JC35導(dǎo)讀：本系統(tǒng)的目標(biāo)是建立一個(gè)真實(shí)的數(shù)控加工環(huán)境。在這個(gè)環(huán)境中，需要建立機(jī)床模型和加工過(guò)程模型。機(jī)床模型就是整個(gè)加工過(guò)程的物理環(huán)境，將真實(shí)的機(jī)床在計(jì)算機(jī)中以3D畫(huà)面的形式出現(xiàn)；加工過(guò)程模型是一個(gè)動(dòng)畫(huà)過(guò)程，模擬真實(shí)機(jī)床、刀具、切削等加工過(guò)程的運(yùn)動(dòng)。
　　
　　該系統(tǒng)應(yīng)滿(mǎn)足的要求：
　　
　　1）具有逼真的加工環(huán)境；
　　
　　2）能夠?qū)C代碼等進(jìn)行檢測(cè)，即具備機(jī)床的NC程序編譯功能，能發(fā)現(xiàn)NC程序的錯(cuò)誤，并生成目標(biāo)文件；
　　
　　3）能夠顯示刀具軌跡及切削過(guò)程；
　　
　　4）能調(diào)整、修改機(jī)床狀態(tài)參數(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；
　　
　　5）有友好的人機(jī)界面，能方便用戶(hù)操作。
　　
　　它具備的特點(diǎn)有：
　　
　　1）環(huán)境真實(shí)，系統(tǒng)的環(huán)境和真實(shí)的機(jī)床環(huán)境盡量相同；
　　
　　2）功能一致，系統(tǒng)的功能要和機(jī)床的功能一樣；
　　
　　3）較強(qiáng)的糾正錯(cuò)誤能力，能發(fā)現(xiàn)各種錯(cuò)誤同時(shí)給出報(bào)警信息；
　　
　　4）快速完成仿真過(guò)程，仿真加工過(guò)程需要的時(shí)間不能和真實(shí)的加工時(shí)間一樣，否則讓人難以忍受，加工過(guò)程時(shí)問(wèn)可以根據(jù)用戶(hù)的要求來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
　　
　　1系統(tǒng)整體構(gòu)架
　　
　　仿真過(guò)程為：在控制面板上編輯NC程序或調(diào)入NC程序，然后對(duì)準(zhǔn)備好的加工程序進(jìn)行檢查，軌跡仿真，確認(rèn)無(wú)誤，準(zhǔn)備加工。加工前對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行必要的設(shè)置，刀具參數(shù)設(shè)置，工件坐標(biāo)系設(shè)置等。進(jìn)行加工時(shí)，顯示機(jī)床運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫(huà)及工件切削動(dòng)畫(huà)，對(duì)機(jī)床狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，顯示監(jiān)測(cè)的信息，如果有非法操作、越程等信息，發(fā)出相應(yīng)的警報(bào)。
　　
　　系統(tǒng)分為五個(gè)模塊：人機(jī)界面、幾何模塊、運(yùn)動(dòng)模塊、編譯模塊和監(jiān)測(cè)反饋模塊。整個(gè)系統(tǒng)的模塊劃分如圖l所示。
　　
　　人機(jī)界面用來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，即機(jī)床的控制面板；幾何模塊用來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的物理環(huán)境，刀具軌跡及工件模型等幾何體；NC模塊主要功能有數(shù)控程序編輯、刀補(bǔ)、插補(bǔ)、編譯生成虛擬機(jī)床驅(qū)動(dòng)文件等；運(yùn)動(dòng)模塊用來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)床運(yùn)動(dòng)，刀具運(yùn)動(dòng)及切削運(yùn)動(dòng)等；機(jī)床參數(shù)設(shè)鬣、機(jī)床狀態(tài)信息反饋與監(jiān)測(cè)等功能用監(jiān)測(cè)反饋模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。
　　
　　2各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)
　　
　　2．1人機(jī)界面（控制面板）的設(shè)計(jì)
　　
　　這個(gè)模塊有兩個(gè)方面：一是對(duì)面板的各個(gè)界面元素進(jìn)行設(shè)計(jì)，一一個(gè)是對(duì)機(jī)床等各個(gè)虛擬物體進(jìn)行控制。操作面板上的組件數(shù)量很多，但大多數(shù)都具有相似性，因此可以將具有相同功能的組件設(shè)計(jì)為ActiveX控件，利用ActiveX控件的封裝性和動(dòng)態(tài)連接性來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬操作面板上的具有相同功能的組件。界面元素構(gòu)建三個(gè)類(lèi)CRob、CMyButton、CMyEdiloCRob是用米實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)。CMyEdit用于實(shí)現(xiàn)顯示屏。CMyBunon來(lái)實(shí)現(xiàn)方形按鈕。幾乎所用的操作，控制都在控制面板上，那么所有的模塊都在這里匯集，可以是指針、實(shí)體，用來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)床及加工過(guò)程的控制。設(shè)計(jì)一個(gè)NcPanel類(lèi)，這個(gè)類(lèi)提供各個(gè)控制變量，用于NC文件檢查，機(jī)床參數(shù)設(shè)置，機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制等等。
　　
　　2．2幾何模塊的設(shè)計(jì)
　　
　　2．2．1機(jī)床本體模型、刀具模型、切削液噴管等復(fù)雜幾何模型
　　
　　這峰模型比較復(fù)雜，直接采用繪圖編程的方法很難實(shí)現(xiàn)這么復(fù)雜的圖形，即使實(shí)現(xiàn)了也需要花費(fèi)極大的時(shí)間和精力，繪制出來(lái)的效果也難以達(dá)到預(yù)期效果。本文采用一些成熟繪圖應(yīng)用軟件如3dsMax、UG、Pro/E等來(lái)實(shí)現(xiàn)這些幾何模型。本系統(tǒng)并不能直接調(diào)用這些軟件生成的幾何模型，只能得到這些幾何模型的描述性文件。不得不對(duì)這些文件進(jìn)行研究，找出需要的幾何信息，然后轉(zhuǎn)化成程序中能夠使用的幾何實(shí)體。有一種標(biāo)準(zhǔn)的文件格式--3DS文件格式，幾乎所有的3D繪圖軟件都支持這種文件格式，能轉(zhuǎn)化成這種文件格式。因此，這個(gè)模塊的工作便是編寫(xiě)一個(gè)文件接口，將3DS二進(jìn)制文件讀入轉(zhuǎn)換成0penGL幾何實(shí)體。構(gòu)建的類(lèi)如下：
　　
　　classC3dsReader；//3DS文件讀人類(lèi)
　　
　　class8CTriList；//生成數(shù)據(jù)鏈表（用來(lái)逼近3DS圖形的小三角形片//集合）
　　
　　將機(jī)床各個(gè)部件幾何模型組成一個(gè)機(jī)床類(lèi)classMachine，這個(gè)類(lèi)包括機(jī)床的各個(gè)組件，如床身、主軸等。
　　
　　2.2.2刀具軌跡及零件幾何模型
　　
　　此模塊用于刀具軌跡仿真，驗(yàn)證NC程序是否正確及顯示加工后刀具軌跡幾何模型，可劃分為兩層：
　　
　　*層：基本幾何元素層。
　　
　　點(diǎn)，線(xiàn)，圓弧，平面，直紋面面等幾何元素的繪制，點(diǎn)，向量，矩陣的各種運(yùn)算等。在0penGL環(huán)境中，可以相似地構(gòu)造出一個(gè)設(shè)備環(huán)境類(lèi)，讓它繪制出一些基本的幾何元素：直線(xiàn)、圓弧等。
　　
　　第二層：模型建立層。
　　
　　整個(gè)NC文件形成的刀具軌跡是由各種幾何元素構(gòu)成的，建模即是將各種幾何元素構(gòu)成一個(gè)完整的圖形。如加工一個(gè)字，字體則是由多條直線(xiàn)構(gòu)成。從中可以構(gòu)建各個(gè)幾何模型的類(lèi)如直線(xiàn)（CLine），圓?。–Are），圓（CCircIe），直紋曲面（CLin_Are）等。各個(gè)無(wú)素的繪制則調(diào)用上一層glCDC類(lèi)的成員函數(shù)。如直線(xiàn)自我繪制可以寫(xiě)成：
　　
　　pDC->Line（start，end）；
　　
　　pDC是glCDC一個(gè)實(shí)例的一個(gè)指針。
　　
　　2.2.3工件模型
　　
　　工件模型用于工件切削運(yùn)動(dòng)。采用空間分割法對(duì)工件模型進(jìn)行建模。本文只將工件在X、Y平面上進(jìn)行分割，Z方向用top值表示，構(gòu)建的模型的如下：
　　
　　classPexSeL//離散的小方塊實(shí)體模型
　　
　　整個(gè)工件可表示為：PexSelBox[x][y]；//x，y為工件分辨率
　　
　　2．3運(yùn)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)
　　
　　運(yùn)動(dòng)模型有機(jī)床本體運(yùn)動(dòng)，刀具運(yùn)動(dòng)，加工切削運(yùn)動(dòng)，屬于動(dòng)畫(huà)制作過(guò)程。動(dòng)畫(huà)可以讓一張張相關(guān)的圖片以較快的速度進(jìn)行切換，就能得到連續(xù)的運(yùn)動(dòng)效果。相似地，在一定地時(shí)間里繪制N張相關(guān)的圖片，就能得到計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)效果。先設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)時(shí)間，讓它不停的刷新畫(huà)面，接下來(lái)的工作就是繪制這些相關(guān)的圖片。
　　
　　圖形的繪制，把它封裝成按參數(shù)化形式繪制，只要將其參數(shù)進(jìn)行修改就可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫(huà)控制。
　　
　　比如一個(gè)正方體繪制可寫(xiě)成：
　　
　　Translated（m_x，m_y，m_z）；//
　　
　　DrawBox（length，width，high）；
　　
　　那么只要對(duì)m_x，m_y，m_z三個(gè)變量進(jìn)行控制，然后讓畫(huà)圖模塊不停地按參數(shù)繪制即可實(shí)現(xiàn)正方體移動(dòng)動(dòng)畫(huà)。接下來(lái)的工作需按時(shí)間對(duì)位置變量進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)需要的運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)一些位置控制器，如直線(xiàn)、圓弧位置控制器等
　　
　　cIassMoveCircle//實(shí)現(xiàn)圓弧運(yùn)動(dòng)計(jì)算器
　　
　　classMovenne//實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)計(jì)算器
　　
　　……
　　
　　2．4編譯模塊的設(shè)計(jì)
　　
　　編譯模塊主要?jiǎng)澐譃樗膫€(gè)部分：詞法分析、語(yǔ)法分析、目標(biāo)代碼生成和出錯(cuò)處理。編譯過(guò)程是輸入數(shù)控加工程序，輸出目標(biāo)代碼或錯(cuò)誤信息。本系統(tǒng)采用逐行掃描方式，以詞法分析程序和語(yǔ)法分析程序?yàn)楹诵?，出錯(cuò)處理作為一個(gè)獨(dú)立的過(guò)程，目標(biāo)代碼的生成則在錯(cuò)誤為零的情況下生成。
　　
　　設(shè)計(jì)一個(gè)編譯類(lèi)Compile。
　　
　　輸入：CStringm_Nccode；//一段NC代碼
　　
　　功能函數(shù)：
　　
　　Wo-check（）//詞法檢查
　　
　　SyntaxCheck（）//語(yǔ)法檢查
　　
　　輸出：CStringerrInfo//錯(cuò)誤信息
　　
　　操作數(shù)據(jù)對(duì)象
　　
　　ProgramNodeNcSegementStruct//編譯后生成的中間文件。
　　
　　CTypedPtrList<C0bList，CPart*>*m_curvelist；//生成的刀具軌跡鏈表
　　
　　2．5監(jiān)測(cè)反饋模塊的設(shè)計(jì)
　　
　　機(jī)床參數(shù)系統(tǒng)的沒(méi)計(jì)：
　　
　　1）設(shè)計(jì)一個(gè)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)CDaoDatabasem_db，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)使用微軟公司的ACCESS制作；
　　
　　2）所有的變量設(shè)計(jì)一個(gè)MachineState類(lèi)來(lái)集中進(jìn)行管理。
　　
　　3）狀態(tài)監(jiān)測(cè)，設(shè)計(jì)一個(gè)類(lèi)RunErrCheck，實(shí)現(xiàn)功能包括非法報(bào)警、工件與刀具干涉、非法操作和越程等。
　　
　　3小結(jié)
　　
　　數(shù)控加工過(guò)程本身是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程，它是對(duì)零部件設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃等許多工作的一個(gè)檢驗(yàn)。本文建立的系統(tǒng)已經(jīng)具備虛擬機(jī)床的基本功能，仍然存在以下幾個(gè)需要改進(jìn)的地方：
　　
　　1）工件模型可以進(jìn)一步進(jìn)行研究，找出結(jié)構(gòu)更，顯示速度更快的模型，使得切削過(guò)程更加逼真、快捷；
　　
　　2）運(yùn)動(dòng)模型需要進(jìn)一步研究，構(gòu)造更強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)控制器，如曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制、曲面運(yùn)動(dòng)控制，以滿(mǎn)足更CNC系統(tǒng)刀位控制要求；
　　
　　3）本系統(tǒng)只研究了純幾何仿真，對(duì)于加工中一些力學(xué)因素沒(méi)有考慮，今后可通過(guò)建立加工過(guò)程的力學(xué)物理仿真模型，進(jìn)行加工過(guò)程切削性能與切削效果仿真。