【正文】 了培訓成本。因此，傳統(tǒng)的機床操作培訓方法效率低、教師工作量大、培訓費用高，需要用更新的方法來取代。（1） 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特點虛擬現(xiàn)實，英文名為Virtual Reality，簡稱VR技術(shù)，其特點在于通過計算機產(chǎn)生一種人為虛擬的環(huán)境，這種虛擬的環(huán)境是由計算機圖形構(gòu)成的三維數(shù)字模型，并編制到計算機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技術(shù)與思維科學相結(jié)合的產(chǎn)物，它的出現(xiàn)為人類認識世界開辟了一條新途徑。虛擬現(xiàn)實的最大特點是：用戶可以用自然方式與虛擬環(huán)境進行交互操作，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，從而有效的擴展了自己的認知手段和領(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)域的模擬和訓練中起到了舉足輕重的作用。近年來，隨著計算機硬件軟件技術(shù)的發(fā)展以及人們越來越認識到它的重要作用，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，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)及計算機技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了可以模擬實際機床加工環(huán)境及其工作狀態(tài)的計算機仿真加工系統(tǒng)，數(shù)控機床的模擬操作在顯示屏顯示的仿真面板上進行，而零件切削過程由機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，其它則與實際機床的真實情況一樣。即利用計算機和其他的專用硬件、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)控機床，而虛擬數(shù)控機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)控機床平臺的構(gòu)建　　虛擬數(shù)控機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床的部件、刀具等運動的信息，并將其通過計算模塊來模擬機床的響應(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)控機床的核心技術(shù)。操作者可以在虛擬的環(huán)境中進行機床運動和切削過程等的仿真，從中獲得相關(guān)的加工數(shù)據(jù)。如進給軸的位移量、換刀狀態(tài)、主軸轉(zhuǎn)速、加速度、進給量、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)計算刀具的補償量和熱補償量。這些計算結(jié)果是虛擬數(shù)控機床在應(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)控軟件的標準化、規(guī)范化研究和其它CAD／CAM軟件的數(shù)據(jù)交換，并對典型的零件進行封裝，設(shè)計成具有穩(wěn)定、通用接口的可重復使用的軟件。（7）操作運行平臺和監(jiān)控平臺。在虛擬環(huán)境中完全實現(xiàn)真實機床的操作，讓使用者完全感受到真實機床的運行特性。在這些基礎(chǔ)上的監(jiān)控硬件和軟件，用來控制簡易機床．增加虛擬數(shù)控機床的真實感．并且可以進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)控教學和培訓過程中，初學數(shù)控編程者需要大量的編程練習，并進行實際調(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)控機床實際上是虛擬環(huán)境中數(shù)控機床的模型。與真實機床相比，虛擬數(shù)控機床具有以下的功能和特點：虛擬數(shù)控機床具有與真實機床完全相同的結(jié)構(gòu)。虛擬數(shù)控機床能模仿真實機床的任何功能而不致因為采用某種近似替代而導致某種結(jié)構(gòu)和信息的失真或丟失，并與真實機床有完全相同的界面風格和對應(yīng)功能，如動態(tài)旋轉(zhuǎn)、縮放、移動等功能的實時交互操作。機床操作全過程仿真。仿真機床操作的整個過程：毛坯定義，工件裝夾，壓板安裝，基準對刀，安裝刀具，機床手動操作。 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。強大的測量功能。可實現(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行完全自動的、智能化的測量。具有完善的圖形和標準數(shù)據(jù)接口。用戶既能在真實的環(huán)境中運行虛擬機床，又能觀察它的各種運行參數(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，然后對準備好的加工程序進行檢查，軌跡仿真，確認無誤，準備加工。加工前對整個系統(tǒng)進行必要的設(shè)置，刀具參數(shù)設(shè)置，工件坐標系設(shè)置等。進行加工時，顯示機床運動動畫及工件切削動畫，對機床狀態(tài)進行監(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：人機界面、幾何模塊、運動模塊、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行設(shè)計，一個是對機床等各個虛擬物體進行控制。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)整個機床及加工過程的控制。 幾何模塊的設(shè)計 5. 機床本體模型、刀具模型、切削液噴管等復雜幾何模型 這峰模型比較復雜，直接采用繪圖編程的方法很難實現(xiàn)這么復雜的圖形，即使實現(xiàn)了也需要花費極大的時間和精力，繪制出來的效果也難以達到預期效果。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。有一種標準的文件格式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) 將機床各個部件幾何模型組成一個機床類class Machine，這個類包括機床的各個組件，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，線，圓弧，平面，直紋面面等幾何元素的繪制，點，向量，矩陣的各種運算等。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動。采用空間分割法對工件模型進行建模。本文只將工件在X、Y平面上進行分割，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 運動模塊的設(shè)計運動模型有機床本體運動，刀具運動，加工切削運動，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行切換，就能得到連續(xù)的運動效果。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行控制，實現(xiàn)需要的運動。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)圓弧運動計算器 class Movenne //實現(xiàn)直線運動計算器 ……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立的過程，目標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)點就是可以被大多數(shù)應(yīng)用程序再使用（