數控加工仿真系統的研究

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1基于OpenGL的數控加工仿真系統的總體結構

OpenGL是SGI研發的一種三維圖形接口，通過該接口獲得的三維圖形效果更為逼真，質量更高，這也是目前交互式圖形處理的一個衡量標準。Win32下OpenGL是一種與硬件、窗口系統以及操作系統獨立的API具有過程性特點，其命令解釋模式的命令由客戶發出，被服務器解釋并處理，其中含有上百個庫函數，在運行時只需添加相應的動態庫便能夠實現對OpenGL的支持。OpenGL的功能可以概括為以下幾點：①幾何建模。除點、線、多邊形繪制函數外，OpenGL圖形庫還提供了椎體、多面體等復雜三維物體以及曲線、曲面繪制函數。②坐標變換。通常坐標變換主要有視圖變換、造型變換、視口變換和投影變換四種，OpenGL還能完成矩陣變換以及附加剪裁面變換。③光照與材質。光照分為輻射光、鏡面光、環境光和漫反射光，可設置8個光源，用光反射率表示材質。④設置顏色模式。包括顏色索引模式和RGBA顏色模式。此外還具有紋理映射、位圖顯示和圖像增強以及雙緩存實時動畫和人機交互技術功能。

2數控加工仿真系統的功能模塊及仿真實現

2.1加工仿真系統各功能模塊

在數控切削加工過程中，實時三維仿真可根據輸入的NC代碼要求進行動態過程仿真，這一過程可分為數據收集和輸入、幾何實體模型構造、圖形仿真結果交互等階段，各階段都賦予了相應的定義，為使動態過程仿真達到交互性、準確性和有效性的要求，應對各功能模塊進行優化。系統以軟件用戶界面和內部計算檢查過程為主體，軟件用戶界面由公共模塊、NC代碼編輯模塊、仿真顯示模塊和加工控制模塊構成，其中，公共模塊對CFild類的成員函數有所繼承，其功能顯示在File下拉菜單；NC代碼編輯模塊具有強大的文本編輯功能，對于一些較為簡單的加工零件無需預先編程，除一般記事本基本功能外，還設有互鎖功能，可對編輯后的代碼進行讀寫切換，更好地保護代碼，保證加工順利進行；仿真顯示模塊將圖像和數據信息呈現在計算機屏幕上，實現動態顯示，通過調節窗口便能夠觀察到加工工件，圖像和數據信息由OpenGL收集，其處理過程為：圖像操作/逐個頂點操作→光柵化→各片段操作→幀緩沖區→仿真圖像顯示；加工控制模塊根據代碼檢查解釋加工進給信息，整個路線為：回參考點→對刀→開始加工→暫停加工→退出加工[2]。內部計算檢查過程包括內部模塊和外部數據輸入，內部模塊由NC代碼檢查和解釋模塊、代碼過濾以及內部仿真計算構成。

2.2三維模型在OpenGL中的實現

在Windows平臺下，基于OpenGL的應用程序要通過RC來完成繪制工作，系統圖形仿真界面通過C++定義的類CRenderView來表示，其中定義了一系列三維實體繪制函數，能夠完成坐標的旋轉、縮放、平移等操作，動態仿真過程的運動關系取決于加工數據的即時變換，而空間切換的實現則通過矩陣元進出棧操作來實現，系統的幾何建模包括刀具、機床、加工工件等實體建模，需要對零部件之間的組裝關系以及幾何信息的拓撲關系、描述坐標關系進行定義，因此，該系統應用于數控加工仿真的重點就是對各實體進行建模，這在實現起來存在一定的難度，需要對系統進行進一步的優化升級[3]。

3結論

綜上所述，Windows平臺下利用OpenGL圖形接口API對機床數控加工仿真軟件進行設計和開發，由此建立基于OpenGL的數控加工仿真系統，可初步實現數控加工過程的動態仿真，能夠取得預期的研究開發效果，而且也展現出良好的穩性性能，對于該系統的完善過程還有待進一步探究，使其達到更為理想的仿真效果。

作者:馬亞娟 單位:陜西航空職業技術學院