前言：想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎？我們特意為您整理了5篇數(shù)控仿真系統(tǒng)范文，相信會為您的寫作帶來幫助，發(fā)現(xiàn)更多的寫作思路和靈感。

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衡量標準。Win32下OpenGL是一種與硬件、窗口系統(tǒng)以及操作系統(tǒng)獨立的API具有過程性特點，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，其中含有上百個庫函數(shù)，在運行時只需添加相應的動態(tài)庫便能夠?qū)崿F(xiàn)對OpenGL的支持。OpenGL的功能可以概括為以下幾點：①幾何建模。除點、線、多邊形繪制函數(shù)外，OpenGL圖形庫還提供了椎體、多面體等復雜三維物體以及曲線、曲面繪制函數(shù)。②坐標變換。通常坐標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以及雙緩存實時動畫和人機交互技術(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，實時三維仿真可根據(jù)輸入的NC代碼要求進行動態(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的定義，為使動態(tài)過程仿真達到交互性、準確性和有效性的要求，應對各功能模塊進行優(yōu)化。系統(tǒng)以軟件用戶界面和內(nèi)部計算檢查過程為主體，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大的文本編輯功能，對于一些較為簡單的加工零件無需預先編程，除一般記事本基本功能外，還設(shè)有互鎖功能，可對編輯后的代碼進行讀寫切換，更好地保護代碼，保證加工順利進行；仿真顯示模塊將圖像和數(shù)據(jù)信息呈現(xiàn)在計算機屏幕上，實現(xiàn)動態(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/逐個頂點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給信息，整個路線為：回參考點對刀開始加工暫停加工退出加工[2]。內(nèi)部計算檢查過程包括內(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)部仿真計算構(gòu)成。

2.2三維模型在OpenGL中的實現(xiàn)

在Windows平臺下，基于OpenGL的應用程序要通過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體繪制函數(shù)，能夠完成坐標的旋轉(zhuǎn)、縮放、平移等操作，動態(tài)仿真過程的運動關(guān)系取決于加工數(shù)據(jù)的即時變換，而空間切換的實現(xiàn)則通過矩陣元進出棧操作來實現(xiàn)，系統(tǒng)的幾何建模包括刀具、機床、加工工件等實體建模，需要對零部件之間的組裝關(guān)系以及幾何信息的拓撲關(guān)系、描述坐標關(guān)系進行定義，因此，該系統(tǒng)應用于數(shù)控加工仿真的重點就是對各實體進行建模，這在實現(xiàn)起來存在一定的難度，需要對系統(tǒng)進行進一步的優(yōu)化升級[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，三維曲面零件的應用越來越廣泛。飛機構(gòu)建、發(fā)動機渦輪等零件的加工，通常要用到多軸數(shù)控機床進行加工。特別是螺旋槳是艦船推進系統(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系統(tǒng)的出力、效率、運行穩(wěn)定性、機組壽命和制造成本，研制高性能的艦船螺旋槳對艦船的發(fā)展起著重要作用。五軸數(shù)控加工技術(shù)作為一種先進的加工方法，在復雜曲面（如螺旋槳葉面）加工中在國外已得到廣泛的應用，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)動加工技術(shù)相對于三軸加工具有以下一些優(yōu)點：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，由于多了兩個旋轉(zhuǎn)自由度，給刀具路徑生成、圖形仿真增加了難度和復雜性。

數(shù)控加工是數(shù)控機床在數(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)е律a(chǎn)事故。NC代碼在加工過程中是否因為不合理而產(chǎn)生過切，刀具的走刀路線、進退刀方式是否合理，刀具與非加工面是否干涉等都很難預料，往往需要花費大量的財力物力進行修正。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際加工情況。因此零件加工NC程序在投入實際加工之前，通常必須進行試切這一環(huán)節(jié)，來檢驗NC程序的正確性和零件設(shè)計與加工過程中的缺陷。

為了解決復雜零件加工的矛盾，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，對試切的材料的選擇會提出更高的要求，增加了成本。另一種方案則使用了數(shù)控仿真方法，它是利用計算機來模擬和驗證數(shù)控加工的實際過程和結(jié)果，從而達到驗證數(shù)控代碼正確性的目的。由于僅僅使用計算機進行模擬，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。但由于計算機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)試切的真實情況，還需要再機床上進行試切。但總體成本降低，節(jié)約了時間。

目前廣泛使用的多軸數(shù)控銑床屬于材料的切削，還有針對特殊行業(yè)應用的多軸數(shù)控設(shè)備，例如應用于航空、船舶等的針對管料進行進行形變的多軸數(shù)控彎管機。后者通用仿真軟件應用較少，需要針對其行業(yè)特點進行單獨開發(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仿真系統(tǒng)。幾何仿真系統(tǒng)分析刀具和工件模型的運動幾何關(guān)系，僅考慮物體的變形或者材料的切除，將刀具和機床視為剛性體，用圖形的方式來表達及驗證數(shù)控代碼的正確性。這種仿真能夠應用于絕大多數(shù)場景，能夠檢測到大多數(shù)數(shù)控代碼的缺陷，防止機床刀具的損壞，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間及物力消耗，減少投產(chǎn)時間，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)控機床；教學實踐

中圖分類號：H319 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）18-0227-01

主要內(nèi)容：

工業(yè)化和自動化已經(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化加工需求的不斷深化，以數(shù)控機床為代表的新一代自動加工設(shè)備開始在制造業(yè)中普及開來。我們可以看到數(shù)控機床在集成了柔性加工、多維加工、曲面加工和多軸聯(lián)動等最新加工技術(shù)的同時，還兼容了數(shù)字編程和輔助設(shè)計等功能，這使得每一個數(shù)控機床都能成為一個不同規(guī)模的加工中心，滿足不同的加工需求。但是正是由于數(shù)控機床的功能多樣性，使得數(shù)控機床的操作要求十分嚴格，操作者不僅需要具備扎實的機械加工基礎(chǔ)知識和操作技能，還需要對數(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儲備，這就對當前的數(shù)控機床操作人才的培訓模式提出了很高的要求，如何進一步強化數(shù)控機床操作人才培訓的有效性和成材率，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)實技術(shù)和計算機圖形學技術(shù)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬現(xiàn)實的數(shù)控機床操作試練。虛擬現(xiàn)實技術(shù)通過量化實際系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)、系統(tǒng)環(huán)境、聲光電等現(xiàn)象，能夠真實的還原系統(tǒng)操作環(huán)境，給與操作者以極高的真實體驗；可以對設(shè)備進行操縱，可以查看生產(chǎn)過程、實驗過程、施工圖過程、供應過程等活動的各種技術(shù)參數(shù)的動態(tài)值，從而確認現(xiàn)實系統(tǒng)是否有能力完成預定的任務(wù)和如何去完成，也可從中發(fā)現(xiàn)運動過程的缺陷和問題，予以改進。

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)控機床加工環(huán)境和加工過程的虛擬數(shù)控機床仿真軟件，另一種就是以零件設(shè)計和加工程序為主線的CAD/CAM一體化軟件。數(shù)控機床仿真軟件能夠讓操作者快速熟悉數(shù)控機床的結(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斍爸饕臄?shù)控機床進行針對性培訓，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、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械加工過程，培養(yǎng)機械專業(yè)技能。

二、數(shù)控仿真系統(tǒng)在數(shù)控機床教學實踐中的應用

在目前的數(shù)控機床操作人才培訓中，主要也是針對上述兩種仿真軟件形式，進行針對性極強的教學實踐培訓，詳細應用內(nèi)容如下所述：

1）數(shù)控機床仿真軟件在數(shù)控機床實踐教學中的應用

數(shù)控機床仿真軟件是基于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)平臺而搭建起來的操作系統(tǒng)，它可以在虛擬現(xiàn)實數(shù)控機床數(shù)據(jù)庫的支持下，完美的再現(xiàn)當前主要數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)組成和工作環(huán)境，在數(shù)控機床的教學實踐過程中，首要科目是要熟悉數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)組成，受到經(jīng)濟條件的限制，多數(shù)數(shù)控機床加工學校很難對當前的各種類型的數(shù)控機床進行現(xiàn)場拆裝，數(shù)控機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，仿照真實數(shù)控機床零部件尺寸，進行的實際工業(yè)化裝配流程的演練，能夠進一步加深學生對于數(shù)控機床的進給系統(tǒng)、多軸聯(lián)動系統(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實踐，數(shù)控機床仿真軟件能夠?qū)ぜ叨ㄎ?、工件裝夾、夾具工作原理、壓板安裝流程、加工基準對刀原則、刀具安裝和選用規(guī)范、機床手動操作和自動操作指令條碼等，進行逐一的繁復講解，而且允許學生在課后進行溫習和嘗試；再者是完善的圖形數(shù)據(jù)和加工標準數(shù)據(jù)庫資料，使得學生可以在仿真軟件自帶的典型數(shù)控機床編程程序的指導下，進行實際編程，并且在虛擬加工平臺上，對自定義的工件進行工藝設(shè)定，并且檢查加工工件的尺寸誤差和質(zhì)量達標情況；該仿真軟件系統(tǒng)結(jié)合自動化考核系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)教學、實踐和考核一體化的培訓模式。

2）零部件加工仿真軟件的教學實踐應用

熟知零部件的造型原理和加工工藝流程是保證數(shù)控機床操作者能夠進行復雜加工過程的技術(shù)基礎(chǔ)，零部件加工仿真軟件為學習者提供了一個高仿真度的零部件數(shù)模設(shè)計，包括了曲面造型設(shè)計和參數(shù)化設(shè)計這兩種主要的形式，對于簡單曲面造型和復雜曲面的造型原理都能有一個清晰的理解過程；其次是對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行基準對刀，不同的零件對刀的原則和位置選擇都大相徑庭，比如軸對稱零部件、桿件、板件、螺旋件以及內(nèi)內(nèi)孔加工等等，這都需要學生們在平時的學習過程中熟練的分析不同類型零部件的加工工藝選擇準則；再者是對數(shù)控加工刀具的走刀過程和走刀程序進行針對性的講解，這種直觀的培訓模式有助于學生養(yǎng)成數(shù)控加工思維，結(jié)合實踐性極強的零部件金工實習，使得學生們在自己動手加工典型零部件時，對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注意事項都能有一個直觀而且親身經(jīng)歷的過程，經(jīng)過這種培訓模式所培養(yǎng)出來的數(shù)控機床操作人才將兼具專業(yè)知識背景和機床操作技能，能夠適應快節(jié)奏、高技術(shù)含量的操作需求。

總結(jié)：

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

參考文獻

數(shù)控仿真系統(tǒng)范文第4篇

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工；自動編程；仿真實驗系統(tǒng)；建立模型；繪制模式；模型重構(gòu) 文獻標識碼：A

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

所謂數(shù)控加工，主要指的是一個零件按照圖紙的要求進行加工的整個過程，在這個加工過程中，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，對于最終加工成的零件來說，在對這一零件進行檢驗時，能夠更加方便地對零件的整體形狀與尺寸進行控制，提高整體的精度。就實際情況來看，當需要進行加工的零件復雜程度與精度要求都十分高時，數(shù)控加工便能夠更好地發(fā)揮出其特點與優(yōu)勢。在實際的操作過程中，無論數(shù)控程序編寫的多么精細，仍然會有著較多的問題，而且傳統(tǒng)的手動編寫程序不僅容易出錯，而且需要消耗較多的時間。由此可以看出，將自動編程技術(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，再加上仿真性的實驗，便可以根據(jù)不同零件的要求進行模擬加工，具有十分高的實用性。

1 數(shù)控加工自動編程系統(tǒng)的構(gòu)建

1.1 數(shù)控加工中自動編程的要求

在數(shù)控系統(tǒng)中應用自動編程技術(shù)，主要便是將數(shù)控技術(shù)與計算機技術(shù)進行有效結(jié)合，通過計算機的思想將數(shù)控加工中的各個環(huán)節(jié)都緊密地結(jié)合在一起，所以，在實際應用中一定要將所有的計算機輔助加工軟件都聯(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別圖紙，對于圖紙識別的軟件目前應用最廣泛的便是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行總結(jié)，與數(shù)控機床進行結(jié)合，所以在加工過程中需要對數(shù)制機床有一定的認識與了解，能夠熟練地使用數(shù)控機床，特別是對于G代碼應當有相當清楚的理解。

1.2 數(shù)控加工自動編程技術(shù)不同模塊的功能

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

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

第二，對數(shù)據(jù)進行相應的處理。在完成對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)庫對這些特征進行分析處理，通過相應的算法生成刀具的運動

軌跡。

第三，將需要的工藝進行輸入與分析。對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編程的程度當中，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)都需要是臨時的，因為每次加工的條件不同所對應的加工參數(shù)也不同。

第四，整體自動編程數(shù)據(jù)庫的建立。在自動編程過程中，需要對零件所具有的信息進行處理，而處理的時候便需要從數(shù)據(jù)庫當中得到相應的信息，將這些信息進行重新的組合便能夠生成加工零件所對應的加工程序，才能夠進行整體的數(shù)控加工。

2 數(shù)控加工仿真實驗系統(tǒng)的構(gòu)建

在數(shù)控加工技術(shù)中，通過使用NC來進行切削的仿真主要可以分成兩個部分，分別是幾何方面的與力學方面的。對于前者切削技術(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，這兩個參數(shù)對于走刀來說是十分重要的，可以有效地驗證NC程序所具有的正性。對于整個切削技術(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態(tài)力學來完成對刀具的預測，以此來完成對各個參數(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行計算的，最終達到提高加工精度的效果。

通過對這兩個加工技術(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感，下文便對這一系統(tǒng)進行介紹。

數(shù)控加工仿真模型的建立有以下三個方面：

2.1 建立模型

在計算機圖形學中，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，甚至幾十萬個三角形面片構(gòu)成，為了進一步簡化數(shù)控加工零件模型的動態(tài)仿真計算過程、節(jié)省大量的存儲空間、更好地實現(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，每一個三角片所占的內(nèi)存空間大大減少，平均每個僅占一個內(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)將所有的三角片進行繪制，加工零件的外觀就顯現(xiàn)出來了。三角形的頂點就是網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點，各節(jié)點高度值就是高度緩沖區(qū)存儲的數(shù)值，因此這種建模方法具有方便遍歷到每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的優(yōu)點，能夠快速將所有的三角片繪制完成，能節(jié)約一定的實驗時間。

2.3 動態(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)動態(tài)仿真進行車削過程時，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，也要將車刀的運動軌跡作相同的轉(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)橐话悖a也得到簡化，更易于

實現(xiàn)。

3 結(jié)語

在基于通用計算機輔助機械設(shè)計軟件的平臺上，開發(fā)面向加工設(shè)備的數(shù)控自動編程系統(tǒng)，使設(shè)計CAD直接面向加工CAM，同時面向加工設(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，有利于計算機集成制造系統(tǒng)的實現(xiàn)。數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的實現(xiàn)不僅可以用作數(shù)控編程人員的培訓，讓受訓人員可以進行實踐操作，增強他們的實踐能力，減少昂貴的設(shè)備投入，還可以在制造企業(yè)內(nèi)部使用，實現(xiàn)快速、精確的數(shù)控加工程序仿真，應用價值非常高。

參考文獻

[1] 劉曉瑋.淺談數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢[J].科技咨詢，2008，（3）.

[2] 吳義榮.我國數(shù)控技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及對策[J].CMET液壓裝備與制造技術(shù)，2005，（2）.

[3] 蔣楊永.基于仿真技術(shù)的數(shù)控實驗平臺構(gòu)建及應用

[J].計算機仿真，2003，23（11）.

[4] 清宏計算機工作室.VisualC++編程技巧[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001.

[5] JonBates，TimTompkins.實用VisualC++6.0 [M].北京：清華大學出版社，2000.

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)實與計算機仿真技術(shù)已在煤礦[1-2]、石油等領(lǐng)域取得了較好的應用。虛擬機床是隨著虛擬現(xiàn)實和機床技術(shù)不斷發(fā)展而提出的一個新研究領(lǐng)域，運用三維虛擬交互技術(shù)進行數(shù)控機床內(nèi)部結(jié)構(gòu)拆裝與仿真是虛擬機床系統(tǒng)的一個重要組成部分，它能全方位表達和展示機床結(jié)構(gòu)及其工作原理。本文首先對虛擬拆裝系統(tǒng)的開發(fā)流程進行了闡述，給出了系統(tǒng)的技術(shù)路線和開發(fā)環(huán)境，從構(gòu)建機床三維模型和管理模型數(shù)據(jù)、人機交互原理與實現(xiàn)、運動控制與實現(xiàn)、碰撞檢測等方面對拆裝與仿真系統(tǒng)進行詳細研究。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)平臺與技術(shù)流程

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

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

仿真系統(tǒng)的開發(fā)流程是：

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

（2）導入Virtools以后，需要對模型數(shù)據(jù)進行管理，設(shè)置機床各部件的層次關(guān)系，將各個模塊分類進行管理，同時對光照、材質(zhì)、紋理、行為模塊等數(shù)據(jù)類型進行分類管理。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，運用運動控制行為模塊對各部件進行人機交互控制開發(fā)。在開發(fā)過程中，主要涉及運動控制、模型顯隱、動畫控制、實時渲染等。

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CK6140數(shù)控車床進行三維建模。將機床分為：X軸系統(tǒng)、Z軸系統(tǒng)、六工位刀架、四工位刀架、尾座等幾個大部分。對這幾部分的各個零部件進行詳細測繪與建模，形成裝配體。最后匯總進行裝配，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，需要對模型幾何數(shù)據(jù)進行優(yōu)化處理[4]。

為了便于虛擬場景的管理和模型運動控制，需要對三維模型數(shù)據(jù)型層次管理，對機床各部件進行父子級關(guān)系設(shè)置，對燈光位置、材質(zhì)和紋理映射、交互傳感器等資源進行分類管理。如圖3所示。

2.人機交互的實現(xiàn)

在Virtools環(huán)境下，人機交互的實現(xiàn)過程是通過鼠標、鍵盤或其他輸入設(shè)備首先發(fā)起一個交互事件，虛擬環(huán)境中的虛擬傳感器監(jiān)聽到事件后響應的對應事件，控制響應的行為模塊動作來響應輸入事件，直到事件完成后再返回。在人機交互編程中，可以采用Virtools自帶的BB進行行為編程，也可以用Script腳本節(jié)點進行編程，考慮交互過程中各個動作之間是一個有序的緊密的銜接過程，在這里采用消息驅(qū)動機制來鏈接每個行為模塊。

任何一個模塊設(shè)計都需要對參數(shù)進行設(shè)置。在每個行為模塊中，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)有一個源點，作為它的pValue。輸出參數(shù)通過BB，BG，或一個paramOp底部的小三角來表示。參數(shù)輸出能夠有一個或者更多個目的地，目的地在參數(shù)值改變時立即被更新。

行為模塊之間動作的輸出和輸入端用直線相連接，這條連線稱之為bLink，bLink表達了模塊間的運行順序。當行為模塊被觸發(fā)激活時，就會執(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，負責觸發(fā)該行為模塊。當行為模塊完成它所負責的任務(wù)后，就會輸出一個事件訊號，再作為另外一個行為模塊的輸入，觸發(fā)下一行為模塊進行動作，直到整個事件完成為止。圖4為鍵盤控制事件的行為模塊圖。

3.運動的控制

三維虛擬模型的實時控制是通過對機床部件的無干涉運動路線進行分析后，確定各運動部件的自由度，再運用位置控制模塊對三維虛擬模型的六個自由度來進行控制。在虛擬環(huán)境中，將模型定義為X、Y、Z、H、P、R六個運動類型。其中XYZ分別表示選著XYZ移動，HPR表示繞XYZ轉(zhuǎn)動。對于模型之間存在關(guān)聯(lián)運動的部件，系統(tǒng)采用矩陣換算和基于旋轉(zhuǎn)角度的方法來進行求解運算。系統(tǒng)采用Translate、Rotate、Script等行為模塊來進行聯(lián)合編程開發(fā)。實現(xiàn)對虛擬零部件的拆裝控制。

在Virtools軟件平臺中，對物理進行運動控制的行為模塊BB主要有TranslateBB和RotateBB。其中TranslateBB有四個輸入?yún)?shù)，第一個參數(shù)Targete是目標參數(shù)，用來指定該BB所要控制的物體，參數(shù)的類型是三維實體；第二個參數(shù)TranslateVector是三維向量參數(shù)，該參數(shù)有三個值，分別是X、Y、Z，三個值分別用來控制三個方向上的運動矢量；第三個參數(shù)Referential是一個參考值，即在移動時所參考的物體，因此也是一個三維實體類型的參數(shù)，第四個參數(shù)是一個用來設(shè)置是否在移動時影響該物體的子級物體。

RotateBB有五個參數(shù)，第一個參數(shù)Targate為目標參數(shù)用法與TranslateBB中的該參數(shù)相同；第二個參數(shù)AxisofRotation是一個三維向量參數(shù)，因此也有三個參數(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軸轉(zhuǎn)動，第三個參數(shù)是AngleOfRotation是一個角度參數(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

在虛擬環(huán)境中，由于人機交互和物體的運動，數(shù)控機床各部件間經(jīng)常發(fā)生碰撞反應。碰撞檢測是數(shù)控行為仿真中的一個難點，它需要具有實時性和精確性兩個特點。

本系統(tǒng)采用基于層次包圍盒的方法對機床部件進行碰撞檢測。借助一個耗費函數(shù)來分析碰撞檢測算法的合理性[5]。

其中T是碰撞檢測的總耗費時間。Nv是參與重疊測試的包圍盒的對數(shù)，Cv是為一對包圍盒做重疊測試的耗費，Np是參與求交測試的幾何元的對數(shù)，Cp是為一對幾何元做求交測試的耗費，Nu是物體運動后其包圍盒層次中需要修改的結(jié)點的個數(shù)，Cu是修改一個結(jié)點的耗費。

在Virtools軟件中，碰撞檢測模塊有三個模式：Automatic、BoudingBox和Faces。每個模式的碰撞檢測的精度不同，其中Automatic模式在碰撞檢測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行的碰撞檢測，這種精度最大。

四、系統(tǒng)實現(xiàn)

采用Pro/e進行三維幾何建模和整體模型裝配，然后通過RightHemisphere進行三維模型數(shù)據(jù)的分類管理，進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后通過Virtools控件將模型數(shù)據(jù)導入虛擬環(huán)境中，運用行為模塊對交互事件進行編程開發(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

從機床三維建模與模型數(shù)據(jù)管理、人機交互與運動控制、碰撞檢測等方面對機床內(nèi)部結(jié)構(gòu)虛擬拆裝系統(tǒng)的開發(fā)進行了闡述?；赩irtools開發(fā)的虛擬機床拆裝可以進行網(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機床內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行展示，可以人工進行虛擬拆裝，非常適合于數(shù)控機床原理與結(jié)構(gòu)的教學。

參考文獻

[1]王長平，張志強，張曉強.基于Virtools 以及WinCC的采煤機遠程監(jiān)控平臺構(gòu)建[J].煤礦機械，2009，30（12）：202-204.

[2]張文磊，鄭曉雯，陳寶峰等.基于虛擬現(xiàn)實的液壓支架工作狀態(tài)研究[J].煤礦機械，2012，33（10）：72-74.

[3]徐英欣，楊建文，張安鵬.Virtools虛擬互動設(shè)計實例解析[M].北京航空航天大學出版社，2012.