数控加工三维仿真系统的研究与开发

摘 要：文章研究了数控加工三维仿真系统的研究与开发的相关内容。基于数控加工的三维仿真系统主要依靠计算机的相关操作，使用的计算机系统为windows系统，并在使用过程中增加OpenGL辅助工具进行图形上的辅助，从根本上实现了数控车床、数控铣床、数控钻床三维一体的数控加工系统。

关键词：数控加工；三维仿真；系统；研究；开发；设计

随着计算机网络技术的高速发展，利用计算机模拟现实生活中的三维物体已经变得极为容易。工程师们可以发挥自己的创造性，利用仿真系统设计出更为新颖的三维造型。将三维仿真系统和数控加工机床结合，可以实现轻松模拟出机床的工作环境以及工作状态。

1 仿真系统的特点以及OpenOL辅助工具概述

1.1 三维仿真系统特点

在实际工作中，数控加工三维仿真系统主要以windows计算机系统为研发基础，以Visual Basic6或者Visual C++为开发平台，同时加入OpenGL辅助工具进行辅助。仿真系统的主要特点是将传统的仿真模拟技术与实际工作中的工作状态相结合，达成"现实和虚拟"相结合的根本目标。其主要工作形式是，工作人员在电脑上利用软件进行模拟操作，这时电脑就会显示出工作人员对零件的加工过程，操作完成之后，工作人员可将模拟的过程通过网络发送到制造部门，从而实现设计-制造一体化的过程。

1.2 OpenOL辅助工具概述

OpenGL（Open Graphics Library）辅助工具是一种图形开发软件，此软件是又美国一家图像软件公司设计而成。该软件能够和国内计算机的windows操作系统兼容，能够让用户在计算机上轻松实现三维图形模拟工作。

2 仿真系统的构成

2.1 仿真系统的总体结构

三维仿真系统的总体结构由用户控制面板、公共操作界面、车削界面、钻床界面、铣削界面以及程序编辑界面组成。除了上述主界面之外，还包括NC程序检查与解释模块、仿真计算机模块、仿真计算机显示模块组成。

一般来讲，数控加工三维仿真系统的用户界面都采用C++的动态窗口，这种窗口方便使用者的日常操作以及数据创建。用户主界面还包括操作、仿真以及预留三个动态窗口，这些窗口都可以为使用者提供相应的帮助。

2.2 窗口及代码编辑器介绍

三维仿真系统的操作界面是基于C++语言开发的，这会在用户界面上出现很多组合框或者代码编辑器窗口。结合上文的总体结构来看，公共窗口可以为使用者提供车削、钻铣等功能，该窗口主要由材料组合框、视觉编辑框、颜色选择框等组合框组成。同时仿真系统还为使用者提供了代码编辑器，代码编辑器主要是满足不同使用者的使用需求创设的，使用者可以使用相关计算机语言手动编辑代码，编辑完成之后，仿真系统就可以根据代码指令进行仿真模拟。

3 数控加工三维仿真系统功能开发

3.1 数控车削三维仿真控制功能

数控车削三维控制仿真系统的控制功能主要包含两个大的方面，一是用户可以根据自己的需求选择合适的道具类型；二是用户可以根据想要加工的零件种类，选择合適的刀具参数。例如：用户在进行模拟之前，可以在界面上先选择"刀库"按钮，刀库中有各种类型的刀具，同时该系统还可以将用户选择的刀具进行编号，以方便后续的模拟过程；用户还可以删除或者重选刀具，还可以对刚才有顺序的刀具进行重新编号；之后用户就可以打开车削界面，选择自己要操作的项目，并选择相对应的代码编辑文件，这就可以实现零件的仿真模拟过程。

3.2 数控车削三维仿真程序地设计

三维仿真系统的程序设计主要包含两个方面的内容：一是程序设计应满足所加工零件的基本信息状况；二是应如何快速实现刀具地选择以及相关参数地确定。为了满足当前丰富多样的零件种类，同时还能让仿真系统能够实现高效的信息、数据管理，可以事先将零件按照不同形状进行分类。例如：对于球面类型的零件，只要确定零件的半径并求出新坐标、球面开始以及结束的位置坐标，即可以完成零件的加工过程；对于螺旋类型的零件，先要确定零件的长度和零件两端圆的内、外径、零件的牙型半角一端的坐标位置，就可以对零件进行模拟加工。

在进行程序设计时还应注意刀具的切削位置，设计者应根据刀具的类型确定刀具的切削位置，同时还应该判断出刀具的切削位置是零件哪一个位置。在仿真模拟的过程中，可使用OpenGL辅助工具将模拟的过程表示出来。

4 三维仿真系统各模块功能简介

4.1 控制模块功能简介

在开发数控加工三维仿真系统时，控制模块应是设计者应该需要注意的首要问题。控制模块是人机对话的一个平台，既要保证系统能高效的完成使用者所布置的任务，还要保证控制界面简洁易懂。例如：操作主界面可以分为仿真模拟演示界面、刀具类型以及参数选择界面、代码编辑界面。其中设计者可以将仿真模拟界面进行精心设计，这样有利于使用者从多个方面观察零件的加工过程，还能从多个角度对零件的加工轨迹进行控制。

4.2 程序编译模块功能简介

程序编译模块由NC编辑器、NC检查器和NC翻译器组成。编辑器的主要作用是对数控文件进行读取和修改；检查器即是对使用者所使用的代码、语法进行检查并将错误的代码反馈给使用者；编译器即是将验证通过代码进行进一步地扫描，在扫描无误后方可生成系统认知的代码。

4.3 通信网络信息模块功能简介

随着网络技术和计算机技术的快速发展，将仿真系统和网络技术相结合已经成为现实。通信网络模块主要使用TCP协议建立服务器，并通过动态加载WinSock技术实现数控机组和仿真系统地连接，从根本上实现了相关数据地共享。使用通信网络模块也有助于提高高校相关专业的教学效率。

5 结束语

总而言之，数控加工三位仿真系统能够对现阶段的数控过程以及工作状态进行模拟，并通过OpenGL辅助工具模拟出车床、铣床、钻床实际的工作状态、工作参数以及机器性能。将原来抽象的工作形式变得更加真实，能够让更多局外人理解零件加工的过程，同时在数控加工三维仿真系统连接到网络，能进一步提高仿真系统的实用性。这种仿真系统不仅能够让工作效率更为高效，还能提高相关专业教师的教学效率。

参考文献

[1]刘景能，蒙艳枚.实时数控系统三维加工仿真的研究与实现[J].机床电器，20O7（4）.

[2]陆伟明，朱勤惠，于晓平.数控车工实用技巧集锦[M].北京：化学工业出版社，2009.

[3]欧赵福，王兴波，何英武.数控加工半实物仿真系统的研究与开发[J].现代制造工程，2007（9）：45-46.

作者简介：岑华（1977，5-），男，广西壮族自治区河池市，，硕士研究生，研究方向：数控技术、模具材料。