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【摘 要】 随着现代机械加工业的不断发展，机械加工设备也在不断更新，虚拟数控机床就是其中一个颇受关注的加工设备。本文在分析数控技术的基础上深入分析了虚拟数控车床系统和功能，进而论述了虚拟加工过程的实现，最后展望了虚拟数控机床加工技术的发展趋势。
【关键词】 虚拟;数控机床;加工技术
一、前言
对于机械加工业来说，如何提高机械加工的质量和效率是至关重要的研究课题，虚拟数控车床成为了机械加工业的重点加工设备时候，机械加工迈入了新的发展阶段。
二、数控技术的基本概念
数字控制技术，简称数控技术。数控技术是用数字信息对机械加工和运动过程进行控制的技术，其给现代机械加工带来了很大的帮助。数控技术不仅包含了传统的机械制造技术、计算机技术、传感检测技术和网络通信技术、光机电技术，而且它还拥有属于自己的先进技术，如：它具有高精度、高效率和柔性自动化等特点。数控技术主要是采用计算机控制，预先编程后利用编程好的控制程序实现对设备的控制功能，这样就增强了机械加工的灵活性并且提高了设备的工作效率。
数控技术还促使了CAD、CAM技术向实用化、工程化方向发展。之后由于微电子技术的迅速发展，数控系统的性能有了极大的提高、功能也不断的丰富，在先进数控技术的背景下，机械加工的不同领域也得到了不同的发展需求。数控技术是电子计算机技术、数字控制技术、数控工艺和数控程序编制、软件的开发与应用等多项技术的综合，也就是说数控技术已经成为了先进机械加工的主体。
三、虚拟数控车床系统方案及功能
1、随着工业经济的不断发展进步，数控车床机械设备及其相关数控技术在工业经济发展中的应用需求越来越大，但是数控机床设备以及相关应用技术在工业机械设备中购买费用较高，这给一些没有购买经济实力或者购买困难的企业数控技术的应用带来了很大的不便，为了克服数控机械设备以及数控加工技术给企业带来的经济压力，提出将计算机应用技术应用于工业机械生产中，通过虚拟数控车床加工环境或建立计算机相关数控车床加工系统的方法，提高数控车床加工技术在企业工业生产中的应用。
2、虚拟数控车床的系统功能及技术
在上述的虚拟数控车床仿真系统中，主要是通过计算机仿真技术，在相关技计算机系统开发平台的支持下，最终实现对于数控车床加工环境以及相关加工技术的模拟实现。因此，上述的虚拟数控车床仿真系统，具有以下系统功能。首先虚拟数控车床仿真系统具有对于数控车床的床身以及导轨、刀架等数控车床机械设备加工生产应用工件进行建模仿真的功能;其次，在进行数控车床加工生产过程中，虚拟数控车床仿真系统对于数控车床加工生产过程中车床以及车床刀具的切割运动加工过程可以进行仿真模拟功能;再次，虚拟数控车床系统对于数控车床加工过程中的刀具以及工件加工过程具有监测以及报警功能;最后，虚拟数控车床对于数控车床加工生产过程中的加工声音以及效果也具有相应的模仿功能。总之，虚拟数控车床加工生产中可以实现数控车床加工生产的环境以及技术过程的仿真实现，整个虚拟仿真是通过计算机NC代码进行驱动实现，在虚拟数控车床系统运行过程中，还可以根据实际情况对于NC代码进行修改。
虚拟数控车床系统中包含的关键技术主要有对于虚拟数控车床系统的几何建模技术以及虚拟数控车床系统中机床设备与工件之间的安装方法、技术等;另外，还包含虚拟数控车床系统建立过程中的NC代码编译转换技术、模拟仿真技术、加工检验以及监测技术等，都是实现虚拟数控车床系统的关键技术部分。
四、虚拟加工过程的实现
1、NC代码解释模块的实现
该模块最主要的功能是将数控加工程序转变为驱动数控各坐标轴的运动指令;同时要进行数控程序的语法错误与逻辑错误的检查，使用VisualC++字符处理技术实现该部分的功能。
2、加工动画的实现
根据数控机床加工的高实时性及交互式的特点，该系统采用实时动画方式。实时动画是一边计算一边在计算机终端上直接产生动画，其交互能力强，可以根据用户的要求实时改变画面，但对计算机的图形处理能力要求较高。利用OpenGL的双缓存区（前台显示缓冲区和后台显示缓冲区）动画技术来实现，效果较好。即后台缓冲区执行命令绘制图像（直接由NC代码驱动），绘制结束后，利用重画技术，通过交換缓冲区，将后台缓冲区绘制的图形直接送到前台缓冲区中动态显示图形，这样就增强了数控机床加工过程三维动画显示的连续性和运动感。
同时，利用OpenGL的粒子系统方法和多媒体技术对切削过程产生的切屑飞舞和机床的切削声音进行建模，从而增强仿真系统的逼真效果。
3、碰撞和干涉检验的实现
碰撞和干涉检验主要检验刀具和主轴相对于非加工部件如夹具、工件的非加工部位、加工工作台的干涉现象，也可用来检验由用户指定的物体之间的干涉现象，由于加工过程由NC代码驱动，干涉出现位置的NC代码信息可及时反馈提交用户进行检查和修改。干涉检查结果需按以下原则判断得出结论：刀具切削部件与加工好的部件有干涉为过切;刀具非切削部位与物体干涉为碰撞;进给速度快时的切削为碰撞;主轴不转时的干涉或切削为碰撞。
采用形体求交的方法进行干涉的定性检查，其求交算法大致如下。
①将待计算的刀具和主轴形体的坐标系转换到工件坐标系，工件的几何信息在装夹时已经计算完成;
②对任意一对求交形体A和B作包围和干涉检查，若干涉，转入③继续执行，若不干涉，无需进一步求交，转④;
③将A的所有棱边和B的所有面进行求交计算，若出现交点在面片内，判定为形体相交，退出，否则进入下一步;
④取下一对求交形体，转②。
五、虚拟数控机床的的应用及展望
模拟数控机床的运用，为我国机械制造领域带来了巨大的飞跃，促进了我国制造业的快速发展。虚拟数控机床使用的数字模型，其能够对数控机床的数据进行详细的显示和传递，为设计者提供并行作业的可能，通过低成本、高效益的方法降低产品设计的成本，同时缩短产品生产周期，以此来实现对产品的优化设计。而虚拟数控机床的有效运用，使得产品设计获得了更多的数据基础，同时利用虚拟数控机床能够对实际机床上无法实现的操作进行仿真模拟，如程序调试等，这样便能够提产品的开发效率。另外，虚拟数控机床的运用，也能够对产品的切削参数进行设定和优化，以此实现刀具功能的完善，进而提升数控加工机床运行的效率。虚拟数控机床作为一种先进的技术，已经在很多的企业和学校数控人才的培训活动中获得了广泛的运用，通过虚拟数控技术，将实际的机床操作过程进行全程模拟，在提高培训效率的通同时，也节省了大量不必要的资源浪费。从机床生产的角度来说，通过虚拟数控技术能够将数控机床的生产过程向消费者演示，这样便能够使客户更加了解机床的全部结构。
近些年来，计算机和网络技术的不断发展，也促进了虚拟数控机床的不断发展与完善，这对于我国机械制造领域来说，无疑提供了更为坚实的理论基础。而虚拟数控机床的网络化和集成化则是其未来发展的主流趋势。需要注意的是，虚拟数控机床的发展，应当以国内外虚拟软件的发展为基础，只有这样才能够确保虚拟数控机床的发展与机械制造领域的发展相适应，为我国工业的发展提供更为全面的技术支撑。
六、结束语
综上所述，虚拟数控车床加工技术已经成为了当下机械加工行业的重点生产技术，只有不断提高虚拟加工技术的水平，严格控制加工的质量，才能够提高生产的效率。
参考文献：
[1]李岳，李淑娟.虚拟数控车削加工技术研究[J].组合机床与自动化加工技术.2010（10）.
[2]杨润党.虚拟数控加工过程的建模与仿真[J].机床与液压，201l（06）
[3]伍铁军.数控加工仿真关键技术研究与软件开发[D].南京：南京航空航天大学.2011.
【关键词】 虚拟;数控机床;加工技术
一、前言
对于机械加工业来说，如何提高机械加工的质量和效率是至关重要的研究课题，虚拟数控车床成为了机械加工业的重点加工设备时候，机械加工迈入了新的发展阶段。
二、数控技术的基本概念
数字控制技术，简称数控技术。数控技术是用数字信息对机械加工和运动过程进行控制的技术，其给现代机械加工带来了很大的帮助。数控技术不仅包含了传统的机械制造技术、计算机技术、传感检测技术和网络通信技术、光机电技术，而且它还拥有属于自己的先进技术，如：它具有高精度、高效率和柔性自动化等特点。数控技术主要是采用计算机控制，预先编程后利用编程好的控制程序实现对设备的控制功能，这样就增强了机械加工的灵活性并且提高了设备的工作效率。
数控技术还促使了CAD、CAM技术向实用化、工程化方向发展。之后由于微电子技术的迅速发展，数控系统的性能有了极大的提高、功能也不断的丰富，在先进数控技术的背景下，机械加工的不同领域也得到了不同的发展需求。数控技术是电子计算机技术、数字控制技术、数控工艺和数控程序编制、软件的开发与应用等多项技术的综合，也就是说数控技术已经成为了先进机械加工的主体。
三、虚拟数控车床系统方案及功能
1、随着工业经济的不断发展进步，数控车床机械设备及其相关数控技术在工业经济发展中的应用需求越来越大，但是数控机床设备以及相关应用技术在工业机械设备中购买费用较高，这给一些没有购买经济实力或者购买困难的企业数控技术的应用带来了很大的不便，为了克服数控机械设备以及数控加工技术给企业带来的经济压力，提出将计算机应用技术应用于工业机械生产中，通过虚拟数控车床加工环境或建立计算机相关数控车床加工系统的方法，提高数控车床加工技术在企业工业生产中的应用。
2、虚拟数控车床的系统功能及技术
在上述的虚拟数控车床仿真系统中，主要是通过计算机仿真技术，在相关技计算机系统开发平台的支持下，最终实现对于数控车床加工环境以及相关加工技术的模拟实现。因此，上述的虚拟数控车床仿真系统，具有以下系统功能。首先虚拟数控车床仿真系统具有对于数控车床的床身以及导轨、刀架等数控车床机械设备加工生产应用工件进行建模仿真的功能;其次，在进行数控车床加工生产过程中，虚拟数控车床仿真系统对于数控车床加工生产过程中车床以及车床刀具的切割运动加工过程可以进行仿真模拟功能;再次，虚拟数控车床系统对于数控车床加工过程中的刀具以及工件加工过程具有监测以及报警功能;最后，虚拟数控车床对于数控车床加工生产过程中的加工声音以及效果也具有相应的模仿功能。总之，虚拟数控车床加工生产中可以实现数控车床加工生产的环境以及技术过程的仿真实现，整个虚拟仿真是通过计算机NC代码进行驱动实现，在虚拟数控车床系统运行过程中，还可以根据实际情况对于NC代码进行修改。
虚拟数控车床系统中包含的关键技术主要有对于虚拟数控车床系统的几何建模技术以及虚拟数控车床系统中机床设备与工件之间的安装方法、技术等;另外，还包含虚拟数控车床系统建立过程中的NC代码编译转换技术、模拟仿真技术、加工检验以及监测技术等，都是实现虚拟数控车床系统的关键技术部分。
四、虚拟加工过程的实现
1、NC代码解释模块的实现
该模块最主要的功能是将数控加工程序转变为驱动数控各坐标轴的运动指令;同时要进行数控程序的语法错误与逻辑错误的检查，使用VisualC++字符处理技术实现该部分的功能。
2、加工动画的实现
根据数控机床加工的高实时性及交互式的特点，该系统采用实时动画方式。实时动画是一边计算一边在计算机终端上直接产生动画，其交互能力强，可以根据用户的要求实时改变画面，但对计算机的图形处理能力要求较高。利用OpenGL的双缓存区（前台显示缓冲区和后台显示缓冲区）动画技术来实现，效果较好。即后台缓冲区执行命令绘制图像（直接由NC代码驱动），绘制结束后，利用重画技术，通过交換缓冲区，将后台缓冲区绘制的图形直接送到前台缓冲区中动态显示图形，这样就增强了数控机床加工过程三维动画显示的连续性和运动感。
同时，利用OpenGL的粒子系统方法和多媒体技术对切削过程产生的切屑飞舞和机床的切削声音进行建模，从而增强仿真系统的逼真效果。
3、碰撞和干涉检验的实现
碰撞和干涉检验主要检验刀具和主轴相对于非加工部件如夹具、工件的非加工部位、加工工作台的干涉现象，也可用来检验由用户指定的物体之间的干涉现象，由于加工过程由NC代码驱动，干涉出现位置的NC代码信息可及时反馈提交用户进行检查和修改。干涉检查结果需按以下原则判断得出结论：刀具切削部件与加工好的部件有干涉为过切;刀具非切削部位与物体干涉为碰撞;进给速度快时的切削为碰撞;主轴不转时的干涉或切削为碰撞。
采用形体求交的方法进行干涉的定性检查，其求交算法大致如下。
①将待计算的刀具和主轴形体的坐标系转换到工件坐标系，工件的几何信息在装夹时已经计算完成;
②对任意一对求交形体A和B作包围和干涉检查，若干涉，转入③继续执行，若不干涉，无需进一步求交，转④;
③将A的所有棱边和B的所有面进行求交计算，若出现交点在面片内，判定为形体相交，退出，否则进入下一步;
④取下一对求交形体，转②。
五、虚拟数控机床的的应用及展望
模拟数控机床的运用，为我国机械制造领域带来了巨大的飞跃，促进了我国制造业的快速发展。虚拟数控机床使用的数字模型，其能够对数控机床的数据进行详细的显示和传递，为设计者提供并行作业的可能，通过低成本、高效益的方法降低产品设计的成本，同时缩短产品生产周期，以此来实现对产品的优化设计。而虚拟数控机床的有效运用，使得产品设计获得了更多的数据基础，同时利用虚拟数控机床能够对实际机床上无法实现的操作进行仿真模拟，如程序调试等，这样便能够提产品的开发效率。另外，虚拟数控机床的运用，也能够对产品的切削参数进行设定和优化，以此实现刀具功能的完善，进而提升数控加工机床运行的效率。虚拟数控机床作为一种先进的技术，已经在很多的企业和学校数控人才的培训活动中获得了广泛的运用，通过虚拟数控技术，将实际的机床操作过程进行全程模拟，在提高培训效率的通同时，也节省了大量不必要的资源浪费。从机床生产的角度来说，通过虚拟数控技术能够将数控机床的生产过程向消费者演示，这样便能够使客户更加了解机床的全部结构。
近些年来，计算机和网络技术的不断发展，也促进了虚拟数控机床的不断发展与完善，这对于我国机械制造领域来说，无疑提供了更为坚实的理论基础。而虚拟数控机床的网络化和集成化则是其未来发展的主流趋势。需要注意的是，虚拟数控机床的发展，应当以国内外虚拟软件的发展为基础，只有这样才能够确保虚拟数控机床的发展与机械制造领域的发展相适应，为我国工业的发展提供更为全面的技术支撑。
六、结束语
综上所述，虚拟数控车床加工技术已经成为了当下机械加工行业的重点生产技术，只有不断提高虚拟加工技术的水平，严格控制加工的质量，才能够提高生产的效率。
参考文献：
[1]李岳，李淑娟.虚拟数控车削加工技术研究[J].组合机床与自动化加工技术.2010（10）.
[2]杨润党.虚拟数控加工过程的建模与仿真[J].机床与液压，201l（06）
[3]伍铁军.数控加工仿真关键技术研究与软件开发[D].南京：南京航空航天大学.2011.