虚拟现实技术之宇龙软件在数控加工运用
2016-5-30 来源：武汉理工大学工程训练中心 作者：郑卫刚
1.虚拟现实技术
虚拟现实技术(VR)是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。它利用计算机生成一种模拟环境是一种多源信息融合的交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中[1]。
1.1虚拟现实ABC
虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向；是仿真技术与计算机图形学人机接口技术多媒体技术传感技术网络技术等多种技术的集合；是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域[2]。
虚拟现实技术(VR)主要包括：模拟环境、感知、自然技能和传感设各等方面。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。感知是指理想的VR应该具有一切人所具有的感知。除计算机图形技术所生成的视觉感知外，还有听觉、触觉、力觉、运动等感知，甚至还包括嗅觉和味觉等，也称为多感知。自然技能是指人的头部转动，眼睛、手势、或其他人体行为动作，由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据，并对用户的输入作出实时响应，并分别反馈到用户的五官。传感设备是指三维交互设备。
1.2虚拟现实特性
虚拟现实特性包括：多感知性、沉浸感、交互性、自主性、构想性等。
1.3虚拟现实技术应用
虚拟现实技术可应用于：医学娱乐、军事航天、室内设计、房产开发、工业仿真、应急推演、文物古迹、游戏、Web3、道路桥梁、地理、教育、演播室、水文地质、维修、培训实训、船舶制造、汽车仿真、轨道交通、能源领域、生物力学、康复训练、数字地球等等。
1.3.1工业仿真
虚拟现实已经被世界上一些大型企业广泛地应用到工业的各个环节，对企业提高开发效率，加强数据采集、分析、处理能力，减少决策失误，降低企业风险起到了重要的作用。虚拟现实技术的引入,将使工业设计的手段和思想发生质的飞跃,更加符合社会发展的需要,可以说在工业设计中应用虚拟现实技术是可行且必要的。
1.3.2数控加工仿真软件
工业仿真所涵盖的范围很广，从简单的单台工作站上的机械装配到多人在线协同演练系统。虚拟制造/虚拟设计/虚拟装配（CAD/CAM/CAE）、教学、培训就是其应用领域。而数控加工仿真软件在数控职业教育领域就是非常好的运用。
2.上海宇龙软件之数控加工仿真系统
2.1宇龙数控加工仿真系统简介
上海宇龙软件工程有限公司2000年在上海市张江高科技园区成立，基于微机上的虚拟现实技术，以开发数控加工、汽车维修、机电控制等职业技能实训和考核的仿真软件产品作为主要发展方向。主要开发数控加工、汽车维修、机电控制等操作技能类仿真实训软件。该公司与天津工程师范学院合作开发的基于虚拟现实的《数控加工仿真系统》于2001年投放市场，是目前市场占有率极高的数控加工仿真软件系统之一。该系统可以实现对数控铣（含加工中心）和数控车加工全过程的仿真，其中包括毛坯定义与夹具、刀具定义与选用、零件基准测量和设置、数控程序编辑和调试、加工仿真以及各种错误的检测功能。数控加工仿真系统分网络版和单机版两种版本发行。其公司《数控加工仿真系统》是一个应用虚拟现实技术于数控加工操作技能培训和考核的仿真软件。采用数据库统一管理刀具材料和性能参数库，提供车床、立式铣床、卧式加工中心和立式加工中心，以及机床厂家的多种常用面板，具备对数控机床操作全过程和加工运行全环境仿真的功能。在操作过程中，具有完全自动、智能化的高精度测量功能和全面的碰撞检测功能，还可以对数控程序进行处理。为了便于教学和鉴定工作的进行，本系统还具有考试、互动教学、自动评分和记录回放功能。
2.2数控加工仿真系统基本功能:
2.2.1机床与控制系统
数控加工仿真系统提供车床、立式铣床、卧式加工中心和立式加工中心，以及机床厂家的多种常用面板；制系统有FANUC 0，FANUC 0i，FANUC Powermate 0，FANUC 0i Mate，Siemens 810D，Siemens 802D，Siemens 802S/C，PA8000，三菱、大森、华中数控，广州数控,华兴、凯恩帝等
2.2.2丰富的刀具材料库
采用数据库统一管理刀具材料和性能参数库，刀具库含数百种不同材料和形状的车刀、铣刀，支持用户自定义刀具以及相关特征参数。
2.2.3机床操作全过程仿真
仿真机床操作的整个过程：毛坯定义、工件装夹、压板安装、基准对刀、安装刀具、机床手动操作等仿真。
2.3宇龙软件编程2个加工实例
2.3.1圆柱仿真加工（见图一）
1号刀为外圆90度右偏刀
2号刀为刀宽为5mm的切断刀
编程原点设为工件端面的中心，以下数字单位均为毫米（数字如不保留小数点后1位则为微米）
靠近工件为负方向，远离工件为正方向（进给负方向，退刀正方向）
图一材料定义为直径30毫米毛坯
输入以下程序（见图二）：
O1234; (程序名)
M03S500; (M03:主轴正转,S500:500转/分)
T0101; (选择1号刀具,执行1号刀补)
G00X35.0Z2.0; (快速运动到直径为35.0，Z方向离原点2.0)
G01X28.0F0.5; (X方向移动到直径28.0，以0.5mm/转速度移动)
G01Z-30.0F0.2; (Z方向走刀切削至-30.0，以0.2mm/转速度切削)
G01X40.0; (X方向退刀至直径40.0)
G00Z50.0; (Z方向快速退刀至50.0)
T0202; (选择2号刀具,执行2号刀补)
G00X35.0Z-35.0; (快速运动到要切断的位置,长度方向考虑刀宽，所以尺度要加上刀宽5mm)
G01X5.0F0.2; (X方向切至直径5.0) (5要改成0,则工件切断)
G01X40.0; (X方向退刀至直径40.0)
G00Z50.0; (Z方向快速退刀50.0)
MO5; (主轴停止转动)
M30; (程序结束,光标回到程序头)
图二圆柱零件加工完成
2.3.2阶梯轴仿真加工（见图三）
1号刀为外圆90度右偏刀
2号刀为宽5mm的切断刀
图三毛坯定义为直径30mm
输入以下程序（见图四、图五）：
O2234; （程序名）
M03S500; （主轴正转500转/分）
T0101; （选择1号刀具,执行1号刀补)
G00X35.0Z2.0; （快速运动到X(直径)35.0，Z方向离原点2.0）;
G01X24.0F0.5; （X方向进刀至直径24.0，以0.5mm/转速度移动）
G01Z-34.0F0.2; （Z方向走刀切削至坐标-34.0，以0.2mm/转速度切削）
G01X30.0F0.5; （X方向退刀至直径30.0）
G00Z2.0; （Z方向快速退刀至坐标2.0）
G01X18.0F0.5; （X方向进刀至直径18.0）
G01Z-24.0F0.2; （Z方向切削至坐标-24.0）
G01X40.0; （X方向退刀至直径40.0）
G00Z50.0; （Z方向快速退刀至坐标50.0）
T0202; （选择第2号刀具）
G00X35.0Z-39.0; （快速移动到要切断的坐标处,要考虑切刀刀宽，所以长度要加上刀宽5mm）
G01X5.0F0.2; （X方向切到直径5.0；如5改成0则工件切断）
G01X35.0; （X方向退刀至直径35.0
G00Z50.0; （Z方向快速退刀至坐标50.0）
M05; （主轴停止）
M30; （程序结束,光标回到程序头）
图四阶梯轴加工中
图五阶梯轴加工完成
2.3.3提交作业
作业做完后点下拉菜单【文件】，点【保存项目】然后点【确定】将作业存放到【我的文档】，名字用学号或你的名字，然后从【我的文档】复制到电脑桌面的数车作业存储磁盘，提交到服务器。
3.总结
虚拟现实又称灵境技术或人工环境，英文名Virtual Reality简称VR。是近年来出现的高新技术。文中介绍了虚拟现实技术通过上海宇龙软件在数控车床上工业领域的应用，利用虚拟现实技术可以节省的实训时间及成本，提高实训效率。不仅如此，利用软件还可以虚拟设计及装配，毫不夸张地说，不远将来运用虚拟现实技术可以“复制”一个工厂，让技术人员只动动手指可以模拟完成生产流程，大大提高生产效率，让企业更具竞争力。
参考文献
[1]王然,谢溪凌,郑卫刚.虚拟现实家居娱乐系统[J].机械制造,2013,（08）:13-14.
[2]陈定方.五彩缤纷的虚拟现实世界.[M].北京：中国水利水电出版社，2015.
[3]李玉珠，郑卫刚.浅谈一流大学工程训练中心软实力及巧实力建设[J].网友世界2012（12）：56-58
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