們可以看到數(shù)控機(jī)床在集成了柔性加工、多維加工、曲面加工和多軸聯(lián)動(dòng)等最新加工技術(shù)的同時(shí)，還兼容了數(shù)字編程和輔助設(shè)計(jì)等功能，這使得每一個(gè)數(shù)控機(jī)床都能成為一個(gè)不同規(guī)模的加工中心，滿足不同的加工需求。但是正是由于數(shù)控機(jī)床的功能多樣性，使得數(shù)控機(jī)床的操作要求十分嚴(yán)格，操作者不僅需要具備扎實(shí)的機(jī)械加工基礎(chǔ)知識(shí)和操作技能，還需要對(duì)數(shù)控編程技巧、數(shù)控加工技術(shù)原理和加工工藝制定等具備一定的知識(shí)儲(chǔ)備，這就對(duì)當(dāng)前的數(shù)控機(jī)床操作人才的培訓(xùn)模式提出了很高的要求，如何進(jìn)一步強(qiáng)化數(shù)控機(jī)床操作人才培訓(xùn)的有效性和成材率，這將是本文要集中探討的話題。

一、數(shù)控仿真軟件概述

從技術(shù)層面來看，數(shù)控仿真軟件集成了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)的數(shù)控機(jī)床操作試練。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過量化實(shí)際系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)、系統(tǒng)環(huán)境、聲光電等現(xiàn)象，能夠真實(shí)的還原系統(tǒng)操作環(huán)境，給與操作者以極高的真實(shí)體驗(yàn)；可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行操縱，可以查看生產(chǎn)過程、實(shí)驗(yàn)過程、施工圖過程、供應(yīng)過程等活動(dòng)的各種技術(shù)參數(shù)的動(dòng)態(tài)值，從而確認(rèn)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是否有能力完成預(yù)定的任務(wù)和如何去完成，也可從中發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)過程的缺陷和問題，予以改進(jìn)。

目前來看，數(shù)控仿真軟件主要包括了兩種，一種是模擬數(shù)控機(jī)床加工環(huán)境和加工過程的虛擬數(shù)控機(jī)床仿真軟件，另一種就是以零件設(shè)計(jì)和加工程序?yàn)橹骶€的CAD/CAM一體化軟件。數(shù)控機(jī)床仿真軟件能夠讓操作者快速熟悉數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)組成、工作流程和操作要領(lǐng)，通過外接數(shù)據(jù)庫，能夠?qū)Ξ?dāng)前主要的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行針對(duì)性培訓(xùn)，效果十分突出；零件加工仿真軟件則將重心主要集中在零部件設(shè)計(jì)、零部件加工工藝設(shè)置、數(shù)控加工程序編制等環(huán)節(jié)上，目前常見的零部件仿真軟件主要有solid edge、Pro/engineer、MasterCAM、Solidworks、CAXA等，這些仿真軟件能夠讓操作者快速熟悉機(jī)械加工過程，培養(yǎng)機(jī)械專業(yè)技能。

二、數(shù)控仿真系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用

在目前的數(shù)控機(jī)床操作人才培訓(xùn)中，主要也是針對(duì)上述兩種仿真軟件形式，進(jìn)行針對(duì)性極強(qiáng)的教學(xué)實(shí)踐培訓(xùn)，詳細(xì)應(yīng)用內(nèi)容如下所述：

1）數(shù)控機(jī)床仿真軟件在數(shù)控機(jī)床實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

數(shù)控機(jī)床仿真軟件是基于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)平臺(tái)而搭建起來的操作系統(tǒng)，它可以在虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)控機(jī)床數(shù)據(jù)庫的支持下，完美的再現(xiàn)當(dāng)前主要數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)組成和工作環(huán)境，在數(shù)控機(jī)床的教學(xué)實(shí)踐過程中，首要科目是要熟悉數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)組成，受到經(jīng)濟(jì)條件的限制，多數(shù)數(shù)控機(jī)床加工學(xué)校很難對(duì)當(dāng)前的各種類型的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拆裝，數(shù)控機(jī)床仿真軟件中的模塊分解過程能夠?qū)崿F(xiàn)全息裝配過程，仿照真實(shí)數(shù)控機(jī)床零部件尺寸，進(jìn)行的實(shí)際工業(yè)化裝配流程的演練，能夠進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)于數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)、多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)、曲面加工系統(tǒng)的空間形象的理解；其次是典型加工工藝的教學(xué)實(shí)踐，數(shù)控機(jī)床仿真軟件能夠?qū)ぜ叨ㄎ?、工件裝夾、夾具工作原理、壓板安裝流程、加工基準(zhǔn)對(duì)刀原則、刀具安裝和選用規(guī)范、機(jī)床手動(dòng)操作和自動(dòng)操作指令條碼等，進(jìn)行逐一的繁復(fù)講解，而且允許學(xué)生在課后進(jìn)行溫習(xí)和嘗試；再者是完善的圖形數(shù)據(jù)和加工標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫資料，使得學(xué)生可以在仿真軟件自帶的典型數(shù)控機(jī)床編程程序的指導(dǎo)下，進(jìn)行實(shí)際編程，并且在虛擬加工平臺(tái)上，對(duì)自定義的工件進(jìn)行工藝設(shè)定，并且檢查加工工件的尺寸誤差和質(zhì)量達(dá)標(biāo)情況；該仿真軟件系統(tǒng)結(jié)合自動(dòng)化考核系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)教學(xué)、實(shí)踐和考核一體化的培訓(xùn)模式。

2）零部件加工仿真軟件的教學(xué)實(shí)踐應(yīng)用

熟知零部件的造型原理和加工工藝流程是保證數(shù)控機(jī)床操作者能夠進(jìn)行復(fù)雜加工過程的技術(shù)基礎(chǔ)，零部件加工仿真軟件為學(xué)習(xí)者提供了一個(gè)高仿真度的零部件數(shù)模設(shè)計(jì)，包括了曲面造型設(shè)計(jì)和參數(shù)化設(shè)計(jì)這兩種主要的形式，對(duì)于簡(jiǎn)單曲面造型和復(fù)雜曲面的造型原理都能有一個(gè)清晰的理解過程；其次是對(duì)零部件加工工藝的熟悉過程，工件加工的第一道工序是要進(jìn)行基準(zhǔn)對(duì)刀，不同的零件對(duì)刀的原則和位置選擇都大相徑庭，比如軸對(duì)稱零部件、桿件、板件、螺旋件以及內(nèi)內(nèi)孔加工等等，這都需要學(xué)生們?cè)谄綍r(shí)的學(xué)習(xí)過程中熟練的分析不同類型零部件的加工工藝選擇準(zhǔn)則；再者是對(duì)數(shù)控加工刀具的走刀過程和走刀程序進(jìn)行針對(duì)性的講解，這種直觀的培訓(xùn)模式有助于學(xué)生養(yǎng)成數(shù)控加工思維，結(jié)合實(shí)踐性極強(qiáng)的零部件金工實(shí)習(xí)，使得學(xué)生們?cè)谧约簞?dòng)手加工典型零部件時(shí)，對(duì)于零部件造型保持的關(guān)鍵性因素、令不加加工失效的主要原因以及加工過程的重點(diǎn)注意事項(xiàng)都能有一個(gè)直觀而且親身經(jīng)歷的過程，經(jīng)過這種培訓(xùn)模式所培養(yǎng)出來的數(shù)控機(jī)床操作人才將兼具專業(yè)知識(shí)背景和機(jī)床操作技能，能夠適應(yīng)快節(jié)奏、高技術(shù)含量的操作需求。

總結(jié)：

隨著自動(dòng)化技術(shù)和機(jī)械加工技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控加工已經(jīng)成為機(jī)械加工領(lǐng)域使用最為廣泛的技術(shù)形式。數(shù)控機(jī)床的使用需要一定的專業(yè)知識(shí)背景和操作編程經(jīng)驗(yàn)，相關(guān)操作技術(shù)人員已經(jīng)成為當(dāng)前機(jī)械加工市場(chǎng)的稀缺人才。本文概述了數(shù)控加工仿真系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，并就完善數(shù)控仿真軟件的教學(xué)價(jià)值提供了新的思路。

參考文獻(xiàn)

數(shù)控仿真系統(tǒng)范文第4篇

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工；自動(dòng)編程；仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；建立模型；繪制模式；模型重構(gòu) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TG659 文章編號(hào)：1009-2374（2015）21-0023-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.21.012

所謂數(shù)控加工，主要指的是一個(gè)零件按照?qǐng)D紙的要求進(jìn)行加工的整個(gè)過程，在這個(gè)加工過程中，需要根據(jù)圖紙上零件的所有數(shù)字化的定義來制定相應(yīng)的指令，而且能夠有效的保障零件在加工中具有較高的精度，對(duì)于最終加工成的零件來說，在對(duì)這一零件進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，能夠更加方便地對(duì)零件的整體形狀與尺寸進(jìn)行控制，提高整體的精度。就實(shí)際情況來看，當(dāng)需要進(jìn)行加工的零件復(fù)雜程度與精度要求都十分高時(shí)，數(shù)控加工便能夠更好地發(fā)揮出其特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際的操作過程中，無論數(shù)控程序編寫的多么精細(xì)，仍然會(huì)有著較多的問題，而且傳統(tǒng)的手動(dòng)編寫程序不僅容易出錯(cuò)，而且需要消耗較多的時(shí)間。由此可以看出，將自動(dòng)編程技術(shù)引入到數(shù)控加工程度中具有較高的意義，能夠有效的提高整體數(shù)控系統(tǒng)的精度與效率，再加上仿真性的實(shí)驗(yàn)，便可以根據(jù)不同零件的要求進(jìn)行模擬加工，具有十分高的實(shí)用性。

1 數(shù)控加工自動(dòng)編程系統(tǒng)的構(gòu)建

1.1 數(shù)控加工中自動(dòng)編程的要求

在數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)用自動(dòng)編程技術(shù)，主要便是將數(shù)控技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行有效結(jié)合，通過計(jì)算機(jī)的思想將數(shù)控加工中的各個(gè)環(huán)節(jié)都緊密地結(jié)合在一起，所以，在實(shí)際應(yīng)用中一定要將所有的計(jì)算機(jī)輔助加工軟件都聯(lián)系在一起，比如CAD、CAM等。在數(shù)控加工編程中，首先需要做的便是能夠有效地識(shí)別圖紙，對(duì)于圖紙識(shí)別的軟件目前應(yīng)用最廣泛的便是AUTOCAD軟件，通過使用這一軟件來為整體系統(tǒng)進(jìn)行服務(wù)是十分合適的。之后，需要通過這一軟件將零件所有的特征進(jìn)行總結(jié)，與數(shù)控機(jī)床進(jìn)行結(jié)合，所以在加工過程中需要對(duì)數(shù)制機(jī)床有一定的認(rèn)識(shí)與了解，能夠熟練地使用數(shù)控機(jī)床，特別是對(duì)于G代碼應(yīng)當(dāng)有相當(dāng)清楚的理解。

1.2 數(shù)控加工自動(dòng)編程技術(shù)不同模塊的功能

在自動(dòng)編程技術(shù)中，需要對(duì)整體系統(tǒng)細(xì)分成不同的模塊，通過這些模塊的共同工作來完成整體的工作。

第一，對(duì)圖形進(jìn)行分析。這一部分主要指的是通過使用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)需要加工的零件進(jìn)行分析，總結(jié)出這一零件所具有的特征，將所有的特征進(jìn)行分類，在加工的時(shí)候便可以根據(jù)這些特征編寫相應(yīng)的加工工序。

第二，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理。在完成對(duì)零件特征與信息的收集與整理之后，便需要建成的數(shù)據(jù)庫對(duì)這些特征進(jìn)行分析處理，通過相應(yīng)的算法生成刀具的運(yùn)動(dòng)

軌跡。

第三，將需要的工藝進(jìn)行輸入與分析。對(duì)于不同零件的加工來說所需要的工藝也有著一定的差別，所以，需要根據(jù)加工工藝的不同將所需要的工藝輸入到自動(dòng)編程的程度當(dāng)中，以此來確定在加工過程中切削的用量等必需的參數(shù)。而且這些參數(shù)都需要是臨時(shí)的，因?yàn)槊看渭庸さ臈l件不同所對(duì)應(yīng)的加工參數(shù)也不同。

第四，整體自動(dòng)編程數(shù)據(jù)庫的建立。在自動(dòng)編程過程中，需要對(duì)零件所具有的信息進(jìn)行處理，而處理的時(shí)候便需要從數(shù)據(jù)庫當(dāng)中得到相應(yīng)的信息，將這些信息進(jìn)行重新的組合便能夠生成加工零件所對(duì)應(yīng)的加工程序，才能夠進(jìn)行整體的數(shù)控加工。

2 數(shù)控加工仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)建

在數(shù)控加工技術(shù)中，通過使用NC來進(jìn)行切削的仿真主要可以分成兩個(gè)部分，分別是幾何方面的與力學(xué)方面的。對(duì)于前者切削技術(shù)來說，主要是需要考慮一些物理量，這些物理量主要指的便是切削參數(shù)與切削力，這兩個(gè)參數(shù)對(duì)于走刀來說是十分重要的，可以有效地驗(yàn)證NC程序所具有的正性。對(duì)于整個(gè)切削技術(shù)來說，其需要物理仿真的一種，它的工作過程可以被看作是通過使用動(dòng)態(tài)力學(xué)來完成對(duì)刀具的預(yù)測(cè)，以此來完成對(duì)各個(gè)參數(shù)的控制作用，最終完成整體加工過程的優(yōu)化處理，提高整體加工的精度。

而所謂的幾何仿真，則主要是通過使用幾何建模的方面來進(jìn)行的，這種方法最重要的便是利用幾何方面的空間與離散的方法來進(jìn)行計(jì)算的，最終達(dá)到提高加工精度的效果。

通過對(duì)這兩個(gè)加工技術(shù)的比較，通過使用幾何的技術(shù)能夠有效地將零件進(jìn)行模擬化，并且將模擬化生成的零件的模型輸入到整體加工系統(tǒng)當(dāng)中去，這樣一來就能夠有效地提高整體加工的效果，使得最終得到的仿真結(jié)果與實(shí)際要求僅具有較小的差別。本次研究工作便是通過使用這種技術(shù)，在原有的CNC的基礎(chǔ)上進(jìn)行了二次開發(fā)，從而為工作人員提供一套具有較高操作性與可視性的軟件，并且通過相應(yīng)的算法與模型的建立以提高整體數(shù)控加工的精度。另外，本次二次開發(fā)所得到的程度具有較高的美觀，能夠給使用者提供一定的真實(shí)感，下文便對(duì)這一系統(tǒng)進(jìn)行介紹。

數(shù)控加工仿真模型的建立有以下三個(gè)方面：

2.1 建立模型

在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中，一般常用三角形網(wǎng)絡(luò)模型來描述物體。隨著零件加工精度要求的提高和加工設(shè)備的完善化，三角形網(wǎng)絡(luò)模型就需要上萬個(gè)，甚至幾十萬個(gè)三角形面片構(gòu)成，為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化數(shù)控加工零件模型的動(dòng)態(tài)仿真計(jì)算過程、節(jié)省大量的存儲(chǔ)空間、更好地實(shí)現(xiàn)仿真繪制，本文選取零件表面規(guī)則三角片化的方法，這樣一來，每一個(gè)三角片所占的內(nèi)存空間大大減少，平均每個(gè)僅占一個(gè)內(nèi)存空間。

2.2 繪制模型

采用零件表面規(guī)則三角片化方法將零件模型建立好以后，利用OpenGL圖形函數(shù)將所有的三角片進(jìn)行繪制，加工零件的外觀就顯現(xiàn)出來了。三角形的頂點(diǎn)就是網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)高度值就是高度緩沖區(qū)存儲(chǔ)的數(shù)值，因此這種建模方法具有方便遍歷到每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)，能夠快速將所有的三角片繪制完成，能節(jié)約一定的實(shí)驗(yàn)時(shí)間。

2.3 動(dòng)態(tài)仿真的模型重構(gòu)算法

車削過程就是模型的重構(gòu)。在車削的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真進(jìn)行車削過程時(shí)，先將車削模型轉(zhuǎn)化為銑削模型，就是鋼板（寬為2πR、厚為R）沖壓成鋼柱（半徑為R）的一個(gè)逆過程，如此就完成車削模型與銑削模型的轉(zhuǎn)化了。要注意，在轉(zhuǎn)化的過程中，也要將車刀的運(yùn)動(dòng)軌跡作相同的轉(zhuǎn)換。車削模型與銑削模型統(tǒng)一在一起后，其算法也就是由具體變?yōu)橐话?，代碼也得到簡(jiǎn)化，更易于

實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié)語

在基于通用計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的平臺(tái)上，開發(fā)面向加工設(shè)備的數(shù)控自動(dòng)編程系統(tǒng)，使設(shè)計(jì)CAD直接面向加工CAM，同時(shí)面向加工設(shè)備的思想使CAM有了與CAPP、CAE聯(lián)系的橋梁，使得CAD、CAM、CAPP、CAE能很好地統(tǒng)一起來，有利于計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)不僅可以用作數(shù)控編程人員的培訓(xùn)，讓受訓(xùn)人員可以進(jìn)行實(shí)踐操作，增強(qiáng)他們的實(shí)踐能力，減少昂貴的設(shè)備投入，還可以在制造企業(yè)內(nèi)部使用，實(shí)現(xiàn)快速、精確的數(shù)控加工程序仿真，應(yīng)用價(jià)值非常高。

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數(shù)控仿真系統(tǒng)范文第5篇

【關(guān)鍵詞】虛擬操作；數(shù)控車床；Virtools

一、引言

近年來，虛擬現(xiàn)實(shí)與計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)已在煤礦[1-2]、石油等領(lǐng)域取得了較好的應(yīng)用。虛擬機(jī)床是隨著虛擬現(xiàn)實(shí)和機(jī)床技術(shù)不斷發(fā)展而提出的一個(gè)新研究領(lǐng)域，運(yùn)用三維虛擬交互技術(shù)進(jìn)行數(shù)控機(jī)床內(nèi)部結(jié)構(gòu)拆裝與仿真是虛擬機(jī)床系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，它能全方位表達(dá)和展示機(jī)床結(jié)構(gòu)及其工作原理。本文首先對(duì)虛擬拆裝系統(tǒng)的開發(fā)流程進(jìn)行了闡述，給出了系統(tǒng)的技術(shù)路線和開發(fā)環(huán)境，從構(gòu)建機(jī)床三維模型和管理模型數(shù)據(jù)、人機(jī)交互原理與實(shí)現(xiàn)、運(yùn)動(dòng)控制與實(shí)現(xiàn)、碰撞檢測(cè)等方面對(duì)拆裝與仿真系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)研究。最后在Virtools環(huán)境下完成了數(shù)控車床內(nèi)部結(jié)構(gòu)的虛擬拆裝與仿真系統(tǒng)，效果良好。

二、系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)與技術(shù)流程

系統(tǒng)開發(fā)在WindowsXP平臺(tái)下進(jìn)行，運(yùn)用三維交互圖形軟件Virtools進(jìn)行虛擬拆裝的交互設(shè)計(jì)與仿真，利用VisualStudioC++編程工具進(jìn)行軟件系統(tǒng)整合設(shè)計(jì)。系統(tǒng)技術(shù)路線如圖1所示。

Virtools是法國達(dá)索公司開發(fā)的一套虛擬現(xiàn)實(shí)仿真軟件[3]，該軟件具備豐富的互動(dòng)行為模塊，可以開發(fā)出許多不同用途的3D產(chǎn)品，如計(jì)算機(jī)游戲、多媒體、建筑設(shè)計(jì)、交互式電視、教育訓(xùn)練、仿真與產(chǎn)品展示等。

仿真系統(tǒng)的開發(fā)流程是：

（1）運(yùn)用三維建模軟件對(duì)機(jī)床內(nèi)部各結(jié)構(gòu)進(jìn)行幾何建模，然后通過數(shù)據(jù)優(yōu)化軟件對(duì)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行約減，將模型轉(zhuǎn)換成三角網(wǎng)格的格式，再導(dǎo)入虛擬交互軟件Virtools中進(jìn)行交互拆裝開發(fā)。

（2）導(dǎo)入Virtools以后，需要對(duì)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，設(shè)置機(jī)床各部件的層次關(guān)系，將各個(gè)模塊分類進(jìn)行管理，同時(shí)對(duì)光照、材質(zhì)、紋理、行為模塊等數(shù)據(jù)類型進(jìn)行分類管理。為后續(xù)的程序開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

（3）根據(jù)數(shù)據(jù)車床內(nèi)部結(jié)構(gòu)的拆裝腳本和順序，運(yùn)用運(yùn)動(dòng)控制行為模塊對(duì)各部件進(jìn)行人機(jī)交互控制開發(fā)。在開發(fā)過程中，主要涉及運(yùn)動(dòng)控制、模型顯隱、動(dòng)畫控制、實(shí)時(shí)渲染等。

三、數(shù)控車床拆裝系統(tǒng)開發(fā)過程

1.三維模型的構(gòu)建與管理

數(shù)控車床三維模型的構(gòu)建是系統(tǒng)開發(fā)的基礎(chǔ)，采用Pro/e三維建模軟件對(duì)CK6140數(shù)控車床進(jìn)行三維建模。將機(jī)床分為：X軸系統(tǒng)、Z軸系統(tǒng)、六工位刀架、四工位刀架、尾座等幾個(gè)大部分。對(duì)這幾部分的各個(gè)零部件進(jìn)行詳細(xì)測(cè)繪與建模，形成裝配體。最后匯總進(jìn)行裝配，形成整裝配體。裝配體如圖2所示。為了提高渲染速度，降低模型數(shù)據(jù)量，需要對(duì)模型幾何數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理[4]。

為了便于虛擬場(chǎng)景的管理和模型運(yùn)動(dòng)控制，需要對(duì)三維模型數(shù)據(jù)型層次管理，對(duì)機(jī)床各部件進(jìn)行父子級(jí)關(guān)系設(shè)置，對(duì)燈光位置、材質(zhì)和紋理映射、交互傳感器等資源進(jìn)行分類管理。如圖3所示。

2.人機(jī)交互的實(shí)現(xiàn)

在Virtools環(huán)境下，人機(jī)交互的實(shí)現(xiàn)過程是通過鼠標(biāo)、鍵盤或其他輸入設(shè)備首先發(fā)起一個(gè)交互事件，虛擬環(huán)境中的虛擬傳感器監(jiān)聽到事件后響應(yīng)的對(duì)應(yīng)事件，控制響應(yīng)的行為模塊動(dòng)作來響應(yīng)輸入事件，直到事件完成后再返回。在人機(jī)交互編程中，可以采用Virtools自帶的BB進(jìn)行行為編程，也可以用Script腳本節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編程，考慮交互過程中各個(gè)動(dòng)作之間是一個(gè)有序的緊密的銜接過程，在這里采用消息驅(qū)動(dòng)機(jī)制來鏈接每個(gè)行為模塊。

任何一個(gè)模塊設(shè)計(jì)都需要對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。在每個(gè)行為模塊中，模塊參數(shù)由名字（pName）、類型（pType）和數(shù)值（pvalue）三部分組成。輸入?yún)?shù)通過BB、BG或者paramOp頂部的小三角來表示。參數(shù)輸入特別是本地參數(shù)有一個(gè)源點(diǎn)，作為它的pValue。輸出參數(shù)通過BB，BG，或一個(gè)paramOp底部的小三角來表示。參數(shù)輸出能夠有一個(gè)或者更多個(gè)目的地，目的地在參數(shù)值改變時(shí)立即被更新。

行為模塊之間動(dòng)作的輸出和輸入端用直線相連接，這條連線稱之為bLink，bLink表達(dá)了模塊間的運(yùn)行順序。當(dāng)行為模塊被觸發(fā)激活時(shí)，就會(huì)執(zhí)行它的功能，顯示它的效果。行為模塊的輸入端接收以事件為基礎(chǔ)的訊號(hào)，負(fù)責(zé)觸發(fā)該行為模塊。當(dāng)行為模塊完成它所負(fù)責(zé)的任務(wù)后，就會(huì)輸出一個(gè)事件訊號(hào)，再作為另外一個(gè)行為模塊的輸入，觸發(fā)下一行為模塊進(jìn)行動(dòng)作，直到整個(gè)事件完成為止。圖4為鍵盤控制事件的行為模塊圖。

3.運(yùn)動(dòng)的控制

三維虛擬模型的實(shí)時(shí)控制是通過對(duì)機(jī)床部件的無干涉運(yùn)動(dòng)路線進(jìn)行分析后，確定各運(yùn)動(dòng)部件的自由度，再運(yùn)用位置控制模塊對(duì)三維虛擬模型的六個(gè)自由度來進(jìn)行控制。在虛擬環(huán)境中，將模型定義為X、Y、Z、H、P、R六個(gè)運(yùn)動(dòng)類型。其中XYZ分別表示選著XYZ移動(dòng)，HPR表示繞XYZ轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)于模型之間存在關(guān)聯(lián)運(yùn)動(dòng)的部件，系統(tǒng)采用矩陣換算和基于旋轉(zhuǎn)角度的方法來進(jìn)行求解運(yùn)算。系統(tǒng)采用Translate、Rotate、Script等行為模塊來進(jìn)行聯(lián)合編程開發(fā)。實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬零部件的拆裝控制。

在Virtools軟件平臺(tái)中，對(duì)物理進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制的行為模塊BB主要有TranslateBB和RotateBB。其中TranslateBB有四個(gè)輸入?yún)?shù)，第一個(gè)參數(shù)Targete是目標(biāo)參數(shù)，用來指定該BB所要控制的物體，參數(shù)的類型是三維實(shí)體；第二個(gè)參數(shù)TranslateVector是三維向量參數(shù)，該參數(shù)有三個(gè)值，分別是X、Y、Z，三個(gè)值分別用來控制三個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)矢量；第三個(gè)參數(shù)Referential是一個(gè)參考值，即在移動(dòng)時(shí)所參考的物體，因此也是一個(gè)三維實(shí)體類型的參數(shù)，第四個(gè)參數(shù)是一個(gè)用來設(shè)置是否在移動(dòng)時(shí)影響該物體的子級(jí)物體。

RotateBB有五個(gè)參數(shù)，第一個(gè)參數(shù)Targate為目標(biāo)參數(shù)用法與TranslateBB中的該參數(shù)相同；第二個(gè)參數(shù)AxisofRotation是一個(gè)三維向量參數(shù)，因此也有三個(gè)參數(shù)需要設(shè)置，分別是X、Y、Z，它們的作用是來控制物體將要繞著哪個(gè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，第三個(gè)參數(shù)是AngleOfRotation是一個(gè)角度參數(shù)，用來設(shè)置旋轉(zhuǎn)的角度，其他參數(shù)跟TranslateBB中的參數(shù)用法相同。

4.碰撞檢測(cè)

在虛擬環(huán)境中，由于人機(jī)交互和物體的運(yùn)動(dòng)，數(shù)控機(jī)床各部件間經(jīng)常發(fā)生碰撞反應(yīng)。碰撞檢測(cè)是數(shù)控行為仿真中的一個(gè)難點(diǎn)，它需要具有實(shí)時(shí)性和精確性兩個(gè)特點(diǎn)。

本系統(tǒng)采用基于層次包圍盒的方法對(duì)機(jī)床部件進(jìn)行碰撞檢測(cè)。借助一個(gè)耗費(fèi)函數(shù)來分析碰撞檢測(cè)算法的合理性[5]。

其中T是碰撞檢測(cè)的總耗費(fèi)時(shí)間。Nv是參與重疊測(cè)試的包圍盒的對(duì)數(shù)，Cv是為一對(duì)包圍盒做重疊測(cè)試的耗費(fèi)，Np是參與求交測(cè)試的幾何元的對(duì)數(shù)，Cp是為一對(duì)幾何元做求交測(cè)試的耗費(fèi)，Nu是物體運(yùn)動(dòng)后其包圍盒層次中需要修改的結(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，Cu是修改一個(gè)結(jié)點(diǎn)的耗費(fèi)。

在Virtools軟件中，碰撞檢測(cè)模塊有三個(gè)模式：Automatic、BoudingBox和Faces。每個(gè)模式的碰撞檢測(cè)的精度不同，其中Automatic模式在碰撞檢測(cè)中各物體采用自身的精度；BoudingBox模式采用六面體的包圍盒；Face模式是在面與面之間進(jìn)行的碰撞檢測(cè)，這種精度最大。

四、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

采用Pro/e進(jìn)行三維幾何建模和整體模型裝配，然后通過RightHemisphere進(jìn)行三維模型數(shù)據(jù)的分類管理，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后通過Virtools控件將模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入虛擬環(huán)境中，運(yùn)用行為模塊對(duì)交互事件進(jìn)行編程開發(fā)，最后用VC++打包完成系統(tǒng)開發(fā)。系統(tǒng)界面如圖5所示，圖6為數(shù)控車床中四工位刀架的拆裝圖。

五、結(jié)束語

從機(jī)床三維建模與模型數(shù)據(jù)管理、人機(jī)交互與運(yùn)動(dòng)控制、碰撞檢測(cè)等方面對(duì)機(jī)床內(nèi)部結(jié)構(gòu)虛擬拆裝系統(tǒng)的開發(fā)進(jìn)行了闡述?；赩irtools開發(fā)的虛擬機(jī)床拆裝可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)，因此，也適合在網(wǎng)絡(luò)上傳播，系統(tǒng)可以全方位任意視角對(duì)機(jī)床內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行展示，可以人工進(jìn)行虛擬拆裝，非常適合于數(shù)控機(jī)床原理與結(jié)構(gòu)的教學(xué)。

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