【正文】 了培訓(xùn)成本。因此，傳統(tǒng)的機(jī)床操作培訓(xùn)方法效率低、教師工作量大、培訓(xùn)費(fèi)用高，需要用更新的方法來取代。（1） 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特點(diǎn)虛擬現(xiàn)實，英文名為Virtual Reality，簡稱VR技術(shù)，其特點(diǎn)在于通過計算機(jī)產(chǎn)生一種人為虛擬的環(huán)境，這種虛擬的環(huán)境是由計算機(jī)圖形構(gòu)成的三維數(shù)字模型，并編制到計算機(jī)中去生成一個以視覺感受為主，也包括聽覺、觸覺的綜合可感知的人工環(huán)境，從而使得在視覺上產(chǎn)生一種沉浸于這個環(huán)境的感覺，可以直接觀察、操作、觸摸、檢測周圍環(huán)境及事物的內(nèi)在變化，并能與之發(fā)生“交互”作用，使人和計算機(jī)很好地“融為一體”，給人一種“身臨其境”的感覺。虛擬現(xiàn)實是發(fā)展到一定水平上的計算機(jī)技術(shù)與思維科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，它的出現(xiàn)為人類認(rèn)識世界開辟了一條新途徑。虛擬現(xiàn)實的最大特點(diǎn)是：用戶可以用自然方式與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互操作，改變了過去人類除了親身經(jīng)歷，就只能間接了解環(huán)境的模式，從而有效的擴(kuò)展了自己的認(rèn)知手段和領(lǐng)域。另外，虛擬現(xiàn)實不僅僅是一個演示媒體，而且還是一個設(shè)計工具，它以視覺形式產(chǎn)生一個適人化的多維信息空間，為我們創(chuàng)建和體驗虛擬世界提供了有利的支持。由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的實時三維空間表現(xiàn)能力、人機(jī)交互式的操作環(huán)境以及給人帶來的身臨其境的感受，它在軍事和航天領(lǐng)域的模擬和訓(xùn)練中起到了舉足輕重的作用。近年來，隨著計算機(jī)硬件軟件技術(shù)的發(fā)展以及人們越來越認(rèn)識到它的重要作用，虛擬技術(shù)在各行各業(yè)都得到了不同程度的發(fā)展，并且越來越顯示出廣闊的應(yīng)用前景。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)上的價值體現(xiàn)于：用于產(chǎn)品設(shè)計與制造，可以降低成本，避免新產(chǎn)品開發(fā)的風(fēng)險；用于產(chǎn)品演示，可借多媒體效果吸引客戶、爭取訂單；用于培訓(xùn)，可用“虛擬設(shè)備”來增加員工的操作熟練程度。虛擬現(xiàn)實技術(shù)將使眾多傳統(tǒng)行業(yè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)生革命性的改變。（2） 數(shù)控加工仿真系統(tǒng)　　隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)及計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了可以模擬實際機(jī)床加工環(huán)境及其工作狀態(tài)的計算機(jī)仿真加工系統(tǒng)，數(shù)控機(jī)床的模擬操作在顯示屏顯示的仿真面板上進(jìn)行，而零件切削過程由機(jī)床模型通過三維動畫演示。由硬件實現(xiàn)零件切削過程，這時除了操作者是用仿真面板操作外，其它則與實際機(jī)床的真實情況一樣。即利用計算機(jī)和其他的專用硬件、軟件去產(chǎn)生一種真實場景的仿真，操作者可以通過與仿真場景的交互，來體驗一種接近于真實的場景的感覺。因此，采取這種方法能進(jìn)一步提高操作者的實際操作技能。數(shù)控仿真系統(tǒng)的核心是虛擬數(shù)控機(jī)床，而虛擬數(shù)控機(jī)床又是虛擬制造技術(shù)中的一個重要的執(zhí)行單元，它可以在數(shù)控加工過程中為產(chǎn)品設(shè)計提供了可制造性的分析。數(shù)控仿真系統(tǒng)完全模擬真實零件的加工過程，可以檢驗各種數(shù)控指令是否正確，能提供與真實機(jī)床完全相同的操作面板，其調(diào)試、編輯、修改和跟蹤執(zhí)行等功能也一應(yīng)俱全。3 虛擬數(shù)控機(jī)床平臺的構(gòu)建　　虛擬數(shù)控機(jī)床一般是通過以下的構(gòu)建平臺來實現(xiàn)上述功能：　?。?）NC解釋平臺。NC解釋平臺包括NC解釋器和NC驗證器。任務(wù)分配數(shù)據(jù)庫從任務(wù)調(diào)度中接受數(shù)控代碼并將其翻譯為虛擬機(jī)床的部件、刀具等運(yùn)動的信息，并將其通過計算模塊來模擬機(jī)床的響應(yīng)，NC解釋器能夠被自由地配置從而能夠模擬任何一種數(shù)控機(jī)床的CNC控制器。　?。?）NC驗證器。能夠驗證NC代碼的語法是否正確?！　。?）刀具庫。刀具庫應(yīng)包括一臺數(shù)控機(jī)床所需要的所有刀具，并能自由配置刀具庫中的刀具號，從而能模擬任何一種數(shù)控機(jī)床的換刀形式及切削加工的要求。（4）仿真平臺。仿真平臺包括刀具軌跡仿真、切削力仿真，加工精度仿真、三維動畫仿真、加工工時統(tǒng)計分析，仿真平臺是虛擬數(shù)控機(jī)床的核心技術(shù)。操作者可以在虛擬的環(huán)境中進(jìn)行機(jī)床運(yùn)動和切削過程等的仿真，從中獲得相關(guān)的加工數(shù)據(jù)。如進(jìn)給軸的位移量、換刀狀態(tài)、主軸轉(zhuǎn)速、加速度、進(jìn)給量、加工時間等。通過加工過程的仿真，了解所設(shè)計工件的可加工性，驗證NC代碼的正確性以及評價和優(yōu)化加工過程，并通過在線修改NC代碼來將其優(yōu)化。（5）計算平臺。計算平臺用來完成虛擬數(shù)控機(jī)床中各種計算，如根據(jù)NC代碼計算加工零件新的幾何形狀，根據(jù)刀具的材料、運(yùn)行時間、零件的材料性質(zhì)和潤滑介質(zhì)的性質(zhì)計算刀具的補(bǔ)償量和熱補(bǔ)償量。這些計算結(jié)果是虛擬數(shù)控機(jī)床在應(yīng)用于虛擬制造過程中的加工方案評價以及可制造性分析所必須的。（6）設(shè)計開發(fā)平臺。虛擬數(shù)控機(jī)床的設(shè)計平臺是一個面向?qū)ο蟮臄?shù)控軟件庫及其開發(fā)環(huán)境。通過對數(shù)控軟件的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化研究和其它CAD／CAM軟件的數(shù)據(jù)交換，并對典型的零件進(jìn)行封裝，設(shè)計成具有穩(wěn)定、通用接口的可重復(fù)使用的軟件。（7）操作運(yùn)行平臺和監(jiān)控平臺。在虛擬環(huán)境中完全實現(xiàn)真實機(jī)床的操作，讓使用者完全感受到真實機(jī)床的運(yùn)行特性。在這些基礎(chǔ)上的監(jiān)控硬件和軟件，用來控制簡易機(jī)床．增加虛擬數(shù)控機(jī)床的真實感．并且可以進(jìn)行典型零件的實驗性試切加工，讓使用者有一種身臨其盡的感覺。尤其是在數(shù)控教學(xué)和培訓(xùn)過程中，初學(xué)數(shù)控編程者需要大量的編程練習(xí)，并進(jìn)行實際調(diào)試。用試切法來檢驗數(shù)控加工程序顯然不合理，而且也難于實現(xiàn)。如果利用仿真技術(shù)，這些問題可以輕松得到解決，從而避免編程時人為出錯或工藝不合理造成工件報廢。 4 數(shù)控仿真系統(tǒng)功能虛擬數(shù)控機(jī)床實際上是虛擬環(huán)境中數(shù)控機(jī)床的模型。與真實機(jī)床相比，虛擬數(shù)控機(jī)床具有以下的功能和特點(diǎn)：虛擬數(shù)控機(jī)床具有與真實機(jī)床完全相同的結(jié)構(gòu)。虛擬數(shù)控機(jī)床能模仿真實機(jī)床的任何功能而不致因為采用某種近似替代而導(dǎo)致某種結(jié)構(gòu)和信息的失真或丟失，并與真實機(jī)床有完全相同的界面風(fēng)格和對應(yīng)功能，如動態(tài)旋轉(zhuǎn)、縮放、移動等功能的實時交互操作。機(jī)床操作全過程仿真。仿真機(jī)床操作的整個過程：毛坯定義，工件裝夾，壓板安裝，基準(zhǔn)對刀，安裝刀具，機(jī)床手動操作。 豐富多樣的刀具庫。系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理的刀具材料、特性參數(shù)庫，含數(shù)百種不同材料、類型和形狀的車刀、銑刀，同時還支持用戶自定義刀具及相關(guān)特性參數(shù)。全面的碰撞檢測。手動、自動加工等模式下的實時碰撞檢測，包括刀炳刀具與夾具、壓板、刀具，機(jī)床行程越界，主軸不轉(zhuǎn)時刀柄刀具與工件等的碰撞。出錯時會有報警或提示，從而防止了誤操作的發(fā)生。強(qiáng)大的測量功能?？蓪崿F(xiàn)基于刀具切削參數(shù)零件粗糙度的測量，能夠?qū)Ψ抡孳浖霞庸ね瓿珊蟮墓ぜM(jìn)行完全自動的、智能化的測量。具有完善的圖形和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口。用戶既能在真實的環(huán)境中運(yùn)行虛擬機(jī)床，又能觀察它的各種運(yùn)行參數(shù)，并能將其他CAD／CAM軟件，如UG、Pro/E、Mastercam等產(chǎn)生的三維設(shè)計后置處理的NC程序，直接調(diào)入加工。 仿真過程為：在控制面板上編輯NC程序或調(diào)入NC程序，然后對準(zhǔn)備好的加工程序進(jìn)行檢查，軌跡仿真，確認(rèn)無誤，準(zhǔn)備加工。加工前對整個系統(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，顯示機(jī)床運(yùn)動動畫及工件切削動畫，對機(jī)床狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，顯示監(jiān)測的信息，如果有非法操作、越程等信息，發(fā)出相應(yīng)的警報。系統(tǒng)分為五個模塊：人機(jī)界面、幾何模塊、運(yùn)動模塊、編譯模塊和監(jiān)測反饋模塊。整個系統(tǒng)的模塊劃分如圖l所示。有兩個內(nèi)容： 一是對面板的各個界面元素進(jìn)行設(shè)計，一個是對機(jī)床等各個虛擬物體進(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)計為ActiveX控件，利用ActiveX控件的封裝性和動態(tài)連接性來實現(xiàn)虛擬操作面板上的具有相同功能的組件，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、實體，用來實現(xiàn)整個機(jī)床及加工過程的控制。 幾何模塊的設(shè)計 5. 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現(xiàn)這么復(fù)雜的圖形，即使實現(xiàn)了也需要花費(fèi)極大的時間和精力，繪制出來的效果也難以達(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等來實現(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，這個模塊的工作便是編寫一個文件接口，將3DS二進(jìn)制文件讀入轉(zhuǎn)換成0penGL幾何實體。構(gòu)建的類如下： class C3dsReader；//3DS文件讀人類 class8 CTriList；//生成數(shù)據(jù)鏈表(用來逼近3DS圖形的小三角形片//集合) 將機(jī)床各個部件幾何模型組成一個機(jī)床類class Machine，這個類包括機(jī)床的各個組件，如床身、主軸等。 5. 刀具軌跡及零件幾何模型 此模塊用于刀具軌跡仿真，驗證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： 第一層：基本幾何元素層。 點(diǎn)，線，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)造出一個設(shè)備環(huán)境類，讓它繪制出一些基本的幾何元素：直線、圓弧等。 第二層：模型建立層。 整個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)成一個完整的圖形。如加工一個字，字體則是由多條直線構(gòu)成。從中可以構(gòu)建各個幾何模型的類如直線(CLine)，圓弧(CAre)，圓(CCircIe)，直紋曲面(CLin_Are)等。各個無素的繪制則調(diào)用上一層glCDC類的成員函數(shù)。如直線自我繪制可以寫成： pDCLine(start，end)； pDC是glCDC一個實例的一個指針。．2．3 工件模型 工件模型用于工件切削運(yùn)動。采用空間分割法對工件模型進(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：class PexSeL//離散的小方塊實體模型 整個工件可表示為：PexSel Box[x][y]；//x，y為工件分辨率．3 運(yùn)動模塊的設(shè)計運(yùn)動模型有機(jī)床本體運(yùn)動，刀具運(yùn)動，加工切削運(yùn)動，屬于動畫制作過程。動畫可以讓一張張相關(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)動效果。相似地，在一定地時間里繪制N張相關(guān)的圖片，就能得到計算機(jī)動畫效果。先設(shè)置一個系統(tǒng)時間，讓它不停的刷新畫面，接下來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)行修改就可以實現(xiàn)動畫控制。 比如一個正方體繪制可寫成： Translated(m_x，m_y，m_z)；// DrawBox(length，width，high)； 那么只要對m_x，m_y，m_z三個變量進(jìn)行控制，然后讓畫圖模塊不停地按參數(shù)繪制即可實現(xiàn)正方體移動動畫。接下來的工作需按時間對位置變量進(jìn)行控制，實現(xiàn)需要的運(yùn)動。設(shè)計一些位置控制器，如直線、圓弧位置控制器等 cIass MoveCircle//實現(xiàn)圓弧運(yùn)動計算器 class Movenne //實現(xiàn)直線運(yùn)動計算器 ……5. 2．4 編譯模塊的設(shè)計 編譯模塊主要劃分為四個部分：詞法分析、語法分析、目標(biāo)代碼生成和出錯處理。編譯過程是輸入數(shù)控加工程序，輸出目標(biāo)代碼或錯誤信息。本系統(tǒng)采用逐行掃描方式，以詞法分析程序和語法分析程序為核心，出錯處理作為一個獨(dú)立的過程，目標(biāo)代碼的生成則在錯誤為零的情況下生成。 設(shè)計一個編譯類Compile。 輸入：CString m_Nccode；//一段NC代碼 功能函數(shù)： Wocheck( ) //詞法檢查 SyntaxCheck( )//語法檢查 輸出：CString errInfo//錯誤信息 操作數(shù)據(jù)對象 ProgramNode NcSegementStruct//編譯后生成的中間文件。 CTypedPtrListC0bList，CPart**m_curvelist；//生成的刀具軌跡鏈表 ．5 監(jiān)測反饋模塊的設(shè)計 機(jī)床參數(shù)系統(tǒng)的沒計： 1)設(shè)計一個后臺數(shù)據(jù)庫CDaoDatabase m_db，后臺數(shù)據(jù)庫使用微軟公司的ACCESS制作； 2)所有的變量設(shè)計一個MachineState類來集中進(jìn)行管理。 3)狀態(tài)監(jiān)測，設(shè)計一個類RunErrCheck，實現(xiàn)功能包括非法報警、工件與刀具干涉、非法操作和越程等。 數(shù)控加工過程本身是一個十分復(fù)雜的過程，它是對零部件設(shè)計、工藝規(guī)劃等許多工作的一個檢驗。. ActiveX控件分類自從Microsoft公司于1996年推出ActiveX技術(shù)以來，ActiveX技術(shù)已得到了許多軟件公司的支持和響應(yīng)，并紛紛在其產(chǎn)品中融入ActiveX技術(shù)。而作為ActiveX技術(shù)之一的ActiveX控件也得到了迅猛的發(fā)展，不但各大軟件公司推出了不少ActiveX 控件，ActiveX控件更是得到一般開發(fā)者的喜愛。那么，什么是ActiveX控件呢？ActiveX控件是一個動態(tài)鏈接庫，是作為基于COM服務(wù)器進(jìn)行操作的，并且可以嵌入在包容器宿主應(yīng)用程序中，ActiveX控件的前身就是OLE控件。由于ActiveX控件與開發(fā)平臺無關(guān)，因此，在一種編程語言上開發(fā)的ActiveX控件可以無須任何修改，即可在另一種編程語言中使用，其效果如同使用Windows通用控件一樣。如：在VC++中開發(fā)的ActiveX控件，不作任何修改即可應(yīng)用于VB中。組件的一大優(yōu)點(diǎn)就是可以被大多數(shù)應(yīng)用程序再使用（