８６ 孙萌姜海鹏；数控车床模拟加工系统模型实现方法研究 技术在线 数控车床模拟加工系统模型实现方法研究 孙萌姜海鹏 济宁职业技术学院 山东济宁 ２７２０３７ 摘 要介绍一种车床虚拟加工系统的设计方法，并利用ｖｃ＋＋和ＯｐｅｎＧＬ技术实现该系统。系统运行结果表明，该 虚拟加工系统较好地实现实时仿真，具有逼真的仿真效果，可广泛应用于数控教学及培训中。 关键词数控机床；模拟加工；教学及培训 中图分类号：ＴＰ３９１．９ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７１—４８９Ｘ（２０１１）０３—００８６—０２ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｉ ｒｎｐ Ｉ ｅｒｎｅｎｔａｔ ｉ ｏｎ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ＣＮＣ Ｓ ｉ ｍｕ Ｉ ａｔ ｉ ＯＲ Ｍａｃｈ ｉ ｎ；ｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ／／Ｇｕｎ Ｍｅｎｇ．Ｊｉａｎｇ Ｈａｉｐｅｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ ＴｈｉＳ ａｒｔｉｃｌｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ａ ｗａｙ ｏｆ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ＮＣ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｉｔ ｕｓｉｎｇ ＶＢ ａｎｄ ＯｐｅｎＧＬ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｉＳ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｒｅａｌｉｚｅ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｗｅｌ１，ｈａｓ ｔｈｅ ｌｉｆｅｌｉｋｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ，ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ ｃａｎ ａｐｐｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅａｃｈｉｎｇ ａｎｄ ｔｒａｉｎｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｎｇｉｎｅ ｂｅｄ：Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ：ｔｅａｃｈｉｎｇ ａｎｄ ｔｒａｉｎｉｎｇ Ａｕｔｈｏｒ’Ｓ ａｄｄｒｅｓｓ Ｊｉｎｉｎｇ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｊｉｎｉｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ ２７２０３７ 数控机床已成为制造业实现自动化、柔性化、集成 化生产的基础设备，数控车削加工在现代机械制造业中 的应用日益广泛。近几年来，学校和技能培训部门也都 引进许多数控机床，只有使自己培养的技术人员具有一 定的数控知识和操作经验，才能顺利走向市场，具有更 强的竞争力。但是数控车床价格昂贵，因此在购买少量 图１虚拟车床实现效果 数控车床的基础上，再配置相应的仿真软件，这样既降 具。通过对数控车床及其加工过程进行仿真，动态显示 低教学成本，增强教学效果，又可减轻教师和学生的劳 产品加工过程和结果，以实现产品零件的虚拟加工，并 动强度，保障教学安全。本研究介绍笔者开发的数控车 验证ＮＣ程序的正确性“ 。 削加工仿真系统。利用Ｖｃ＋十软件ｆＤＯｐｅｎＧｋ面向对象的程 １．２虚拟机床环境的搭建 序设计方法开发一个可视化仿真系统，用于教学实验， 数控车床加工设备模块设计可忽略机床内部传动装 为学生提供一个良好的模拟操作环境。利用实验软件与 置以及伺服装置等。所以利用Ｐｒｏ／Ｅ野火３．０软件对数控 数控机床相结合的方法充分优化教学过程，己成为许多 机床各个零部件进行实体造型，软件三维造型库中的一 学校和培训部门的研究开发方向。 组形状规则的基本几何实体（立方体、圆柱、圆环等） 本文主要介绍机床模拟加工系统的总体设计思路， 的交、并运算构建机床的主要部件模型，将其导出成标 另外还分析设计步骤及功能扩展方法。 准的三维数据格式ＳＴＬ。在程序运行过程中通过提取ｓＴＬ １系统总体设计方案 文件进行装配，从而最终组合形成完整的数控车床本体 １．１总体思路 三维模块。在绘制机床时利用ＯｐｅｎＧＬ显示列表技术，将 数控机床模拟加工系统的设计是要采用总分式结构 每个零部件都生成一个ＯｐｅｎＧＬ的显示列表，从而大幅度 的模块化设计方案，首先设计出统一的与机床数控系统 提高重绘效率，满足实时绘制的要求。图１为虚拟环境的 操作面板完全相同的操作界面，并实现界面上所有按钮 效果图。 的功能以及由此引起的显示状态画面的变化及切换，然 １．３动态仿真的实现 后各种功能单独实现。 由于ＯｐｅｎＧＬ已成为最为广泛使用和支持的２Ｄ和３Ｄ 图像应用程式接口，并且具有很强的可移植性，编程 简单，生成的动画效果和三维图形的质量高，所以整 个模拟加工的３Ｄ显示引擎选用ＯｐｅｎＧＬ来实现。考虑到 Ｖｃ＋＋功能强大，开发出的系统执行效率高，且便于控制 ＯｐｅｎＧＬ，因而选用ｖｃ＋＋作为整个虚拟加工系统的开发工 图２工件毛坯仿真 作者：孙萌，硕士，助教，从事机电一体化方向的教学与研究；姜海鹏，硕士，讲师，从事机电一体化方向的教学与研究。 ２０１１年１月下第３期（总第２２５期） 厂＿＿ 一 技术在线 １）工件毛坯仿真（图２）。 孙萌姜海鹏：数控车床模拟加工系统模型实现方法研究 ８７ ①毛坯的建立。由于车削工件毛坯多为回转体，且 多用于加工回转表面。所以采用基于三角网格的方法构 建工件毛坯模型，利用Ｖｃ＋＋和０ｐｅｎＧＬ编程，将工件毛坯 的外表面离散为均匀点阵，再将这些点阵按照规律构造 成三角形网格，就得到工件毛坯三角网格模型。三角网 格密度越大，则仿真结果越准确；三角网格过疏，就会 影响仿真效果。因此，三角网格密度不宜过密，也不能 过疏，达到精度要求即可 Ｊ。 ②毛坯的切去。刀具每走一步，在当前位置把刀具 所在区域用绘图区域的背景颜色涂色。毛坯对称的区域 也画一把刀具，但刀具的颜色与背景颜色一样，同步地 用背景颜色涂色，这样就好像毛坯在旋转中对称地被切 削成形。 图３粗车加工结束后效果图 ２）机床运动仿真。 ①刀具速度的控制。在模拟过程中，刀具每走一 步，延时一定时间，达到动态模拟仿真的效果。模拟速 度的控制也就是对延时时间的控制，延时时间越少，模 拟的速度越快；相反，延时时间越长，模拟的速度越 慢。 图４ 精车加工结束后效果图 ＮＯ０ＧＯ０ＸＯ： ②刀具位置的控制。在切削仿真的每一个时间点 上，首先执行的机床运动仿真：根据缓冲区中主轴转速 将机床主轴转过一个角度；根据ｘ位移、ｚ位移的数值让 中托板和刀具、刀架移动到相应的位置。在Ｖｃ＋＋中，将 画图的模式ＤｒａｗＭｏｄｅ￣７ ３］，应用异或功能绘图。刀具每 走一步，在当前位置用异或功能重画刀具图，并将前一 Ｎｌ０ＧＯＩ Ｚ０； Ｎ３０ Ｇ０２ Ｕ３０ Ｗ一１５ Ｒ１５： Ｎ４０ Ｇ０１ Ｗ－３０； Ｎ５０Ｕ１０Ｗ－１０： 位置的刀具图擦去，同时延时一定的时间，达到刀具移 动的动态效果。 Ｎ６０Ｗ－７０； Ｎ７０ Ｇ００ Ｘ１００ Ｚ５０； ＧＯ０Ｘ３０Ｚ５； ２运行实例 通过加工实例的研究来验证系统的仿真效果。程序 ００００１为利用多重复合循环Ｇ７１、Ｇ７０加工轴类零件，效果 图见图３、图４。程序如下： ００００１； Ｓ１２００ Ｍ３； Ｔ０１０１； Ｇ７０Ｐ１０Ｑ６０； Ｇ００ Ｘ１２０ Ｚ２０； Ｍ３０； ３结论 详细介绍车床虚拟加工系统的一种实现方法，并 采用这种方法实现车床虚拟加工系统。利用虚拟加工系 统，对车床运动和工件切削进行仿真，得到良好的仿真 效果。该虚拟加工系统可广泛应用于真实加工前进行仿 Ｇ５０ Ｘｌ００ ＺＳ０； Ｇ００Ｘ８ＯＺ５； Ｇ７１ Ｕ３Ｒ０－２： 真试切，在工业培训、数控教学等行业中具有广泛的应 用前景。 Ｇ７１ Ｐ００ Ｏ６０ Ｕ０．２ Ｗ０．１ Ｆ０．２ 参考文献 ［１］张津．基于ｖＢ的数控车削图形仿真［Ｊ］．长沙电力学院学报，２００２，１７（２）：５７—６０ ［２］薛承宗，何聪惠，陈陵．车床虚拟加工系统实现方法研究［Ｊ］．福建农机，２００５（３）：１卜１３ ［３］刘翼伟，张滢，杨者青．数控车削加工仿真系统结构研究［Ｊ］．航空制造技术，２００５，６（２）：７９—８０ ２０１１年１月下第３期（总第２２５期） 面 育 ＿Ⅲ
