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虛擬現實技術之宇龍軟件在數控加工運用

2016-5-30 來源：武漢（hàn）理工大學工程訓練中心作者：鄭衛剛

1.虛擬現實技術

虛擬現實技術(VR)是（shì）一種可（kě）以創建和體驗虛（xū）擬世界的計（jì）算機仿（fǎng）真係統。它利用計算（suàn）機生成一種模（mó）擬環境（jìng）是一種多源信息融合的交互式的三維動態視景和實體行為（wéi）的係統仿真使用戶沉（chén）浸到該環境中[1]。

1.1虛擬現實ABC

虛擬現（xiàn）實技術是仿真技術的一個重要方向；是仿真技術與計算機（jī）圖（tú）形學人機接口技術多（duō）媒體技術傳（chuán）感技術網絡技術等多種技（jì）術的集合；是一門（mén）富有挑戰性的交叉技（jì）術前沿學科和（hé）研究領域[2]。

虛擬現實技術(VR)主要包括：模擬環境、感知、自然技能和傳感設各等方麵。模（mó）擬環境是由計算機生成的、實時動態的三維（wéi）立體逼真圖像。感（gǎn）知是指理想的VR應該具有（yǒu）一切人所具有的感知。除（chú）計算機圖（tú）形技術所生（shēng）成的視覺感知外，還（hái）有聽覺、觸覺、力覺、運動等感（gǎn）知，甚至還包（bāo）括嗅覺和味覺等，也（yě）稱為（wéi）多感知。自然技（jì）能是指（zhǐ）人的頭部轉動，眼睛、手勢、或其他人體行為動作，由計算機來處理與參與者的（de）動作相適應的數據，並（bìng）對用（yòng）戶的輸入作出實時響應，並分別反饋到（dào）用戶的五官。傳感設備是指三維交互設備。

1.2虛擬現實特性

虛（xū）擬現實特性包括（kuò）：多感知性、沉浸感、交互性、自主（zhǔ）性、構想性等。

1.3虛擬現實技（jì）術應用

虛擬現實技術可應用於：醫學娛樂、軍事航天、室（shì）內設計、房產開發、工業（yè）仿真、應急推演、文物古跡、遊戲（xì）、Web3、道路橋梁、地理、教育、演播室、水文地質、維修、培訓實訓、船舶（bó）製造、汽車仿（fǎng）真、軌道交通、能源領域、生物力學、康（kāng）複訓練、數字（zì）地球等等。

1.3.1工業（yè）仿真

虛擬現實已經被世界上（shàng）一些大型企業廣泛地應用（yòng）到工業的各個（gè）環節，對企業提高開發效率，加強數據采集、分析（xī）、處理能力，減少決策失誤，降低企業（yè）風險起（qǐ）到了重要的作用。虛擬現實技術的引入,將使（shǐ）工業設計的手段和思想發生質的飛躍,更加符合社會發（fā）展的需要,可以（yǐ）說（shuō）在工業設計中（zhōng）應用（yòng）虛擬現實技術是可行且必要的。

1.3.2數控加工仿真軟件

工（gōng）業仿真所涵蓋的範圍很廣，從簡單的單台工作站（zhàn）上的機（jī）械裝配到多人在線協同演練係統（tǒng）。虛擬製（zhì）造（zào）/虛擬設計/虛擬（nǐ）裝配（CAD/CAM/CAE）、教學（xué）、培訓就是其應用（yòng）領（lǐng）域。而數控加工仿真軟件在數控（kòng）職業教育領域就（jiù）是非常好的運用。

2.上（shàng）海宇龍軟件之數控加工（gōng）仿（fǎng）真係統

2.1宇龍數控加工仿真（zhēn）係統簡介

上海宇（yǔ）龍軟件工程有限公司2000年在上海市張江高科技園區成立，基於微（wēi）機上的虛擬現實技術（shù），以開發數控加工、汽車維修、機電控製（zhì）等職業技能實訓和考核的仿真軟件產品作（zuò）為主（zhǔ）要發展方向。主要開發數控加工、汽車維修、機電控製等操作技能類仿（fǎng）真實訓軟件。該公司與天津工程師範學院合作開發的基於虛擬現實（shí）的《數控加工仿真係統》於2001年投放市場，是目前市場占有率（lǜ）極高的數控加工仿真軟件係統之一。該係統可以實現對數控銑（含加工中心）和數控車加工全過程的仿真，其中包括毛坯定義與夾具、刀具定義與選用、零件基準測量和設置（zhì）、數控程序編輯和調試、加工（gōng）仿真以及（jí）各種錯誤的檢測功能。數控加工仿真係統分（fèn）網絡版和單機版兩種版本發行。其公司《數控加工仿真係統》是一個應用虛擬現實技術於數控加工（gōng）操（cāo）作技能（néng）培訓和考核的仿真軟件。采用數據庫統一管理刀具材料和性能參數（shù）庫，提供車床、立式銑床、臥式（shì）加工中心和立式加工中心，以及機床廠（chǎng）家的多種常用麵板，具備對數控機床（chuáng）操（cāo）作全過程和加工運行全環境仿真的功能（néng）。在操作過程中，具有完全自動、智能化的高精度測量功能和全（quán）麵的碰撞檢測（cè）功能，還可以對數控程序（xù）進行處理。為了便於教學（xué）和鑒定工作的進行（háng），本係統還具有考（kǎo）試、互（hù）動教學、自動評（píng）分和記錄回放功能。

2.2數控加工仿真（zhēn）係統基本功能:

2.2.1機床與控製係統

數控加工仿（fǎng）真係統提供車床、立式銑床、臥式加工中心和立式加工（gōng）中心（xīn），以及機床廠家的多（duō）種常用麵（miàn）板；製係統有（yǒu）FANUC 0，FANUC 0i，FANUC Powermate 0，FANUC 0i Mate，Siemens 810D，Siemens 802D，Siemens 802S/C，PA8000，三菱、大森、華中數控，廣（guǎng）州數控,華興、凱恩帝等

2.2.2豐富的刀具材（cái）料庫

采用數據庫統一管理刀具材料和性能參數庫，刀具庫含數（shù）百種不同材料和形狀的車刀、銑（xǐ）刀，支持用戶自定義刀具以及相（xiàng）關特征參數。

2.2.3機床操（cāo）作全過程仿（fǎng）真

仿（fǎng）真（zhēn）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（jù）、機床手動操作（zuò）等仿真。

2.3宇龍軟件編程2個加（jiā）工實例

2.3.1圓柱仿真加工（見（jiàn）圖一）

1號刀為外圓90度右偏刀

2號刀為刀寬為5mm的切斷刀

編（biān）程原點設為工件端麵的中心，以下數字單位均為（wéi）毫米（數字如不保留小數點後1位（wèi）則為微米）

靠近工（gōng）件為負方向，遠（yuǎn）離工件為正方向（進給負方向，退刀正方向（xiàng））

圖一材料定義為直徑30毫米毛坯

輸入以下程（chéng）序（見圖二）：

O1234; (程序名)

M03S500; (M03:主（zhǔ）軸正轉,S500:500轉/分)

T0101; (選擇1號刀具,執行1號刀補)

G00X35.0Z2.0; (快速運動到直徑為35.0，Z方向離原點2.0)

G01X28.0F0.5; (X方向移動到直徑28.0，以0.5mm/轉速度移（yí）動)

G01Z-30.0F0.2; (Z方向（xiàng）走刀切削至（zhì）-30.0，以0.2mm/轉速度切削)

G01X40.0; (X方向退（tuì）刀（dāo）至直徑40.0)

G00Z50.0; (Z方向快速退刀至50.0)

T0202; (選擇2號刀具,執行（háng）2號刀補（bǔ）)

G00X35.0Z-35.0; (快速運動到要（yào）切斷的位置,長度方向考慮刀寬，所以尺度要加上刀寬5mm)

G01X5.0F0.2; (X方向切至直徑（jìng）5.0) (5要改成0,則工件切斷)

G01X40.0; (X方向退刀至直徑40.0)

G00Z50.0; (Z方（fāng）向快速退刀50.0)

MO5; (主軸停止轉動)

M30; (程序結（jié）束,光標回到程序頭（tóu）)

圖（tú）二圓柱零件（jiàn）加工完成

2.3.2階梯軸仿真加工（見圖三）

1號刀為外圓90度右偏刀

2號刀為（wéi）寬5mm的切斷刀

圖三毛坯定義為直（zhí）徑30mm

輸入以下（xià）程序（見圖（tú）四、圖五）：

O2234; （程序名）

M03S500; （主軸正轉500轉/分）

T0101; （選擇1號（hào）刀具,執行1號刀補)

G00X35.0Z2.0; （快速運動（dòng）到X(直徑)35.0，Z方向離原點2.0）;

G01X24.0F0.5; （X方向進刀至直徑24.0，以0.5mm/轉速度移動）

G01Z-34.0F0.2; （Z方向走刀切（qiē）削至坐標-34.0，以0.2mm/轉速度切削）

G01X30.0F0.5; （X方向退刀至直徑（jìng）30.0）

G00Z2.0; （Z方向快速退刀至坐標2.0）

G01X18.0F0.5; （X方向進刀至直徑18.0）

G01Z-24.0F0.2; （Z方向切削至坐標-24.0）

G01X40.0; （X方向退刀至直徑40.0）

G00Z50.0; （Z方向快速（sù）退刀至坐標50.0）

T0202; （選擇第2號刀具（jù））

G00X35.0Z-39.0; （快速移動到要切斷的坐（zuò）標處,要（yào）考慮切刀刀寬，所（suǒ）以長度要加上刀寬5mm）

G01X5.0F0.2; （X方向切到直徑5.0；如5改成0則工件切斷（duàn））

G01X35.0; （X方向退刀至直徑35.0

G00Z50.0; （Z方向快速退刀至坐標50.0）

M05; （主軸停止）

M30; （程序結束,光標回到程序頭）

圖四階梯軸加工中（zhōng）

圖五階梯軸加工完成

2.3.3提（tí）交作業

作業做完後點下拉菜單【文件】，點【保存項目】然後點【確定】將作業存放到【我的文檔】，名字用學號或你的名（míng）字，然後從【我的文檔】複製到電腦桌麵（miàn）的數車作業存儲磁盤，提交到服務器。

3.總結

虛擬現實又稱（chēng）靈境技術或人工環境，英文名Virtual Reality簡稱VR。是近年來出現的高新技（jì）術。文中介紹了虛擬現實技術通過上海宇龍軟件在數控車床上工業（yè）領域的應用，利用虛擬（nǐ）現實技術可以節（jiē）省的實訓時間及成（chéng）本（běn），提高實訓效率。不僅如此（cǐ），利用軟件還可以虛擬設計及裝（zhuāng）配（pèi），毫不誇張地說，不遠將來運用虛擬現實技術可以“複製（zhì）”一個工廠，讓（ràng）技術人員隻動動手指可以模（mó）擬完成生產流程，大大提（tí）高生產（chǎn）效率，讓企（qǐ）業更具競（jìng）爭力。

參考文（wén）獻（xiàn）

[1]王然,謝溪淩,鄭（zhèng）衛剛.虛擬現實家居娛樂（lè）係統[J].機械製造,2013,（08）:13-14.

[2]陳定方.五彩繽紛的虛擬現實世界.[M].北京：中國（guó）水利水（shuǐ）電出版（bǎn）社，2015.

[3]李玉珠，鄭衛剛.淺談一流大學工程訓練中心軟實（shí）力及巧實力（lì）建設[J].網友世界2012（12）：56-58

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