JC35導讀：本系統的目標是建立一個真實的數控加工環境。在這個環境中，需要建立機床模型和加工過程模型。機床模型就是整個加工過程的物理環境，將真實的機床在計算機中以3D畫面的形式出現；加工過程模型是一個動畫過程，模擬真實機床、刀具、切削等加工過程的運動。
　　
　　該系統應滿足的要求：
　　
　　1）具有逼真的加工環境；
　　
　　2）能夠對NC代碼等進行檢測，即具備機床的NC程序編譯功能，能發現NC程序的錯誤，并生成目標文件；
　　
　　3）能夠顯示刀具軌跡及切削過程；
　　
　　4）能調整、修改機床狀態參數，實時監控機床的運動狀態；
　　
　　5）有友好的人機界面，能方便用戶操作。
　　
　　它具備的特點有：
　　
　　1）環境真實，系統的環境和真實的機床環境盡量相同；
　　
　　2）功能一致，系統的功能要和機床的功能一樣；
　　
　　3）較強的糾正錯誤能力，能發現各種錯誤同時給出報警信息；
　　
　　4）快速完成仿真過程，仿真加工過程需要的時間不能和真實的加工時間一樣，否則讓人難以忍受，加工過程時問可以根據用戶的要求來進行調節。
　　
　　1系統整體構架
　　
　　仿真過程為：在控制面板上編輯NC程序或調入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。加工前對整個系統進行必要的設置，刀具參數設置，工件坐標系設置等。進行加工時，顯示機床運動動畫及工件切削動畫，對機床狀態進行監測，顯示監測的信息，如果有非法操作、越程等信息，發出相應的警報。
　　
　　系統分為五個模塊：人機界面、幾何模塊、運動模塊、編譯模塊和監測反饋模塊。整個系統的模塊劃分如圖l所示。
　　
　　人機界面用來實現人機交互，即機床的控制面板；幾何模塊用來實現系統的物理環境，刀具軌跡及工件模型等幾何體；NC模塊主要功能有數控程序編輯、刀補、插補、編譯生成虛擬機床驅動文件等；運動模塊用來實現虛擬機床運動，刀具運動及切削運動等；機床參數設鬣、機床狀態信息反饋與監測等功能用監測反饋模塊來實現。
　　
　　2各個模塊的設計
　　
　　2．1人機界面（控制面板）的設計
　　
　　這個模塊有兩個方面：一是對面板的各個界面元素進行設計，一一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量很多，但大多數都具有相似性，因此可以將具有相同功能的組件設計為ActiveX控件，利用ActiveX控件的封裝性和動態連接性來實現虛擬操作面板上的具有相同功能的組件。界面元素構建三個類CRob、CMyButton、CMyEdiloCRob是用米實現旋轉開關。CMyEdit用于實現顯示屏。CMyBunon來實現方形按鈕。幾乎所用的操作，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，用來實現整個機床及加工過程的控制。設計一個NcPanel類，這個類提供各個控制變量，用于NC文件檢查，機床參數設置，機床運動控制等等。
　　
　　2．2幾何模塊的設計
　　
　　2．2．1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這么復雜的圖形，即使實現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用軟件如3dsMax、UG、Pro/E等來實現這些幾何模型。本系統并不能直接調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二進制文件讀入轉換成0penGL幾何實體。構建的類如下：
　　
　　classC3dsReader；//3DS文件讀人類
　　
　　class8CTriList；//生成數據鏈表（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classMachine，這個類包括機床的各個組件，如床身、主軸等。
　　
　　2.2.2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：
　　
　　*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環境中，可以相似地構造出一個設備環境類，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成的，建模即是將各種幾何元素構成一個完整的圖形。如加工一個字，字體則是由多條直線構成。從中可以構建各個幾何模型的類如直線（CLine），圓?。–Are），圓（CCircIe），直紋曲面（CLin_Are）等。各個無素的繪制則調用上一層glCDC類的成員函數。如直線自我繪制可以寫成：
　　
　　pDC->Line（start，end）；
　　
　　pDC是glCDC一個實例的一個指針。
　　
　　2.2.3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，構建的模型的如下：
　　
　　classPexSeL//離散的小方塊實體模型
　　
　　整個工件可表示為：PexSelBox[x][y]；//x，y為工件分辨率
　　
　　2．3運動模塊的設計
　　
　　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的圖片以較快的速度進行切換，就能得到連續的運動效果。相似地，在一定地時間里繪制N張相關的圖片，就能得到計算機動畫效果。先設置一個系統時間，讓它不停的刷新畫面，接下來的工作就是繪制這些相關的圖片。
　　
　　圖形的繪制，把它封裝成按參數化形式繪制，只要將其參數進行修改就可以實現動畫控制。
　　
　　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繪制即可實現正方體移動動畫。接下來的工作需按時間對位置變量進行控制，實現需要的運動。設計一些位置控制器，如直線、圓弧位置控制器等
　　
　　cIassMoveCircle//實現圓弧運動計算器
　　
　　classMovenne//實現直線運動計算器
　　
　　……
　　
　　2．4編譯模塊的設計
　　
　　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。編譯過程是輸入數控加工程序，輸出目標代碼或錯誤信息。本系統采用逐行掃描方式，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。
　　
　　設計一個編譯類Compile。
　　
　　輸入：CStringm_Nccode；//一段NC代碼
　　
　　功能函數：
　　
　　Wo-check（）//詞法檢查
　　
　　SyntaxCheck（）//語法檢查
　　
　　輸出：CStringerrInfo//錯誤信息
　　
　　操作數據對象
　　
　　ProgramNodeNcSegementStruct//編譯后生成的中間文件。
　　
　　CTypedPtrList<C0bList，CPart*>*m_curvelist；//生成的刀具軌跡鏈表
　　
　　2．5監測反饋模塊的設計
　　
　　機床參數系統的沒計：
　　
　　1）設計一個后臺數據庫CDaoDatabasem_db，后臺數據庫使用微軟公司的ACCESS制作；
　　
　　2）所有的變量設計一個MachineState類來集中進行管理。
　　
　　3）狀態監測，設計一個類RunErrCheck，實現功能包括非法報警、工件與刀具干涉、非法操作和越程等。
　　
　　3小結
　　
　　數控加工過程本身是一個十分復雜的過程，它是對零部件設計、工藝規劃等許多工作的一個檢驗。本文建立的系統已經具備虛擬機床的基本功能，仍然存在以下幾個需要改進的地方：
　　
　　1）工件模型可以進一步進行研究，找出結構更，顯示速度更快的模型，使得切削過程更加逼真、快捷；
　　
　　2）運動模型需要進一步研究，構造更強大的運動控制器，如曲線運動控制、曲面運動控制，以滿足更CNC系統刀位控制要求；
　　
　　3）本系統只研究了純幾何仿真，對于加工中一些力學因素沒有考慮，今后可通過建立加工過程的力學物理仿真模型，進行加工過程切削性能與切削效果仿真。