基于Vericut和Mastercam机床仿真的实现

第１８卷第１期　２　０　１　０年２月　电　脑　与　信　息　技　术　Ｖｏｌ＿１８　Ｎｏ．１　Ｆｅｂ．２０１０　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　文章编号：１００５—１２２８（２０１０）０１—００３１—０２　基于Ｖｅｒｉｃｕｔ和Ｍａｓｔｅｒｃａｍ机床仿真的实现　刘金玲　（徐州广播电视大学铜山分校，江苏徐州　２２１００８）　摘要：根据虚拟现实的特点，从教学实际出发，将Ｖｅｒｉｃｕｔ和Ｍａｓｔｅｒｃａｍ相结合，实现了机床的仿真。Ｖｅｒｉｃｕｔ仿真功能强　大，Ｍａｓｔｅｒｃａｍ数控编程简单易学，二者结合进行虚拟仿真过程简单，编程容易导入，从而增强了机床教学的可视化，在教　学过程中通过模拟机床操作过程，加深了学生对机床学习的印象，激发了学生学习理论知识的兴趣，减少了实际操作中对　实体机床的一些损坏。　关键词：虚拟现实；机床仿真；教学；编程　中图分类号：ＴＰ３９１　文献标识码：Ａ　Ｔｈｅ　Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｖｅｒｉｃｕｔ　ａｎｄ　Ｍａｓｔｅｒｃａｍ　ＬＩＵ　ｌｉｎ—ｌｉｎｇ　（Ｔｏｎｇｓｈａｎ　Ｘｕｚｈｏｕ　Ｒａｄｉｏ　ａｎｄ　Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｕｚｈｏｕ　２２１００８，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｖｉｒｔｕａｌ　ｒｅａｌｉｔｙ　ｔｈｅ　ｔｅｘｔ　ａｃｈｉｅｖｅｓ　ｔｈｅ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　Ｖｅｒｉｃｕｔ　ａｎｄ　Ｍａｓｔｅｒｃａｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｔｅａｃｈｉｎｇ．Ｖｅｒｉｃｕｔ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｐｏｗｅｒｆｕ１．Ｍａｓｔｅｒｃａｍ　ＣＮＣ　ｐｒｏｇｒａｍ　ｃａｌｌ　ｍａｓｔｅｒ　ｅａｓｉｌｙ．Ｔｈｅ　ｖｉｒｔｕａｌ　ｓｍｕｌｉａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｉｓ　ｓｉｍｐｌｅ。ｅｎｈａｎｃｉｎｇ　ｔｈｅ　ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｔｏｏｌ　ｏｆ　ｔｅａｃｈｉｎｇ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｃａｎ　ｄｅｅｐｅｎ　ｔｈｅ　ｉｍｐｒｅｓｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｔｕｄｅｎｔ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　ｉｎｔｅｒｅｓｔｅｄ　ｉｎ　ｌｅａｒｎｉｎｇ　ｔｈｅｏｒｙ　ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｄｕｃｅｓ　ｓｏｍｅ　ｄａｍａｇｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ａｃｔｕａｌ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｖｉｒｔｕａｌ　ｒｅａｌｉｔｙ；ｍａｃｈｉｎｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｔｅａｃｈｉｎｇ；ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ　虚拟现实（Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｒｅａｌｉｔｙ，简称ＶＲ）是用计算机仿　真的方式生成一种虚拟环境ｆ、，ｉｒｔｕａｌ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，简称　问题，从而指导设计阶段的工作。虚拟制造所能起到的　作用已被越来越多的企业所意识到，目前正得到越来　越广泛的应用。　ＶＥ），通过各种传感设备，将用户“投入”到该环境中，实　现用户与该环境直接进行自然交互的技术，它具有沉　浸一交互一构想（Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ—Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ—Ｉｍａｇｉｎａｔｉｏｎ）３　个基本特征。近年来，虚拟现实技术尤其是桌面虚拟现　实技术在生产实践中得到了广泛的应用。基于虚拟现　１虚拟仿真常用的方法　在数控机床的教学中实际感受机床的功能对学生　的直观学习有很大的好处，但是因为经济的原因使教　学很难在需要的时候就能满足这种要求，因此虚拟仿　真系统在教学中起着举足轻重的作用。虚拟仿真系统　的开发可以有多种形式，目前用得比较多的主要有以　下方式：　实技术的虚拟制造（Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）是实际制造　在计算机上的本质体现，它是各种计算机辅助技术面　向产品全生命周期的集成化综合运用。　随着科技的发展，产品需求的多样化进一步扩大，　个性化需求得到迅速增强，能否以最低的成本、最好的　质量以及最快的响应速度响应市场需求决定着企业的　（１）主模块的开发选择ＶＣ＋＋编辑器，实体图形模　块采用ＡｕｔｏＣＡＤ，可以使用支持ＯｂｊｅｃｔＡＲＸ库函数来　访问ＡｕｔｏＣＡＤ；　效益。这就要求企业采取措施提高产品设计成功率，缩　短产品设计周期。而虚拟制造可以弥补传统设计分析　工具的不足，可以帮助设计师和工艺师进行产品设计　和制造；加工过程的可视化展示技术的应用可以提高　设计的成功率，及时发现加工过程、装配过程中存在的　（２）软件使用ＶＣ＋＋设计开发，使用交互式ＯｐｅｎＧＬ技　术实现机床三维显示，以及数控加工过程仿真；　（３）平台使用ＶＣ＋＋和ＶＲＭＬ虚拟现实语言建立　实体模型；　收稿日期：２００９—１１一ｌ５　作者简介：刘金玲（１９７３一），女，硕士，讲师，研究方向：计算机图形学。　电　脑　与　信　息　技　术　２０１０年２月　（４）基于ＵＧ建立实体模块，采用Ｖｅｒｉｃｕｔ进行数　“Ａｐｐｌｙ”按钮。同样的方法添加机床其余组件，生成机　床的几何模型如图２所示：　Ｆｌｌｅ　Ｅｄｉｌ　Ｃｏｍｌｏｏ＇￣ｅｎｔ　控仿真；　（５）由ＭａｓｔｅｒＣＡＭ得到加工过程的数控Ｇ代码，　采用Ｖｅｒｉｃｕｔ仿真系统完成数控仿真。　前三种方式通过编程实现仿真灵活性较强，但是　开发难度较大，编程工作量很大，第四种的ＵＧ方式主　要被机械类专业人员使用，ＵＧ的功能强大，但被掌握　８　留ＢａｓｅＩ●，０，　Ａｔｌａｃｈ《０，０，０）　卺秒ｚ《ｅ．Ｏ．０）　岛Ｉ留Ｂｃ０，Ｅ，０）　８固Ａ　ｑＯ．０．０ｌ　的难度相应也比较大，而ＭａｓｔｅｒＣＡＭ软件功能齐全，　并且学习的难度不大，因此本文基于Ｖｅｒｉｃｕｔ和Ｍａｓ—　ｔｅｒｃａｍ，建立了一个虚拟数控机床仿真系统，可以满足　教学中数控的仿真过程，使学生能有身临其境的感觉，　实现“在计算机上实现制造的本质内容　。　２　Ｖｅｒｉｃｕｔ和Ｍａｓｔｅｒｃａｍ的功能和特点　ＶＥｅｆｉｃｔｕ是一款专为制造业设计的ＣＮＣ数控机　床加工仿真和优化软件，取代了传统的切削实验部件　方式，Ｖｅｒｉｃｕｔ通过模拟整个机床加工过程和校验加工　程序的准确性，帮助清除编程错误和改进切削效率。　Ｖｅｒｉｃｕｔ是全世界ＮＣ验证软体的领导者。使用　Ｖｅｆｉｃｕｔ可在产品实际加工之前，模拟ＮＣ加工过程，以　检测刀具路径中可能存在的错误，并可用於验证Ｇ代　码和ＣＡＭ软体输出结果，Ｖｅｒｉｃｕｔ可在ＵＮＩＸ、Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＮＴ／ＸＰ等系统下进行。本系统有三大主要功能：常规工　作模拟／验证与分析、刀具路径最优化／工具机与控制　器系统模拟。　Ｍａｓｔｅｒｃａｍ是由美国ＣＮＣ　Ｓｏｆｔｗａｒｅ　ＮＣ公司推出的　基于ＰＣ平台的ＣＡＤ／ＣＡＭ一体化软件。作为基于平台　的ＣＡＤ／ＣＡＭ软件，由于对硬件的要求不高，可以在普　通计算机上运行，且操作灵活，易学易用，效率高。它包　括３个功能模块，分别是Ｄｅｓｉｇｎ、Ｍｉｌｌ和Ｌａｔｈｅ，其中　Ｄｅｓｉｎｇ为ＣＡＤ模块，Ｍｉｌｌ和Ｌａｔｈｅ为ＣＡＭ模块。用户　可以通过ＣＡＤ模块进行几何图形的绘制，然后通过　ＣＡＭ模块编制刀具路径，通过后处理转换成ＮＣ程序，　传送至数控机床中进行加工。　３数控机床仿真模块的建立　３．１建立机床结构模型　打开Ｖｅｒｉｃｕｔ，在工具栏选择Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　Ｔｒｅｅ，依次　定义机床的各个组成部分，得到机床组件树如图１所示。　按机床的实际位置尺寸绘制各个组成部分的模　型，以机床夹具模型为例，单击Ｆｉｘｔｕｒｅ（０，０，０）组件，选　择Ｍｏｄｅｌ标签，设置Ｔｙｐｅ＝Ｂｌｏｃｋ，输人模型的长、宽、　高：Ｌｅｎｇｔｈ（Ｘ）＝４００，Ｗｉｄｔｈ（Ｙ）＝３００，Ｈｅｉｇｈｔ（Ｚ）＝４０．８，单　击“Ａｄｄ”按钮，单击Ｐｏｓｉｔｉｏｎ，输入（一２００—１５０　０），单击　、帚鳃　黧露　鲁　Ｙｔ０．０．０）　ｘｆｏ，口．０）　Ｆｉｄｕｒｅ１０，０，Ｄ）　Ｓｔｏｃｋ《０．０．０Ｉ　图１机床组件树　图２机床几何模型　３．２生成刀具文件　双击“Ｔｏｏｌｓ”按钮，进入Ｔｏｏｌ　ｍａｎａｇｅｒ刀具定义界　面。单击“ａｄｄ’Ｌ１　１０ｏ卜－Ｎｅｗ—Ｍｉｌｌ，输入相应的数值生成　一把１　０ｍｍ的球头铣刀；单击Ａｄｄ－－－Ｔｏｏｌ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ－－　Ｈｏｌｄｅｒ，添加相应的刀柄，设置完成后保存刀具文件。　３．３转换ＭａｓｔｅｒＣＡＭ　ＮＣｌ数据　利用ＭａｓｔｅｒＣＡＭ　ＮＣＩ转换器并遵循以下操作把　ＮＣＩ文件转换成比ＡＳＣＩＩ码低层次ＡＰＴ刀具路径文　件。　（１）打开ＭａｓｔｅｒＣＡＭ转换窗口：在Ｖｅｆｉｃｕｔ中，单击　“ｆｉｌｅ”一“ｃｏｎｖｅｒｔ”一“ｍａｓｔｅｒｃａｍ”命令ｏ　（２）输入或选择包含ＮＣＩ数据的文件。　（３）输入或选择转换后的ＡＰＴ刀具路径文件。　（４）输入刀具高度参数。　（５）输入圆弧误差。　（６）输入换刀抬刀高度。　（７）选择刀具的控制点。　（８）单击运行进行转换。　４机床加工过程仿真　机床仿真可以逼真的显示刀具、夹具、机床的运行　过程，其过程如下：　（１）打开机床模型，设置毛坯大小及形状；　（２）打开Ｃｏｎｉｆｇｕｒａｔｉｏｎ－－－Ｃｏｎｔｒｏｌ－－Ｏｐｅｎ，设置Ｓｈｏｒｔ—　ｃｕｔ＝ＣＧＴＥＣＨ—ＬＩＢＲＡＲＹ，选择ｇｅ＿２０ｏ０ｍｃｃｄ控制文件；　（３）添加已经建立的刀具文件；　（４）单击Ｐｒｏｊｅｃ卜＿ＮＣ　ｐｒｏｇ瑚ｎ—Ｇ—ｃｏｄｅ　Ｄａｔａ，单击　ａｄｄ按钮，选择ＭａｓｔｅｒＣａｍ生成的刀轨文件，作为ＮＣ　驱动程序；　（５）单击Ｒｅｓｅｔ按钮，再点击Ｐｌａｙ　ｔｏ　Ｅｎｄ按钮，运　行加工过程的仿真，结果如图３所示：　（下转第７０页）　电　脑　与　信　息　技　术　２０１０年２月　作用。　综合能力的考核贯穿在整个教学过程中，主要评　书面作业是加深对知识的理解和巩固的过程，书　面作业要多布置一些需要记忆、理解和思考的东西，如　概念的理解、程序的流程图、设计作业的思考过程等，　而不能为了增加作业的次数让学生抄写操作步骤。　价学生在整个学习过程中的每一次设计作业，培养学　生的自主学习能力和创造能力，这一点上我们还是采　取课程设计的方式，学习的中后期应将学生引导到自　己分析实际问题，解决问题的道路上来，提高学生的综　合能力，将学生最终设计的作品作为一个依据进行考　核，也可以让学生参与老师的项目，针对其解决的情况　来给以公正的考核。　５合理的考核方式，重视学习过程　课程考核是检验教学质量和教学效果的主要手　段。考核力度设置得是否合理，将直接影响成绩的合理　性和客观性。我们培养的学生要能适应将来工作的需　要，考评学生成绩时就应带着工作实际问题来进行，以　培养和提高他们的实际运用能力、思维能力和创新能　力。　计算机应用课程的考核分成两部分：一是对基础　知识和基本技能的考核，主要考查学生对课程内容的　掌握情况；二是综合能力的考核，主要考查学生对知识　６结束语　当今是信息时代，学生应用计算机的水平亟待提　高，但是学生的时间有限，特别是非计算机专业的学　生，为了让学生能在有限的时间内学得更好，提高得更　快，我们必须从各个方面着手，相信随着广大教师学术　水平的不断提高和教学经验的不断积累，《高级语言程　序设计》课程会越开越好，水平会越来越高！　参考文献：　［１］吴星．如何教好ＶＢ程序设计课【ＪＪ．电脑与信息技术，２００５，１３（６）：　４ｌ—４２．　的灵活运用能力。基本技能的考核可以通过上机操作　考试的形式进行，这类考试的试题都是一些包含各单　元知识点的操作题，在每个学习的期末学生都会参加　海南省统考，还有学生参加的全国计算机信息高新技　术考试，这些都可以作为学生的基础知识和基本技能　的考核依据。　【２】伍超奎．非计算机专业《Ｖｉｓｕａｌ　Ｂａｓｉｃ程序设计》课程教学改革探讨　忉．高教论坛，２００４，（５）：１１６－１ｌ８．　【３】甄慕华．浅谈计算机课堂教学改革【Ｊ】．机械职业教育，２ｏｏ５（５）：　４６—４７　（上接第３２页）　ＣＡＭ结合，实现了机床的仿真过程，该仿真易学易用，　可以作为教学中对机床教学的一种补充形式。这样的　仿真过程可以加深学生对机床操作的理解，在仿真后　熟悉机床的功能和注意事项的基础上进一步对机床进　行相应的操作，既可以弥补实体机床的不足，又可以在　对实体机床的操作中避免一些不必要的损坏。　参考文献：　【１１肖田元．虚拟制造研究进展与展望叨．系统仿真学报，２００４，１６（９）：　１８７９一ｌ８８３．　【２】王栋．俞涛，虚拟数控机床仿真系统的研究与实现们．机床与液压，　２００６，（９）：３３—３６．　［３］魏娟，肖云娜．基于ＶＥＲ／ＧＵＴ数控机床仿真系统的建立与应用忉．　图３加工过程仿真　机床与液压，２００７，（１１）：１４１—１４２，ｌ４５．　［４］李云龙，曹岩．数控机床加工仿真系统ＶＥＲＩＣＵＴ［Ｍ］．西安交通大学　出版社，２００５．　５总结　作为仿真的一种方法，本文将Ｖｅｉｆｃｕｔ和Ｍａｓｔｅｒ－　【５５】　何满才．数控编程与加工：Ｍ￣ｔｅｒｃａｍ　９．０实例详解【Ｍ】．人民邮电出　版社。２００４．