數(shù)控加工三維仿真系統(tǒng)的研究與開發(fā)

摘 要：文章研究了數(shù)控加工三維仿真系統(tǒng)的研究與開發(fā)的相關(guān)內(nèi)容。基于數(shù)控加工的三維仿真系統(tǒng)主要依靠計算機的相關(guān)操作，使用的計算機系統(tǒng)為windows系統(tǒng)，并在使用過程中增加OpenGL輔助工具進行圖形上的輔助，從根本上實現(xiàn)了數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床三維一體的數(shù)控加工系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工；三維仿真；系統(tǒng)；研究；開發(fā)；設(shè)計

隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，利用計算機模擬現(xiàn)實生活中的三維物體已經(jīng)變得極為容易。工程師們可以發(fā)揮自己的創(chuàng)造性，利用仿真系統(tǒng)設(shè)計出更為新穎的三維造型。將三維仿真系統(tǒng)和數(shù)控加工機床結(jié)合，可以實現(xiàn)輕松模擬出機床的工作環(huán)境以及工作狀態(tài)。

1 仿真系統(tǒng)的特點以及OpenOL輔助工具概述

1.1 三維仿真系統(tǒng)特點

在實際工作中，數(shù)控加工三維仿真系統(tǒng)主要以windows計算機系統(tǒng)為研發(fā)基礎(chǔ)，以Visual Basic6或者Visual C++為開發(fā)平臺，同時加入OpenGL輔助工具進行輔助。仿真系統(tǒng)的主要特點是將傳統(tǒng)的仿真模擬技術(shù)與實際工作中的工作狀態(tài)相結(jié)合，達成"現(xiàn)實和虛擬"相結(jié)合的根本目標。其主要工作形式是，工作人員在電腦上利用軟件進行模擬操作，這時電腦就會顯示出工作人員對零件的加工過程，操作完成之后，工作人員可將模擬的過程通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到制造部門，從而實現(xiàn)設(shè)計-制造一體化的過程。

1.2 OpenOL輔助工具概述

OpenGL（Open Graphics Library）輔助工具是一種圖形開發(fā)軟件，此軟件是又美國一家圖像軟件公司設(shè)計而成。該軟件能夠和國內(nèi)計算機的windows操作系統(tǒng)兼容，能夠讓用戶在計算機上輕松實現(xiàn)三維圖形模擬工作。

2 仿真系統(tǒng)的構(gòu)成

2.1 仿真系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

三維仿真系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)由用戶控制面板、公共操作界面、車削界面、鉆床界面、銑削界面以及程序編輯界面組成。除了上述主界面之外，還包括NC程序檢查與解釋模塊、仿真計算機模塊、仿真計算機顯示模塊組成。

一般來講，數(shù)控加工三維仿真系統(tǒng)的用戶界面都采用C++的動態(tài)窗口，這種窗口方便使用者的日常操作以及數(shù)據(jù)創(chuàng)建。用戶主界面還包括操作、仿真以及預留三個動態(tài)窗口，這些窗口都可以為使用者提供相應(yīng)的幫助。

2.2 窗口及代碼編輯器介紹

三維仿真系統(tǒng)的操作界面是基于C++語言開發(fā)的，這會在用戶界面上出現(xiàn)很多組合框或者代碼編輯器窗口。結(jié)合上文的總體結(jié)構(gòu)來看，公共窗口可以為使用者提供車削、鉆銑等功能，該窗口主要由材料組合框、視覺編輯框、顏色選擇框等組合框組成。同時仿真系統(tǒng)還為使用者提供了代碼編輯器，代碼編輯器主要是滿足不同使用者的使用需求創(chuàng)設(shè)的，使用者可以使用相關(guān)計算機語言手動編輯代碼，編輯完成之后，仿真系統(tǒng)就可以根據(jù)代碼指令進行仿真模擬。

3 數(shù)控加工三維仿真系統(tǒng)功能開發(fā)

3.1 數(shù)控車削三維仿真控制功能

數(shù)控車削三維控制仿真系統(tǒng)的控制功能主要包含兩個大的方面，一是用戶可以根據(jù)自己的需求選擇合適的道具類型；二是用戶可以根據(jù)想要加工的零件種類，選擇合適的刀具參數(shù)。例如：用戶在進行模擬之前，可以在界面上先選擇"刀庫"按鈕，刀庫中有各種類型的刀具，同時該系統(tǒng)還可以將用戶選擇的刀具進行編號，以方便后續(xù)的模擬過程；用戶還可以刪除或者重選刀具，還可以對剛才有順序的刀具進行重新編號；之后用戶就可以打開車削界面，選擇自己要操作的項目，并選擇相對應(yīng)的代碼編輯文件，這就可以實現(xiàn)零件的仿真模擬過程。

3.2 數(shù)控車削三維仿真程序地設(shè)計

三維仿真系統(tǒng)的程序設(shè)計主要包含兩個方面的內(nèi)容：一是程序設(shè)計應(yīng)滿足所加工零件的基本信息狀況；二是應(yīng)如何快速實現(xiàn)刀具地選擇以及相關(guān)參數(shù)地確定。為了滿足當前豐富多樣的零件種類，同時還能讓仿真系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高效的信息、數(shù)據(jù)管理，可以事先將零件按照不同形狀進行分類。例如：對于球面類型的零件，只要確定零件的半徑并求出新坐標、球面開始以及結(jié)束的位置坐標，即可以完成零件的加工過程；對于螺旋類型的零件，先要確定零件的長度和零件兩端圓的內(nèi)、外徑、零件的牙型半角一端的坐標位置，就可以對零件進行模擬加工。

在進行程序設(shè)計時還應(yīng)注意刀具的切削位置，設(shè)計者應(yīng)根據(jù)刀具的類型確定刀具的切削位置，同時還應(yīng)該判斷出刀具的切削位置是零件哪一個位置。在仿真模擬的過程中，可使用OpenGL輔助工具將模擬的過程表示出來。

4 三維仿真系統(tǒng)各模塊功能簡介

4.1 控制模塊功能簡介

在開發(fā)數(shù)控加工三維仿真系統(tǒng)時，控制模塊應(yīng)是設(shè)計者應(yīng)該需要注意的首要問題?？刂颇K是人機對話的一個平臺，既要保證系統(tǒng)能高效的完成使用者所布置的任務(wù)，還要保證控制界面簡潔易懂。例如：操作主界面可以分為仿真模擬演示界面、刀具類型以及參數(shù)選擇界面、代碼編輯界面。其中設(shè)計者可以將仿真模擬界面進行精心設(shè)計，這樣有利于使用者從多個方面觀察零件的加工過程，還能從多個角度對零件的加工軌跡進行控制。

4.2 程序編譯模塊功能簡介

程序編譯模塊由NC編輯器、NC檢查器和NC翻譯器組成。編輯器的主要作用是對數(shù)控文件進行讀取和修改；檢查器即是對使用者所使用的代碼、語法進行檢查并將錯誤的代碼反饋給使用者；編譯器即是將驗證通過代碼進行進一步地掃描，在掃描無誤后方可生成系統(tǒng)認知的代碼。

4.3 通信網(wǎng)絡(luò)信息模塊功能簡介

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計算機技術(shù)的快速發(fā)展，將仿真系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合已經(jīng)成為現(xiàn)實。通信網(wǎng)絡(luò)模塊主要使用TCP協(xié)議建立服務(wù)器，并通過動態(tài)加載WinSock技術(shù)實現(xiàn)數(shù)控機組和仿真系統(tǒng)地連接，從根本上實現(xiàn)了相關(guān)數(shù)據(jù)地共享。使用通信網(wǎng)絡(luò)模塊也有助于提高高校相關(guān)專業(yè)的教學效率。

5 結(jié)束語

總而言之，數(shù)控加工三位仿真系統(tǒng)能夠?qū)ΜF(xiàn)階段的數(shù)控過程以及工作狀態(tài)進行模擬，并通過OpenGL輔助工具模擬出車床、銑床、鉆床實際的工作狀態(tài)、工作參數(shù)以及機器性能。將原來抽象的工作形式變得更加真實，能夠讓更多局外人理解零件加工的過程，同時在數(shù)控加工三維仿真系統(tǒng)連接到網(wǎng)絡(luò)，能進一步提高仿真系統(tǒng)的實用性。這種仿真系統(tǒng)不僅能夠讓工作效率更為高效，還能提高相關(guān)專業(yè)教師的教學效率。

參考文獻

[1]劉景能，蒙艷枚.實時數(shù)控系統(tǒng)三維加工仿真的研究與實現(xiàn)[J].機床電器，20O7（4）.

[2]陸偉明，朱勤惠，于曉平.數(shù)控車工實用技巧集錦[M].北京：化學工業(yè)出版社，2009.

[3]歐趙福，王興波，何英武.數(shù)控加工半實物仿真系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J].現(xiàn)代制造工程，2007（9）：45-46.

作者簡介：岑華（1977，5-），男，廣西壯族自治區(qū)河池市，，碩士研究生，研究方向：數(shù)控技術(shù)、模具材料。