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UCP600虚拟机床建模及应用作者：李学军孟建刚王晓勇来源：《科技创新导报》 2012年第1期李学军孟建刚王晓勇(许昌烟草机械有限责任公司河南许昌 461000)摘要:介绍了虚拟机床建模方法,根据UCP600机床实际参数及VERICUT虚拟机床建模流程,对五轴机床UCP600完成建模,并应用此虚拟机床对叶轮加工数控程序进行了仿真校验,通过与实际切削加工比较两者结果一致,从而证实运用此种方法可以准确地仿真加工过程。
该方法具有良好的通用性,可以作为其它零件加工仿真的参考。
通过此种方法可以消除试切中的干涉现象,免去试切的危险,降低生产成本,缩短制造周期。
该技术在现代制造业中具有广阔的应用前景。
关键词:虚拟机床建模叶轮中图分类号:TG65;TP391.9 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)01(a)-0053-02随着现代制造业的发展,零件的复杂程度、精度要求越来越高,叶轮、叶片等复杂曲面体零件,由于其制造工艺复杂,只能在五轴联动数控机床上加工。
这种复杂曲面体加工是当今机械加工技术中的尖端技术,是涉及到多学科的一项综合工程技术[1]。
在实际加工中,既使很有经验的工程师也需要使用易切削的材料(如:蜡模、木模、尼龙等)来进行多次试切,通过试切检验加工程序正确与否;这样不仅造成了人力、时间、能源和材料的浪费且效率低下。
考虑到高昂的加工成本,为了提高加工成功率,引入了数控加工仿真技术。
随着计算机技术的发展,加工仿真技术有了长足的进步,数控加工可以从切削仿真做到机床仿真,不但可以模拟刀具的切削轨迹,还可以模拟机床的运动、被加工工件的切削过程等。
通过对加工仿真技术的研究可以大大的缩短叶片加工的准备时间,优化加工程序,同时起到对机床、刀具及工件的保护作用[2]。
虚拟制造技术正是在这种背景下出现的一种新的先进制造技术。
在实际加工过程前,对加工过程进行仿真、预测,可预先发现和改进实际加工中的问题,以更完善的加工工艺投入生产[3]。
基于OpenGL的数控车削仿真软件的实现【摘要】针对目前数控车削加工的实际特点，研究开发了一种数控车削程序校验软件。
该软件是基于Windows开发平台下的Visual C++6.0开发环境和OpenGL图形设备接口开发的数控车床仿真系统，软件实现了G、M、F、T、S 等常用数控代码的仿真功能，并且实现了常用三维软件的各种视图、平移、旋转、放大、缩小、渲染、光照、材质等操作。
在教学演示、加工程序校验中具有一定的实际应用价值。
【关键词】数控车削；仿真系统；Visual C++6.0；OpenGL；数控代码1.前言多品种小批量的生产已经成为现代制造业的主要的生产模式，数控车床正是适应这种生产模式柔性化的生产工具。
数控加工过程隐含在数控程序中，数控程序中的错误不容易发现，因此无论是在实际生产中、还是教学的过程中都造成很大的资源、人力、物力的浪费。
从教学的角度说，可以提高学生的学习兴趣，使学生可以按照自己的想象力来进行实际练习，又不必担心浪费资源；从企业培训的角度来说，可以减少由于培训过程中实际加工造成的毛胚、刀具的浪费和对机床的损害，同时可以让学员充分了解加工过程；从实际生产的角度来说，可以在产品实际加工之前确定合理的、优化的加工方案，并且可以进行模拟试切加工，不但提高了生产效率，产品的质量得到了很大保证[1-2]。
国外的数控车床的水平已经很高，然而我国现代制造业的数控车的水平还不是很高主要原因之一就是，现在的企业或者科研单位都不能花费大量的财力和资源来培养数控车的技术人员，而实际的操作是培养这些人员的必经之路，因此开发一套数控车床的加工过程仿真软件是十分必要的。
2.仿真系统的实现方法[3-4]仿真过程的实质是做出符合实际运动规律的动画，因此核心是计算每一帧工件的轮廓，以往的设计中有使用下面的设计思路：首先把加工的零件离散成空间的点坐标，通过每三个点按照一定的方向科学的生成一个三角面片，只要工件离散的点坐标足够的密，就可以通过OpenGL显示非常逼真的模型。
基于OpenGL的立体车库三维仿真系统实现
奚俊峰
【期刊名称】《工业控制计算机》
【年(卷),期】2010(023)006
【摘要】搭建了基于OpenGL图形库及UDP协议的软硬件仿真平台,分析了系统中的双缓存技术、三维模型读取、模型数据驱动、可变视点等关键技术,设计了立体停车库可视化仿真系统.该系统实现了模拟仿真立体车库出入库三维场景,设备运行效率统计等功能.
【总页数】3页(P12-14)
【作者】奚俊峰
【作者单位】兰州交通大学机电技术研究所,甘肃,兰州,730070
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于VC和OpenGL的导航仿真系统三维物体建模的实现 [J], 吴昊;刘建业;赵伟;段方
2.基于MATLAB与OpenGL的子母弹飞行三维图形仿真系统设计与实现 [J], 李芳;徐丽;余文力
3.基于VC+ +的OpenGL三维动画仿真系统的实现 [J], 韩桃;宋文忠
4.基于 OpenGL 的地下储备库三维仿真系统的设计与实现 [J], 马炜玮
5.基于OpenGL的微观分子运动三维实时动画仿真系统设计和实现方法 [J], 张茹;李玉忱;左凯;蒋志方
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基于OpenGL的数控车削仿真系统的研究的开题报告一、选题的背景和意义数控车床是一种高精度、高效率的加工设备，被广泛应用于机械加工领域。
在机床的设计和加工生产过程中，通过仿真系统对机床加工过程进行模拟，有助于提高加工效率，降低生产成本。
因此，基于数控车床的仿真系统研究具有重要的理论和现实意义。
二、研究的内容和目标本课题研究基于OpenGL的数控车削仿真系统，包括机床模型的建立、加工过程仿真、用户交互等方面的内容。
课题目标是实现一个基于OpenGL的数控车削仿真系统，用于模拟数控车床的加工过程和提高加工效率。
三、研究的思路和方法本课题采用OpenGL图形库进行开发，以C++语言作为开发语言，采用面向对象的方法进行设计和编程。
主要研究思路是：1.数控车床模型的建立：建立数控车床三维模型，包括机床本体、主轴、切削刀具等要素。
2.数控车床加工过程仿真：模拟数控车床加工过程，包括主轴的旋转、切削刀具的运动和切削过程等，通过图形化的方式展现加工过程。
3.用户交互：提供友好的用户交互界面，支持用户对加工过程的观察和控制。
四、研究的预期结果和意义通过本课题的研究，将实现一个基于OpenGL的数控车削仿真系统，具有以下预期结果和意义：1. 提高数控车床的加工效率，降低生产成本。
2. 为机床设计提供有益的参考。
3. 拓展OpenGL图形库在机械工程领域的应用范围。
4. 对计算机图形学和机械加工技术的研究具有推动作用。
五、进度安排本课题的实验研究主要分为以下几个方面：1.数控车床模型的建立和仿真环境搭建。
2.数控车床加工过程的模拟和机床控制。
3.用户交互部分的设计和实现。
4.系统测试和性能优化。
六、预期的经费和资源本课题所需经费主要用于实验用计算机的购置和软件平台的支持，预计总经费为5000元。
七、结论本课题研究基于OpenGL的数控车削仿真系统，旨在提高数控车床的加工效率，降低生产成本，为机床设计提供有益的参考，拓展OpenGL 图形库在机械工程领域的应用范围，对计算机图形学和机械加工技术的研究具有推动作用。
基于OpenGL的虚拟场景建模技术研究近年来，基于OpenGL的虚拟场景建模技术得到了广泛的应用和发展。
OpenGL是一种跨平台图形库，通过使用OpenGL库，我们可以很方便地创建3D 场景和动画效果。
这种技术已经被广泛应用在游戏开发、工程仿真、互动设计等领域。
在虚拟场景建模技术上，OpenGL作为一个强大的开发工具，可以使得场景建模更加快速，灵活和高效。
OpenGL技术一般被称为“立体仿真技术”，这种技术允许用户建立虚拟的3D场景，使其看起来像现实环境一样。
在这个虚拟场景中，用户可以自由地控制角色进行各种操作，如观看、走动以及与环境进行交互等。
这是因为OpenGL可以通过实时渲染模拟现实世界中的光线、颜色、纹理等物理特征，使得场景呈现出逼真的效果。
为此，人们利用OpenGL技术进行实时3D场景的建模已成为一种趋势。
基于OpenGL的虚拟场景建模技术包含了多种关键技术，如光照计算、纹理映射、阴影计算、3D模型建模等等。
其中，纹理映射技术是OpenGL技术中最常用的一项技术，使用这种技术可以将2D纹理映射到3D物体表面上，从而更加逼真地模拟物体表面的特征，增强场景的真实感。
除此之外，阴影计算技术是另一种基于OpenGL的虚拟场景建模技术，它可以模拟光线在不同物体之间的相互作用，从而生成真实的阴影效果。
这种技术对于场景的真实性尤为重要。
在实际建模过程中，利用OpenGL库进行阴影计算是一种常用的方式，这种方法可以快速地生成逼真的阴影效果，使得场景看起来更加真实。
在实际的建模过程中，3D建模技术是OpenGL技术中的核心技术之一。
使用该技术，可以构建出各种3D物体的模型，从而丰富场景内容，增加场景趣味性。
3D建模技术需要一定的计算机图形学知识作为基础，开发人员需要熟悉各种三维建模软件和计算机辅助设计工具，以便快速地构建出丰富多彩的3D模型。
除此之外，光照计算也被认为是OpenGL虚拟场景建模技术中一个至关重要的技术。
基于VC和OpenGL实现虚拟数控铣床及加工过程
汪木兰;徐开芸;黄陈蓉;周伯荣
【期刊名称】《现代制造工程》
【年(卷),期】2007(000)006
【摘要】提出将虚拟现实技术应用于数控铣削加工仿真系统中,以Visual C++为开发平台,在虚拟场景中,根据数控铣床的结构特点和主要组成单元,以FANUC数控系统为背景,利用OpenGL技术构建出三轴数控铣床的三维虚拟模型,并设计出相应的数控铣削加工仿真系统,详细介绍人机交互界面和数控加工程序执行过程的实现方法,并给出逼真的仿真实例,效果较好,可以应用于数控加工程序的验证、数控技术的教学和培训等场合.
【总页数】4页(P26-29)
【作者】汪木兰;徐开芸;黄陈蓉;周伯荣
【作者单位】南京工程学院先进数控技术江苏省高校重点建设实验室,南京,210013;南京工程学院先进数控技术江苏省高校重点建设实验室,南京,210013;南京工程学院先进数控技术江苏省高校重点建设实验室,南京,210013;南京工程学院先进数控技术江苏省高校重点建设实验室,南京,210013
【正文语种】中文
【中图分类】TG659
【相关文献】
1.数控铣床加工过程虚拟仿真系统软件包简介 [J], 任艺;吴卫刚
2.基于VC和OpenGL的虚拟数控加工仿真的研究 [J], 史永芳
3.数控铣床加工过程虚拟仿真系统的设计 [J], 叶晓丽
4.基于OpenGL与VC++的虚拟数控铣孔仿真研究 [J], 张玉霞;王培俊;扈志远;聂良兵;潘璇
5.基于OpenGL与VC++的虚拟数控车床加工仿真研究 [J], 侯磊;王培俊;李国良;张荣
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第19卷第4期郑州工业高等专科学校学报2003年12月V ol.19 N o.4JOURNA L OF ZHE NG ZH OU PO LY TECH NIC I NSTIT UTE Dec.2003收稿日期:2003-09-09作者简介:徐忠杰(1972—),男,河南郑州人,郑州燃气股份有限公司,主要从事设备管理。
基于OpenG L 的3D 仿真图形设计徐忠杰1,徐回忆2(1.郑州燃气股份有限公司,河南郑州 450052; 2.郑州工业高等专科学校,河南郑州 450007)摘要: 介绍了Windows 环境下基于VC6.0的OpenG L 的车床的3D 的图形仿真技术,并简要地给出了车床的仿真程序设计步骤和例程的执行结果。
关键词:OpenG L 仿真;Visual C ++6.0;图形设计中图分类号:TP391.9文献标识码:B 文章编号:1008-7419(2003)04-0017-03图形制作和显示一直是计算机的一大课题。
图形在军事、航天、航空、医学、广告、仿真、虚拟现实等领域的应用越来越广泛。
特别是在教学和一些课题设计中,由于设备制造的费用很高,所以图形的仿真就显得很重要。
目前很多的绘图软件,如:2C A D 、3DMax 、PhotoShop 等,虽然可以很容易地建立模型,但它们画出的图形很难控制,无法实现动态模拟。
OpenG L 突破了这种限制,可以方便地实现图形的动态模拟,并且可以构成组态软件。
下面以CK 0630车床仿真为例,对其核心技术作一简单介绍。
1 OpenG L 介绍OpenG L 是一种硬件和图形的软件接口,实际上就是一个三维图形模型库。
它在三维的真实感图形制作中有着优越的性能。
另外,OpenG L 自身也是一个API ,它是一个和软件无关的编程接口,而且可以在不同的软件平台(例如VB ,VC 等)上方便地移植。
由于OpenG L 可以在不同的硬件平台上编程,所以它不但没有包含处理窗口的命令,而且也不包含三维造型的高级命令,但它可以通过基本的几何图元———点、线、多边形来建立物体模型,并且它可以随心所欲地控制物体模型、制作C AD 、制作三维动画、实现虚拟仿真、制作商业广告、进行影视采辑,这些都使我们制作三维图形更方便、更真实。
基于OpenGL的虚拟车床几何建模
1引言数控加工虚拟仿真是综合利用计算机图形学和系统仿真学等技术模拟数控加工过程的交叉性学科，它是虚拟制造技术的重要组成部分。
通过虚拟仿真，可以高效便捷地检查刀具路径、检验加工方法和NC程序的正确性，从而保证加工质量提高加工效率。
在数控加工虚拟仿真中，建立数控机床的三维几何模型是一项基本任务。
如何结合虚拟仿真环境的特殊要求，提高几何模型的质量，一直是数控加工虚拟仿真以至整个虚拟制造技术研究的重点之一。
1 引言
数控加工虚拟仿真是综合利用计算机图形学和系统仿真学等技术模拟数控加工过程的交叉性学科，它是虚拟制造技术的重要组成部分。
通过虚拟仿真，可以高效便捷地检查刀具路径、检验加工方法和NC程序的正确性，从而保证加工质量提高加工效率。
在数控加工虚拟仿真中，建立数控机床的三维几何模型是一项基本任务。
如何结合虚拟仿真环境的特殊要求，提高几何模型的质量，一直是数控加工虚拟仿真以至整个虚拟制造技术研究的重点之一。
本文论述基于Open GL建立数控机床三维几何模型的优点，特别是利用OpenGL实用工具包提高三维几何模型建模的优点，简要说明GLUT的功能安装等，详细分析基于OpenGL几何建模中的一些重要问题，在此基础上建立虚拟车床的几何模型。
2 几何建模特点及方法
数控加工虚拟仿真是在虚拟环境中研究数控加工过程的现象和问题，因此以三维形式表达几何模型是虚拟仿真可视化的基本要求。
更重要的是，实时性和真实感这一虚拟仿真研究中的主要矛盾，在数控加工仿真研究中显得更为突出。
在实时性方面，当前虚拟仿真建模对象已经从刀具、工件扩展到床身、夹具、控制面板等整个机床。
零部件数量和复杂度的增加，对仿真运行的实时性提出更高要求。
在真实感方面，对于几何模型的表达，不仅要求形状准确，而且要求利用光照材质等技术增强虚拟环境的真实感。
虚拟仿真几何建模常用的方法是，在成熟的CAD平台建立几何模型，然后利用数据交换程序读入到数控仿真系统中。
这种方法因为CAD建模平台功能强大而效率很高，但是在实时性和真实感方面却有不足之处。
如果在转换后仍然要求几何模型保持原来模型足够的信息，那么转换后的模型文件通常比原来的模型文件要大，这不利于虚拟仿真运行的实时性；模型转换的结果有可能不利于模型的真实性表达。
例如1个矩形面在转换后可能用2个共斜边的直角三角形表
达，这样在光照计算时该面有突变。
采用直接构建三维几何模型的方法可以避开这些不足。
不但如此，对于数控加工虚拟仿真，采用直接几何建模方法有2个优点。
虚拟仿真研究重心是对于加工过程，常常对工件、刀具等进行仔细的几何建模，而对其他零部件如床身、主轴箱等进行适当简化，用长方体、圆柱、圆锥等来表达之；除了刀具、工件等零件外，绝大多数零部件的几何模型建立后几乎不再改变，因此直接建模方法也具有“一次建模，多次使用”的优点。
OpenGL强大的图形能力为直接建模方法提供了有力的支持，通过对基本三维几何模型进行变换、装配等，可以较为方便地建立机床的几何模型，尤其是GLUT 实用工具包提供了一些基本的三维几何模型，显著提高了几何模型工作的效率。
本文以车床为例，说明直接利用OpenGL／GLUT建立三维模型的主要技术。
简要说明了GLUT的功能和安装。
根据虚拟仿真的要求，可将数控车床分为床身、主轴箱、主轴卡盘、尾座、刀架、刀具和工件7部分。
其中除床身和主轴箱外，其他5个构件均为运动件。
在此基础上利用矩阵变换特别是缩放变换，构建了虚拟车床的几何模型。
3 GLUT主要功能和安装
GLUT是基于OpenGL的一个实用工具包，它提供许多实用的功能，如多视窗的绘制、回调函数驱动的事件管理、支持多种输入设备(键盘、鼠标、空间球等)、空闲事件与定时器、下拉式菜单管理、三维几何模型绘制、位图与字体等。
3.1 GLUT的基本功能
包括窗口初始化功能、事件处理、窗口和菜单管理、回调函数注册和几何建模功能。
窗口初始化功能，它有4个函数。
主要用于处理初始化并以及命令行参数，初始化显示模式，指定窗口左上角在屏幕上的位置和窗口大小，以像素为单位。
事件处理只有一个函数，它用于显示创建的窗口、处理输入的事件、触发回调函数、进入循环直到程序退出。
窗口管理包含18个函数，用于建立、销毁窗口及可能的子窗口，管理和设置窗口的属性。
在GLUT中有20个回调函数，用于响应用户事件。
最重要的回调函数是
glu tD isplayFunc，当GLUT认为需要重新显示窗口内容时，都将执行这一函数注册的回调函数。
另外一些重要的回调函数注册函数有：函数glu tR e-shapeFunc用于注册窗口大小改变这一事件发生时GLUT将调用的函数。
glutKeyboardFunc和glutMouseFunc用于注册键盘和鼠标事件发生时的回调函
数。
函数glutMotionFunc注册鼠标移动事件的回调函数。
这3个函数用于人机交互处理。
在没有其他事件处理时，GLUT将调用函数glutldleFunc注册的函数，而函数glutTimerFunc则注册处理定时器事件的函数。
OpenGL绘图函数只能生成点、直线、多边形等简单的几何图元，GLUT提供了18个创建三维物体的函数。
利用它们可以创建9种三维物体，如圆锥体、立方体、球体等，每一物体有线框和实体2种方式。
3.2 GLUT的安装
在Windows XP／Visual C++6.0下进行GLUT编程时，首先要进行OpenGL的基本设置，然后再进行GLUT设置。
进行OpenGL基本设置时，必须加入3个OpenGL库，分别是opengl32.lib，glu32.lib和glaux.lib。
具体的方法是在Visual C++6.0环境中，依次选择“项目”、“设置”、“链接”、“对象∣库模块”，然后添加
“opengl32.lib glu32.libglaux.lib”，必须注意3个文件之间的分隔符不是逗号而是空格。
在程序开发时，必须包含2个OpenGL头文件，即gl.h和glu.h。
在Visual C++6.0中，还需要在这2个文件之前包含头文件windows.h，这是因为在gl.h 和glu.h中使用一些在Windows.h中定义的宏。
GLUT的安装包括3项内容。
(1)将glut32.dll文件复制到操作系统的System32或System目录下；
(2)将glut.h文件复制到Visual C++安装目录下的Include＼GL文件夹下；
(3)将glut32.lib文件复制到到Visual C++安装目录下的Lib文件夹下。
上述设置结束后，在编程应用中，将头文件glut.h包含在gl.h和glu.h之后即完成GLUT的安装设置。
4 坐标系匹配
为在车床中正确安装各构件，必须结合数控车床车削加工特点和OpenGL的几何建模功能，确定不同坐标系之间的关系。
在OpenGL中全局坐标系用以确定几何模型的绝对位置，也用以确定视点位置，它是一个右手坐标系，如图1(a)所示，向右为x轴正向，向上为y轴正向，z轴正向垂直朝外。
在数控车床中，机床原点位于主轴前端面的中心，坐标系z轴正向从主轴卡盘中心指向尾座中心，x向为径向进刀方向，它也是一个右手系，如图1(b)所示。
可见比较恰当的是将OpenGL全局坐标系与车床坐标系对应，为此有2种办法可以实现。
第一种方法是视点不动模型变换。
在图1(a)所示的视点不变情况下，将OpenGL全局坐标系绕y轴逆时针旋转90°，接着绕z轴逆时针旋转180°即可获得图
1(b)所示姿态。
第2种方法是模型不动视点变动。
对于图1(a)通过视点变换将
视点设置于第8象限，并恰当地设置视点方向和向上方向也可获得图1(b)所示位置。
即利用实用库函数gluLookAt实现，视点坐标(x，y，z)位于第8象限(x>0，y<0，z>0)，视线方向为从视点到坐标原点，而向上方向取为y轴负方向。
OpenGL的局部坐标系也是右手坐标系，它固定在几何模型上，位于几何模型中心，随几何模模型的移动而移动。
而工件坐标系是固定在工件上的，因此可将工件坐标系与OpenGL局部坐标系重合；实际上，包含工件在内，OpenGL局部坐标系将应用于数控车床所有构件的几何模型，它如图1(c)所示。
