虛擬現(xiàn)實技術(shù)之宇龍軟件在數(shù)控加工運用
2016-5-30 來源：武漢理工大學(xué)工程訓(xùn)練中心 作者：鄭衛(wèi)剛
1.虛擬現(xiàn)實技術(shù)
虛擬現(xiàn)實技術(shù)(VR)是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機(jī)仿真系統(tǒng)。它利用計算機(jī)生成一種模擬環(huán)境是一種多源信息融合的交互式的三維動態(tài)視景和實體行為的系統(tǒng)仿真使用戶沉浸到該環(huán)境中[1]。
1.1虛擬現(xiàn)實ABC
虛擬現(xiàn)實技術(shù)是仿真技術(shù)的一個重要方向；是仿真技術(shù)與計算機(jī)圖形學(xué)人機(jī)接口技術(shù)多媒體技術(shù)傳感技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)的集合；是一門富有挑戰(zhàn)性的交叉技術(shù)前沿學(xué)科和研究領(lǐng)域[2]。
虛擬現(xiàn)實技術(shù)(VR)主要包括：模擬環(huán)境、感知、自然技能和傳感設(shè)各等方面。模擬環(huán)境是由計算機(jī)生成的、實時動態(tài)的三維立體逼真圖像。感知是指理想的VR應(yīng)該具有一切人所具有的感知。除計算機(jī)圖形技術(shù)所生成的視覺感知外，還有聽覺、觸覺、力覺、運動等感知，甚至還包括嗅覺和味覺等，也稱為多感知。自然技能是指人的頭部轉(zhuǎn)動，眼睛、手勢、或其他人體行為動作，由計算機(jī)來處理與參與者的動作相適應(yīng)的數(shù)據(jù)，并對用戶的輸入作出實時響應(yīng)，并分別反饋到用戶的五官。傳感設(shè)備是指三維交互設(shè)備。
1.2虛擬現(xiàn)實特性
虛擬現(xiàn)實特性包括：多感知性、沉浸感、交互性、自主性、構(gòu)想性等。
1.3虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用
虛擬現(xiàn)實技術(shù)可應(yīng)用于：醫(yī)學(xué)娛樂、軍事航天、室內(nèi)設(shè)計、房產(chǎn)開發(fā)、工業(yè)仿真、應(yīng)急推演、文物古跡、游戲、Web3、道路橋梁、地理、教育、演播室、水文地質(zhì)、維修、培訓(xùn)實訓(xùn)、船舶制造、汽車仿真、軌道交通、能源領(lǐng)域、生物力學(xué)、康復(fù)訓(xùn)練、數(shù)字地球等等。
1.3.1工業(yè)仿真
虛擬現(xiàn)實已經(jīng)被世界上一些大型企業(yè)廣泛地應(yīng)用到工業(yè)的各個環(huán)節(jié)，對企業(yè)提高開發(fā)效率，加強(qiáng)數(shù)據(jù)采集、分析、處理能力，減少決策失誤，降低企業(yè)風(fēng)險起到了重要的作用。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的引入,將使工業(yè)設(shè)計的手段和思想發(fā)生質(zhì)的飛躍,更加符合社會發(fā)展的需要,可以說在工業(yè)設(shè)計中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)是可行且必要的。
1.3.2數(shù)控加工仿真軟件
工業(yè)仿真所涵蓋的范圍很廣，從簡單的單臺工作站上的機(jī)械裝配到多人在線協(xié)同演練系統(tǒng)。虛擬制造/虛擬設(shè)計/虛擬裝配（CAD/CAM/CAE）、教學(xué)、培訓(xùn)就是其應(yīng)用領(lǐng)域。而數(shù)控加工仿真軟件在數(shù)控職業(yè)教育領(lǐng)域就是非常好的運用。
2.上海宇龍軟件之?dāng)?shù)控加工仿真系統(tǒng)
2.1宇龍數(shù)控加工仿真系統(tǒng)簡介
上海宇龍軟件工程有限公司2000年在上海市張江高科技園區(qū)成立，基于微機(jī)上的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，以開發(fā)數(shù)控加工、汽車維修、機(jī)電控制等職業(yè)技能實訓(xùn)和考核的仿真軟件產(chǎn)品作為主要發(fā)展方向。主要開發(fā)數(shù)控加工、汽車維修、機(jī)電控制等操作技能類仿真實訓(xùn)軟件。該公司與天津工程師范學(xué)院合作開發(fā)的基于虛擬現(xiàn)實的《數(shù)控加工仿真系統(tǒng)》于2001年投放市場，是目前市場占有率極高的數(shù)控加工仿真軟件系統(tǒng)之一。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)對數(shù)控銑（含加工中心）和數(shù)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(zhǔn)測量和設(shè)置、數(shù)控程序編輯和調(diào)試、加工仿真以及各種錯誤的檢測功能。數(shù)控加工仿真系統(tǒng)分網(wǎng)絡(luò)版和單機(jī)版兩種版本發(fā)行。其公司《數(shù)控加工仿真系統(tǒng)》是一個應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)于數(shù)控加工操作技能培訓(xùn)和考核的仿真軟件。采用數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理刀具材料和性能參數(shù)庫，提供車床、立式銑床、臥式加工中心和立式加工中心，以及機(jī)床廠家的多種常用面板，具備對數(shù)控機(jī)床操作全過程和加工運行全環(huán)境仿真的功能。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面的碰撞檢測功能，還可以對數(shù)控程序進(jìn)行處理。為了便于教學(xué)和鑒定工作的進(jìn)行，本系統(tǒng)還具有考試、互動教學(xué)、自動評分和記錄回放功能。
2.2數(shù)控加工仿真系統(tǒng)基本功能:
2.2.1機(jī)床與控制系統(tǒng)
數(shù)控加工仿真系統(tǒng)提供車床、立式銑床、臥式加工中心和立式加工中心，以及機(jī)床廠家的多種常用面板；制系統(tǒng)有FANUC 0，F(xiàn)ANUC 0i，F(xiàn)ANUC Powermate 0，F(xiàn)ANUC 0i Mate，Siemens 810D，Siemens 802D，Siemens 802S/C，PA8000，三菱、大森、華中數(shù)控，廣州數(shù)控,華興、凱恩帝等
2.2.2豐富的刀具材料庫
采用數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理刀具材料和性能參數(shù)庫，刀具庫含數(shù)百種不同材料和形狀的車刀、銑刀，支持用戶自定義刀具以及相關(guān)特征參數(shù)。
2.2.3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)床手動操作等仿真。
2.3宇龍軟件編程2個加工實例
2.3.1圓柱仿真加工（見圖一）
1號刀為外圓90度右偏刀
2號刀為刀寬為5mm的切斷刀
編程原點設(shè)為工件端面的中心，以下數(shù)字單位均為毫米（數(shù)字如不保留小數(shù)點后1位則為微米）
靠近工件為負(fù)方向，遠(yuǎn)離工件為正方向（進(jìn)給負(fù)方向，退刀正方向）
圖一材料定義為直徑30毫米毛坯
輸入以下程序（見圖二）：
O1234; (程序名)
M03S500; (M03:主軸正轉(zhuǎn),S500:500轉(zhuǎn)/分)
T0101; (選擇1號刀具,執(zhí)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(zhuǎn)速度移動)
G01Z-30.0F0.2; (Z方向走刀切削至-30.0，以0.2mm/轉(zhuǎn)速度切削)
G01X40.0; (X方向退刀至直徑40.0)
G00Z50.0; (Z方向快速退刀至50.0)
T0202; (選擇2號刀具,執(zhí)行2號刀補)
G00X35.0Z-35.0; (快速運動到要切斷的位置,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方向快速退刀50.0)
MO5; (主軸停止轉(zhuǎn)動)
M30; (程序結(jié)束,光標(biāo)回到程序頭)
圖二圓柱零件加工完成
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號刀為寬5mm的切斷刀
圖三毛坯定義為直徑30mm
輸入以下程序（見圖四、圖五）：
O2234; （程序名）
M03S500; （主軸正轉(zhuǎn)500轉(zhuǎn)/分）
T0101; （選擇1號刀具,執(zhí)行1號刀補)
G00X35.0Z2.0; （快速運動到X(直徑)35.0，Z方向離原點2.0）;
G01X24.0F0.5; （X方向進(jìn)刀至直徑24.0，以0.5mm/轉(zhuǎn)速度移動）
G01Z-34.0F0.2; （Z方向走刀切削至坐標(biāo)-34.0，以0.2mm/轉(zhuǎn)速度切削）
G01X30.0F0.5; （X方向退刀至直徑30.0）
G00Z2.0; （Z方向快速退刀至坐標(biāo)2.0）
G01X18.0F0.5; （X方向進(jìn)刀至直徑18.0）
G01Z-24.0F0.2; （Z方向切削至坐標(biāo)-24.0）
G01X40.0; （X方向退刀至直徑40.0）
G00Z50.0; （Z方向快速退刀至坐標(biāo)50.0）
T0202; （選擇第2號刀具）
G00X35.0Z-39.0; （快速移動到要切斷的坐標(biāo)處,要考慮切刀刀寬，所以長度要加上刀寬5mm）
G01X5.0F0.2; （X方向切到直徑5.0；如5改成0則工件切斷）
G01X35.0; （X方向退刀至直徑35.0
G00Z50.0; （Z方向快速退刀至坐標(biāo)50.0）
M05; （主軸停止）
M30; （程序結(jié)束,光標(biāo)回到程序頭）
圖四階梯軸加工中
圖五階梯軸加工完成
2.3.3提交作業(yè)
作業(yè)做完后點下拉菜單【文件】，點【保存項目】然后點【確定】將作業(yè)存放到【我的文檔】，名字用學(xué)號或你的名字，然后從【我的文檔】復(fù)制到電腦桌面的數(shù)車作業(yè)存儲磁盤，提交到服務(wù)器。
3.總結(jié)
虛擬現(xiàn)實又稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境，英文名Virtual Reality簡稱VR。是近年來出現(xiàn)的高新技術(shù)。文中介紹了虛擬現(xiàn)實技術(shù)通過上海宇龍軟件在數(shù)控車床上工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以節(jié)省的實訓(xùn)時間及成本，提高實訓(xùn)效率。不僅如此，利用軟件還可以虛擬設(shè)計及裝配，毫不夸張地說，不遠(yuǎn)將來運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以“復(fù)制”一個工廠，讓技術(shù)人員只動動手指可以模擬完成生產(chǎn)流程，大大提高生產(chǎn)效率，讓企業(yè)更具競爭力。
參考文獻(xiàn)
[1]王然,謝溪凌,鄭衛(wèi)剛.虛擬現(xiàn)實家居娛樂系統(tǒng)[J].機(jī)械制造,2013,（08）:13-14.
[2]陳定方.五彩繽紛的虛擬現(xiàn)實世界.[M].北京：中國水利水電出版社，2015.
[3]李玉珠，鄭衛(wèi)剛.淺談一流大學(xué)工程訓(xùn)練中心軟實力及巧實力建設(shè)[J].網(wǎng)友世界2012（12）：56-58
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