基于OpenGL的虚拟数控车床加工仿真系统设计及应用

肖元昭 岳 磊

基于OpenGL的虚拟数控车床加工仿真系统设计及应用

肖元昭 岳 磊

（郑州轻工业学院，河南 郑州 450000）

随着社会的不断发展，各种新型科技的不断创新和研发，在工业行业的应用越来越广泛。随着虚拟数控车床技术的广泛使用，在此基础上，通过借助Visual C++6.0的平台，对虚拟数控车床技术进行创新，由此研发了基于OpenGL的虚拟数控车床加工仿真系统。本文主要对基于OpenGL的虚拟数控车床加工仿真系统的设计及应用进行分析。

OpenGL；虚拟数控车床；加工仿真系统；三维仿真图像

虚拟仿真系统模拟数控车床的加工操作，实现高效的人机结合，在不同加工任务及加工条件下，可以完成不同的转速、进给速度及NC代码的动态仿真［1］。因此，本文以某机床生产的GSK 928TC型号的数控机床作为本次的研究实例，分析基于OpenGL的虚拟数控车床加工仿真系统的设计。

1 基于OpenGL的虚拟数控车床加工仿真系统结构

基于OpenGL的虚拟数控车床加工仿真系统的整体结构如图1所示。该结构主要包括以下模块。①面板模拟模块，主要用于人机交互的接口，通过点击操作面板中的按钮控制机床的各项功能，包括转速的调节、刀具的架位及卡盘等，同时，还能完成NC代码的创建、保存等多项操作［2］。②NC代码解释模块，通过设置该模块，实现加工程序的译码。通过对NC代码中的功能性数值进行识别，并传递给控制变量，从而实现刀具轨迹的计算，完成车刀的相应实时动作。③刀具选择模块，该模块主要是根据不同的生产加工零件需求，对刀具进行重新选择安装，生产出多样性的零件结构，为模拟加工做准备。④切削计算模块，根据车床刀具运行轨迹与具体位置，判断毛坯与车床刀具之间的干涉情况。⑤毛皮创建模块，该模块主要用于对毛坯的创建和安装。根据具体的加工要求，设定毛坯参数，之后完成创建，并安装在三爪卡盘上等待加工。⑥图形显示模块，该模块主要是为了在运作过程中的三维图像，根据三维模型的成像数据［3］，使用OpenGL程序，将三维图像显示在计算机的主屏幕上。

图1 基于OpenGL的虚拟数控车床加工仿真系统整体结构

2 基于OpenGL的虚拟数控车床加工仿真系统的应用

基于OpenGL的虚拟数控车床加工仿真系统运作流程如图2所示。毛坯的创建及车道的安装可以在屏幕上实时显示，同时对毛坯的参数，以及车刀的位置坐标具体变量进行初始化。通过对已存在的NC代码完成手动输入或者载入，即可实现车削仿真[4]。NC代码解释模板可以完成对车刀具体运作轨迹的计算，借助切削计算模板，完成对刀尖坐标的计算，有效判断是否与毛坯出现干涉情况，之后完成切削量的计算，实时改变毛坯的形状，最后通过借助OpenGL程序，显示仿真程序的三维图像。

图2 基于OpenGL的虚拟数控车床加工仿真系统运作流程

3 基于OpenGL的虚拟数控车床加工仿真系统的优化

3.1 系统建模与优化

虚拟数控车床加工仿真系统的三维图像，可以按照文件的形式进行保存，借助第三方软件作为保存一大OpenGL-CPP数据点，经由OpenGL得以显示，完成数据读取全过程的模型创建［5］。该流程虽然在一定程度上实现了较好的渲染效果，提高了数据保存的实用性，但也浪费了一定的后台运行资源，影响了系统的整体使用性能。通过借助OpenGL本身所提供的三维模型，可以将几何模型进行简化、组合，直接对组合体进行计算，进而通过函数系统具体绘制成三角形或者多边形平面图形，也可使用函数绘制圆形或者圆柱形的图案面。最后，将绘制的模型通过几何数值转换成模型的空间位置设置，组成系统性整体，通过图像反映可视区域。在此基础上，可以使仿真系统更加真实，更具实用操作性。而此种方法的优点是后台计算量较小，车床的刀具位置坐标也显示得更加精准，确保了加工的精准性［6］。

3.2 译码

对于虚拟数控设备，其行为控制实质NC代码及控制面板指令对设备各运行部件的控制。因此NC代码解释模块的设置必不可少。该模板在完成代码编辑之后，译码工作与车床仿真工序同步进行。译码的主要执行步骤是首先读取系统第一行代码，然后对每一行代码中的功能值进行识别判断，最后传递功能值，直至代码翻译程序完毕。依照上述程序完成全部NC代码。

4 结语

该种设计满足了基于OpenGL的数控车床虚拟加工仿真系统，并且该系统在运行过程中具备更好的性能，在具体应用过程中具有一定的时效性，达到了数控车床仿真系统所预期的效果。系统的控制界面及车床刀具的设计更好地体现了该系统的交互作用，也通过切削计算使该系统的后台计算速度明显提升。因此，基于OpenGL的虚拟数控车床加工仿真系统具备良好的实际推广价值。

［1］李国良，王培俊，侯磊，等.基于OpenGL的虚拟数控车床加工仿真系统研究［J］.机械设计与制造，2011（11）：168-170.

［2］侯磊.基于OpenGL与VC++的虚拟数控车床加工仿真研究［D］.成都：西南交通大学，2011.

［3］侯磊，王培俊，李国良，等.基于OpenGL与VC++的虚拟数控车床加工仿真研究［J］.机械工程与自动化，2011（4）：4-6.

［4］许朝阳，黄筱调.基于OpenGL的数控成形铣齿加工过程仿真的研究［J］.机械设计与制造，2011（7）：72-74.

［5］孙萌，姜海鹏.数控车床模拟加工系统模型实现方法研究［J］.中国教育技术装备，2011（3）：86-87.

［6］李梦梅.基于OpenGL的数控车削仿真软件的实现［J］.电子世界，2014（10）：166.

Design and Application of Virtual NC Lathe Machining Simulation System Based on OpenGL

Xiao Yuanzhao Yue Lei
（Zhengzhou University of Light Industry，Zhengzhou Henan 450000）

With the continuous development of society,a variety of new technology innovation and research and development,industrial applications in more and more widely.With the wide use of virtual NC lathe technology,on the basis of this,by means of Visual C++6.0 platform,the innovation of the virtual CNC lathe technology,the development of virtual NC lathe machining simulation system based on OpenGL.This paper mainly analyzed the design and application of virtual NC lathe machining simulation system based on OpenGL.

OpenGL；virtual NC lathe；processing simulation system；3D simulation image

TP391.9；TG519.1

A

1003-5168（2017）10-0071-02

2017-09-01

肖元昭（1985-），男，本科，助理实验师，研究方向：机械制造工程；岳磊（1986-），男，本科，助理实验师，研究方向：机械制造工程。