【正文】 特點(diǎn)，然后引入編譯技術(shù)，選取FANUC0TD數(shù)控系統(tǒng)對(duì)數(shù)控語(yǔ)言進(jìn)行了詞法分析、語(yǔ)法分析、語(yǔ)義分析，最后設(shè)計(jì)了用于執(zhí)行翻譯的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。邊界表示法強(qiáng)調(diào)實(shí)體的外表細(xì)節(jié)，有利于邊和面的運(yùn)算，但其數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)關(guān)系復(fù)雜，對(duì)幾何特性整體描述能力弱不能反映實(shí)體的構(gòu)造過程和特點(diǎn)。離散矢量模型中常用的離散求交方法是采用均勻離散方式，這樣對(duì)仿真精度和仿真速度的要求無(wú)法同時(shí)得到滿足，若采用非均勻離散的優(yōu)化模型則可以有效解決此不足[29]。在逐點(diǎn)比較法中，每進(jìn)給一步都要完成以下四個(gè)工作節(jié)拍（見圖41）：偏差判別進(jìn)給偏差計(jì)算終點(diǎn)判別圖41逐點(diǎn)比較法的工作節(jié)拍 下面以第一象限直線插補(bǔ)為例介紹逐點(diǎn)比較直線插補(bǔ)算法。如果在全象限中進(jìn)給方向由四個(gè)變?yōu)榘藗€(gè)，以45176。（2）坐標(biāo)進(jìn)給： 把和合在一起考慮，按如下原則，就可以實(shí)現(xiàn)第一象限逆圓的圓弧插補(bǔ)：當(dāng)時(shí)，向進(jìn)給一步；當(dāng)時(shí)，向進(jìn)給一步。在普通的CNC裝置中，逐點(diǎn)比較法和數(shù)字積分法獲得廣泛應(yīng)用。離散矢量建模的原理是[28]：將零件表面按照一定的方式以一定精度進(jìn)行離散，利用這些離散點(diǎn)來代替原曲面，計(jì)算每一個(gè)離散點(diǎn)在原曲面處的法矢，從該點(diǎn)沿法矢方向的直線與所定義的毛坯邊界或零件別的表面相交，交點(diǎn)與原離散點(diǎn)之間距離的最小值為該離散點(diǎn)法矢的初始長(zhǎng)度。 （2）邊界表示法(Brep) 是通過描述物體的表面邊界來表示一個(gè)物體的方法。 //R值 float Fnum。這個(gè)過程就是對(duì)經(jīng)過檢錯(cuò)的數(shù)控程序執(zhí)行翻譯的過程。程序段{程序段} 程序段224?；?jiǎn)后的DFA如圖35所示。表31單詞符號(hào)及種別碼單詞符號(hào)種別碼基本字符1整常數(shù)2％3；4－5＋6 程序語(yǔ)言單詞符號(hào)的定義有正規(guī)文法和正規(guī)式兩種方式，正規(guī)式定義簡(jiǎn)潔清晰，現(xiàn)對(duì)上述前兩類數(shù)控語(yǔ)言單詞符號(hào)用正規(guī)式定義： 基本字符：ID 224。翻譯，即從NC代碼中提取控制機(jī)床部件運(yùn)動(dòng)的有關(guān)命令動(dòng)作和狀態(tài)信息，將運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)按照位移和速度的變化劃分成一系列時(shí)間片段，計(jì)算出各時(shí)間片段的機(jī)床各坐標(biāo)位移，從而驅(qū)動(dòng)機(jī)床模型的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)NC代碼驅(qū)動(dòng)的加工過程仿真。G代碼按其生效期，分為模態(tài)和非模態(tài)代碼。 本章小結(jié) 本章介紹系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。 //設(shè)置像素格式 （3）將獲得的設(shè)備描述表DC與OpenGL繪制描述表RC聯(lián)系起來 通過以下函數(shù)完成操作： wglCreateContent()； wglMakeCurrent()； （4）改造OnSize函數(shù) 當(dāng)視圖尺寸變化時(shí)，應(yīng)及時(shí)將新的客戶區(qū)尺寸通知OpenGL，才能正確在窗口客戶區(qū)顯示場(chǎng)景，通過glViewPort()完成這些工作。 （3）顏色模式設(shè)置 OpenGL顏色模式有兩種，即RGBA模式和顏色索引。 (3) 使用事件對(duì)象。 多線程程序的每一個(gè)線程間的操作是并行的，各個(gè)線程可以訪問進(jìn)程中的公共變量，所以使用多線程的過程中需要注意的問題是如何防止兩個(gè)或兩個(gè)以上的線程同時(shí)訪問同一個(gè)數(shù)據(jù)，以免破壞數(shù)據(jù)的完整性。 (6) 毛坯類 根據(jù)需要設(shè)置毛坯的規(guī)格。 （3）加工過程仿真功能。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法 傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法是面向問題處理的過程。、研究?jī)?nèi)容及意義 本課題來源于江蘇省教育廳自然科學(xué)基金項(xiàng)目(Q2117042) “適應(yīng)性的人機(jī)一體化制造單元計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的研究”（），虛擬加工系統(tǒng)的研制是該項(xiàng)目的重要組成部分。 虛擬加工一直是國(guó)外CAD/CAM技術(shù)的一個(gè)研究熱點(diǎn)，Kawabe等人最早利用刀具軌跡，采用邊界表示法來獲取刀具加工零件的框架圖。在虛擬制造概念下，這些技術(shù)也具有了新的內(nèi)涵，虛擬制造技術(shù)也不是各單項(xiàng)技術(shù)的簡(jiǎn)單組合，而是在相關(guān)理論和已積累知識(shí)的基礎(chǔ)上對(duì)制造知識(shí)的系統(tǒng)化組織，需要進(jìn)一步深化。 （1）以設(shè)計(jì)為中心的虛擬制造 這類研究是將制造信息加入到產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)過程中，并在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行數(shù)字化再“制造”，仿真多種制造方案，檢驗(yàn)其可制造性或可裝配性，預(yù)測(cè)產(chǎn)品性能和報(bào)價(jià)、成本，其主要目的是通過“制造仿真”來優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)及工藝過程，盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的問題,從而使設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)。（Gloria ,University of Florida） 定義2 虛擬制造是仿真、建模和分析技術(shù)及工具的綜合應(yīng)用，以增強(qiáng)各層制造設(shè)計(jì)和生產(chǎn)決策與控制。 ，開發(fā)出基于多線程技術(shù)的數(shù)控加工過程仿真模塊，能夠?qū)?shù)控程序進(jìn)行二維和三維加工的動(dòng)態(tài)仿真。關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí) 代碼翻譯 OpenGL 串口通信 數(shù)控車削 數(shù)控指令  ABSTRACT Virtual cutting is a technology which can implement the cutting processes on the puter. Virtual reality used to achieve the dynamic simulation of cutting processes. Nowadays, CNC machine tools are used widely in manufacturing. In order to reduce the cost of test cuts, the simulation of CNC processes is needed, CNC codes are checked on the puter in virtual cutting. On the other hand, it can also improve greatly the effect of teaching and training of CNC machine tools. The methods of CNC turning simulation in 2D and 3D are discussed in this paper. A high quality virtual CNC turning system has been developed on the platform of Windows2000/XP OS and VC++. This project has been acplished as follows: 1. The structure of virtual CNC turning system is analyzed and designed by using modern software engineering, succinct and friendly system interface is developed. 2. CNC code structure is analyzed and all kinds of errors in programming can be checked by using lexical analysis, syntax analysis and semantic analysis. 3. The simulation module which used multithreading technology is developed. By using the code driving method, the processes of CNC turning can be simulated. The 2D process is implemented in the methods of XOR and drawerase. The 3D simulation is based on OpenGL and implemented by double buffer technology. 4. The serial munication module is designed to achieve the real time munication between this system and the CNC machine tool. 5. The help system module is designed for user’s easily getting system helps. With its successful simulation, interface and munication functions, this system will bring great convenience not only in CNC teaching but also in practice use. Key words: Virtual Reality Code translation OpenGL Serial munication CNC cutting CNC instruction code 73 / 80目 錄第1章 緒論 1 1 研究?jī)?nèi)容及意義 7第2章 系統(tǒng)總體框架 9 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 9 系統(tǒng)主要類介紹 10 系統(tǒng)界面 12 系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái) 13 Win32多線程技術(shù) 13 VC++ 15 OpenGL簡(jiǎn)介 15 MFC模式下OpenGL編程關(guān)鍵技術(shù) 16 系統(tǒng)幫助的開發(fā) 18 本章小結(jié) 19第3章 數(shù)控代碼分析 20 數(shù)控語(yǔ)言結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn) 20 數(shù)控程序翻譯 21 23 26 31 32 本章小結(jié) 34第4章 虛擬加工過程實(shí)現(xiàn) 35 幾何建模技術(shù) 35 三維實(shí)體建模 35 基于圖像空間建模 36 離散矢量建模 37 插補(bǔ)算法 38 39 40 二維仿真 43 MFC圖形編程方法 43 二維動(dòng)畫仿真方法 45 三維仿真 47 47 51 52 加工實(shí)例及效果分析 53 本章小結(jié) 55第5章 通信功能實(shí)現(xiàn) 56 數(shù)控系統(tǒng)的通信 56 56 57 串口通信編程方法 59 虛擬加工系統(tǒng)通信功能實(shí)現(xiàn) 60 60 61 62 63 本章小結(jié) 67第6章 總結(jié)與展望 68 全文總結(jié) 68 展望 69參考文獻(xiàn) 70攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文 73致謝 74第1章 緒論虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR）是隨著科學(xué)和技術(shù)的進(jìn)步、軍事和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而興起的一門由多學(xué)科支撐的新技術(shù)，它是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人工智能、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、信息處理等多種技術(shù)綜合發(fā)展的產(chǎn)物。本質(zhì)上，虛擬制造最終將提供建模與仿真環(huán)境，其能力足以使任何產(chǎn)品的加工/裝配，包括有關(guān)的制造過程，可在計(jì)算機(jī)上仿真。國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的研究工作開始較早，并已經(jīng)出現(xiàn)了許多成功的應(yīng)用范例。 （3）產(chǎn)品虛擬加工技術(shù) 該項(xiàng)技術(shù)包括材料熱加工工藝模擬、加工過程仿真、板材成型模擬、模具制造仿真等。 目前虛擬加工技術(shù)的研究主要集中在以下幾個(gè)方面： （1）虛擬加工環(huán)境的建立 虛擬加工環(huán)境的建立主要包括設(shè)備建模、刀具建模和零件建模。 （4）開發(fā)出基于RS232C的串口通信模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)該系統(tǒng)與實(shí)際機(jī)床的通信。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)從所處理的數(shù)據(jù)入手，以數(shù)據(jù)為中心而不是以服務(wù)為中心來描述系統(tǒng)。虛擬加工過程的實(shí)現(xiàn)包括虛擬加工環(huán)境的建立和加工過程的仿真，本系統(tǒng)開發(fā)中進(jìn)行了二維仿真和三維仿真的研究。左上區(qū)域是數(shù)控程序編輯區(qū)，用戶可以打開已有程序文件或編寫新的數(shù)控程序，具備一般文本編輯軟件的常用功能；右上區(qū)域是顯示車削加工的動(dòng)態(tài)仿真過程，默認(rèn)為二維仿真環(huán)境，用戶可通過菜單選項(xiàng)進(jìn)行二、三維仿真的切換，系統(tǒng)還提供了默認(rèn)的毛坯和刀具，用戶可以通過“參數(shù)設(shè)置”菜單修改加工環(huán)境中的這些數(shù)據(jù)；下方區(qū)域是系統(tǒng)信息輸出框，顯示數(shù)控代碼檢驗(yàn)中的出錯(cuò)提示和其他交互信息。 (2) Semaphore(信號(hào))。 VC++ Visual C++，目前已成為國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言之一。以上三條可使被仿真物更具真實(shí)感，增強(qiáng)圖形顯示的效果。 在Windows98以前，Microsoft公司提供了創(chuàng)建幫助系統(tǒng)的工具Help Workshop，即Winhelp。 數(shù)控語(yǔ)言結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn) 數(shù)控機(jī)床每完成一個(gè)工件的加工，需要執(zhí)行一個(gè)完整的程序，每個(gè)程序由程序開始部分和許多程序段組成。用它規(guī)定直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)方式下刀具中心的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度。YACC實(shí)現(xiàn)數(shù)控程序的編譯，達(dá)到檢驗(yàn)數(shù)控程序的目的[20,21]。第一種方法是用手工方式，即根據(jù)識(shí)別語(yǔ)言單詞的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，使用某種高級(jí)語(yǔ)言直接編寫詞法分析程序。否是合法符號(hào)數(shù)字其他符號(hào)拼數(shù)種別碼=2給出對(duì)應(yīng)種別碼 報(bào)錯(cuò)基本字符種別碼=1結(jié)束？變量初始化 忽略空格 開始返回返回圖37詞法分析流程圖 語(yǔ)法分析部分以詞法分析生成的單詞符號(hào)序列作為輸入，根據(jù)數(shù)控語(yǔ)言的語(yǔ)法規(guī)則識(shí)別各種語(yǔ)法成分（如程序字、程序段、整個(gè)程序等），在分析過程中檢查單詞符號(hào)序列是否是該語(yǔ)言文法的一個(gè)句子，若不是，要指明錯(cuò)誤的性質(zhì)和位置。GNUM S字224。irow。第4章 虛擬加工過程實(shí)現(xiàn) 虛擬加工過程的實(shí)現(xiàn)是運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)真實(shí)加工過程的仿真過程。 （3）單元分解法 單元分解法是將形體按某種規(guī)則分解為小的、更易于描述的部分，每一小部分又可分為更小的部分，直至每一小部分都能夠直接描述為止。 在離散矢量建模方法中，離散矢量與刀具掃描體的求交算法是影響運(yùn)行速度的關(guān)鍵因素。如圖42，直線的起點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，終點(diǎn)為，設(shè)點(diǎn)為加工動(dòng)點(diǎn)。折線逼近給定軌跡，誤差就會(huì)小于半個(gè)進(jìn)給單位，得到較高質(zhì)量的插補(bǔ)數(shù)據(jù)[30]。X0Y.圖44圓弧與動(dòng)點(diǎn)的關(guān)系與直線插補(bǔ)類似，圓弧插補(bǔ)每進(jìn)給一步也要經(jīng)過四個(gè)節(jié)拍的工作：（1）偏差判別： 若點(diǎn)在圓弧上，則下式成立：