虛擬現實技術之宇龍軟件在數控加工運用
2016-5-30 來源：武漢理工大學工程訓練中心 作者：鄭衛剛
1.虛擬現實技術
虛擬現實技術(VR)是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統。它利用計算機生成一種模擬環境是一種多源信息融合的交互式的三維動態視景和實體行為的系統仿真使用戶沉浸到該環境中[1]。
1.1虛擬現實ABC
虛擬現實技術是仿真技術的一個重要方向；是仿真技術與計算機圖形學人機接口技術多媒體技術傳感技術網絡技術等多種技術的集合；是一門富有挑戰性的交叉技術前沿學科和研究領域[2]。
虛擬現實技術(VR)主要包括：模擬環境、感知、自然技能和傳感設各等方面。模擬環境是由計算機生成的、實時動態的三維立體逼真圖像。感知是指理想的VR應該具有一切人所具有的感知。除計算機圖形技術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動，眼睛、手勢、或其他人體行為動作，由計算機來處理與參與者的動作相適應的數據，并對用戶的輸入作出實時響應，并分別反饋到用戶的五官。傳感設備是指三維交互設備。
1.2虛擬現實特性
虛擬現實特性包括：多感知性、沉浸感、交互性、自主性、構想性等。
1.3虛擬現實技術應用
虛擬現實技術可應用于：醫學娛樂、軍事航天、室內設計、房產開發、工業仿真、應急推演、文物古跡、游戲、Web3、道路橋梁、地理、教育、演播室、水文地質、維修、培訓實訓、船舶制造、汽車仿真、軌道交通、能源領域、生物力學、康復訓練、數字地球等等。
1.3.1工業仿真
虛擬現實已經被世界上一些大型企業廣泛地應用到工業的各個環節，對企業提高開發效率，加強數據采集、分析、處理能力，減少決策失誤，降低企業風險起到了重要的作用。虛擬現實技術的引入,將使工業設計的手段和思想發生質的飛躍,更加符合社會發展的需要,可以說在工業設計中應用虛擬現實技術是可行且必要的。
1.3.2數控加工仿真軟件
工業仿真所涵蓋的范圍很廣，從簡單的單臺工作站上的機械裝配到多人在線協同演練系統。虛擬制造/虛擬設計/虛擬裝配（CAD/CAM/CAE）、教學、培訓就是其應用領域。而數控加工仿真軟件在數控職業教育領域就是非常好的運用。
2.上海宇龍軟件之數控加工仿真系統
2.1宇龍數控加工仿真系統簡介
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成立，基于微機上的虛擬現實技術，以開發數控加工、汽車維修、機電控制等職業技能實訓和考核的仿真軟件產品作為主要發展方向。主要開發數控加工、汽車維修、機電控制等操作技能類仿真實訓軟件。該公司與天津工程師范學院合作開發的基于虛擬現實的《數控加工仿真系統》于2001年投放市場，是目前市場占有率極高的數控加工仿真軟件系統之一。該系統可以實現對數控銑（含加工中心）和數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、零件基準測量和設置、數控程序編輯和調試、加工仿真以及各種錯誤的檢測功能。數控加工仿真系統分網絡版和單機版兩種版本發行。其公司《數控加工仿真系統》是一個應用虛擬現實技術于數控加工操作技能培訓和考核的仿真軟件。采用數據庫統一管理刀具材料和性能參數庫，提供車床、立式銑床、臥式加工中心和立式加工中心，以及機床廠家的多種常用面板，具備對數控機床操作全過程和加工運行全環境仿真的功能。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，還可以對數控程序進行處理。為了便于教學和鑒定工作的進行，本系統還具有考試、互動教學、自動評分和記錄回放功能。
2.2數控加工仿真系統基本功能:
2.2.1機床與控制系統
數控加工仿真系統提供車床、立式銑床、臥式加工中心和立式加工中心，以及機床廠家的多種常用面板；制系統有FANUC 0，FANUC 0i，FANUC Powermate 0，FANUC 0i Mate，Siemens 810D，Siemens 802D，Siemens 802S/C，PA8000，三菱、大森、華中數控，廣州數控,華興、凱恩帝等
2.2.2豐富的刀具材料庫
采用數據庫統一管理刀具材料和性能參數庫，刀具庫含數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特征參數。
2.2.3機床操作全過程仿真
仿真機床操作的整個過程：毛坯定義、工件裝夾、壓板安裝、基準對刀、安裝刀具、機床手動操作等仿真。
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
編程原點設為工件端面的中心，以下數字單位均為毫米（數字如不保留小數點后1位則為微米）
靠近工件為負方向，遠離工件為正方向（進給負方向，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,S500:500轉/分)
T0101; (選擇1號刀具,執行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/轉速度移動)
G01Z-30.0F0.2; (Z方向走刀切削至-30.0，以0.2mm/轉速度切削)
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; (主軸停止轉動)
M30; (程序結束,光標回到程序頭)
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500轉/分）
T0101; （選擇1號刀具,執行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方向進刀至直徑24.0，以0.5mm/轉速度移動）
G01Z-34.0F0.2; （Z方向走刀切削至坐標-34.0，以0.2mm/轉速度切削）
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2.0）
G01X18.0F0.5; （X方向進刀至直徑18.0）
G01Z-24.0F0.2; （Z方向切削至坐標-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50.0）
M05; （主軸停止）
M30; （程序結束,光標回到程序頭）
圖四階梯軸加工中
圖五階梯軸加工完成
2.3.3提交作業
作業做完后點下拉菜單【文件】，點【保存項目】然后點【確定】將作業存放到【我的文檔】，名字用學號或你的名字，然后從【我的文檔】復制到電腦桌面的數車作業存儲磁盤，提交到服務器。
3.總結
虛擬現實又稱靈境技術或人工環境，英文名Virtual Reality簡稱VR。是近年來出現的高新技術。文中介紹了虛擬現實技術通過上海宇龍軟件在數控車床上工業領域的應用，利用虛擬現實技術可以節省的實訓時間及成本，提高實訓效率。不僅如此，利用軟件還可以虛擬設計及裝配，毫不夸張地說，不遠將來運用虛擬現實技術可以“復制”一個工廠，讓技術人員只動動手指可以模擬完成生產流程，大大提高生產效率，讓企業更具競爭力。
參考文獻
[1]王然,謝溪凌,鄭衛剛.虛擬現實家居娛樂系統[J].機械制造,2013,（08）:13-14.
[2]陳定方.五彩繽紛的虛擬現實世界.[M].北京：中國水利水電出版社，2015.
[3]李玉珠，鄭衛剛.淺談一流大學工程訓練中心軟實力及巧實力建設[J].網友世界2012（12）：56-58
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