虛擬現實技術之宇龍軟件在數控加工運用（yòng）
2016-5-30 來源：武漢理工大學工（gōng）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（hé）體驗虛擬（nǐ）世界的計算機（jī）仿真係統。它（tā）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（de）三維（wéi）動態視景和實體（tǐ）行為的係統仿真使用戶沉（chén）浸到該環境中（zhōng）[1]。
1.1虛（xū）擬現實ABC
虛擬現實技術是仿真技術的一個（gè）重要方向；是仿真技術與計算機圖形（xíng）學人機（jī）接口技（jì）術多媒體技術傳感技術網絡技（jì）術等（děng）多種技術的集合；是一門（mén）富有挑戰性的交叉技術（shù）前沿學科和研（yán）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麵。模擬環境是由計算機生（shēng）成的、實時動態（tài）的（de）三維立（lì）體逼真圖像。感知是指理想（xiǎng）的VR應該具有一切（qiē）人所具有的感知。除計算（suàn）機（jī）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（de）動作相適應的數據，並對用戶的輸入作出實時響應，並分（fèn）別反（fǎn）饋到用戶（hù）的五官。傳感設備是指三維交互設備。
1.2虛擬現（xiàn）實特性
虛擬現實特性包（bāo）括：多感知性、沉浸感、交互性、自主性、構想（xiǎng）性等。
1.3虛擬現實（shí）技術應用
虛擬現實技術可應用（yòng）於：醫學娛樂、軍事航天、室內設計、房產開發、工業仿真、應急推演（yǎn）、文物古跡、遊戲、Web3、道（dào）路橋梁、地理、教育、演播室、水文地質（zhì）、維修、培訓實訓、船舶製造、汽車仿真、軌道交通、能源領域、生物力學、康複訓練、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（fā）效率，加強數據采（cǎi）集、分析、處理能力，減少決（jué）策失誤，降（jiàng）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（yuè）,更加符合社會發展的需要,可以說在工業設（shè）計中應用虛擬現實技術是可行且（qiě）必要的。
1.3.2數控加工仿真軟件
工業仿真所涵蓋的範圍很廣，從簡單的單台工作站上的機械裝配（pèi）到多人在線協同演練係統。虛擬製造/虛擬設計/虛擬裝（zhuāng）配（CAD/CAM/CAE）、教學、培訓就是（shì）其應用領域。而數控加工仿真軟件在數控職業教育領域（yù）就（jiù）是非常好的運用。
2.上海宇龍軟件之數控加（jiā）工仿真係統
2.1宇龍數（shù）控加（jiā）工仿真係統簡介
上海宇龍軟件工程有限公司（sī）2000年在上海市張江高科技園區成立，基於微機（jī）上的虛（xū）擬現實技術，以開發數控加工、汽車維（wéi）修、機電控製（zhì）等（děng）職業技能實訓和考（kǎo）核的仿真軟（ruǎn）件產品（pǐn）作為主要發展方向。主要開發數控加工、汽車維修、機電控製等操作技能類（lèi）仿（fǎng）真實訓軟件。該公司與（yǔ）天津（jīn）工程師範學院（yuàn）合作開發的基於虛擬現實的《數控加工仿（fǎng）真係統》於2001年投放市場，是目前市場占（zhàn）有率極高的數控（kòng）加工仿真軟件（jiàn）係統之一。該係統可以實現對數控（kòng）銑（含加工中心）和數控車（chē）加工全過程的仿真，其中包括毛坯定義（yì）與夾具、刀（dāo）具（jù）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（fǎng）真以及各（gè）種錯（cuò）誤的檢測（cè）功能。數控加工仿真係統分網絡（luò）版和單機版兩種版（bǎn）本發（fā）行。其（qí）公（gōng）司《數控加工仿真係統》是一個（gè）應（yīng）用虛擬現實技術於數控（kòng）加工操作技能培訓和考核的（de）仿（fǎng）真（zhēn）軟件。采用數據庫統一（yī）管理刀（dāo）具材料和性能參數庫，提（tí）供車床、立式銑床、臥式加工中心和（hé）立式（shì）加工中心，以及機床廠家的多種常（cháng）用麵板，具備（bèi）對數控（kòng）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（quán）自動（dòng）、智能（néng）化的高（gāo）精度（dù）測量功能和全（quán）麵的碰撞檢測功（gōng）能，還可以對數控程序進行處理。為了便於教學和鑒（jiàn）定工作的（de）進行，本係統還具有考試、互動教學（xué）、自動評分和記錄回放功能。
2.2數控加工仿真係統基本功能:
2.2.1機床與控製係統
數控加工仿真係統提供車床、立（lì）式銑床、臥式加工中心和立式（shì）加工（gōng）中心，以及機（jī）床廠（chǎng）家的多種常用（yòng）麵板；製係統有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（kǎi）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（dāo），支持用戶自定義刀具以及相關特征參數。
2.2.3機（jī）床操作全過程仿（fǎng）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（ruǎn）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（yuán）點設為工件端麵的中心，以下數（shù）字單位均為毫米（數字如不保留小數點後1位則為微米）
靠近工件為負方（fāng）向，遠離工件為（wéi）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（chéng）序（xù）（見（jiàn）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（kuài）速運動到直（zhí）徑為35.0，Z方向離原點2.0)
G01X28.0F0.5; (X方向移動到直（zhí）徑（jìng）28.0，以0.5mm/轉速（sù）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（zé）2號刀具,執行2號刀補)
G00X35.0Z-35.0; (快速運（yùn）動到要切斷的位置,長（zhǎng）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（zhí）徑40.0)
G00Z50.0; (Z方向快速退（tuì）刀50.0)
MO5; (主軸停止（zhǐ）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（yòu）偏刀（dāo）
2號刀為寬5mm的切（qiē）斷刀
圖三毛坯（pī）定義（yì）為直徑30mm
輸入以下程序（見圖四（sì）、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（lí）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（dāo）切削至坐（zuò）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（fāng）向快速退刀（dāo）至（zhì）坐（zuò）標2.0）
G01X18.0F0.5; （X方向進刀至直徑（jìng）18.0）
G01Z-24.0F0.2; （Z方（fāng）向切削至坐標-24.0）
G01X40.0; （X方向退刀至直（zhí）徑40.0）
G00Z50.0; （Z方向快速退刀至坐標50.0）
T0202; （選擇第（dì）2號刀具）
G00X35.0Z-39.0; （快速移動到要切斷的坐（zuò）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（shù）,光標回到程（chéng）序頭）
圖（tú）四階梯軸加工中
圖五（wǔ）階梯軸加工完成
2.3.3提交作業
作業做完後點下拉菜單（dān）【文件】，點【保存項目】然後點【確定】將作（zuò）業存放到【我的文檔（dàng）】，名字用學號（hào）或你的名字，然後從【我的文檔】複製到電腦桌麵的數車作業存儲磁（cí）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（lái）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（shù）控車床（chuáng）上工業領域的應（yīng）用，利用虛擬現實技術可（kě）以節省的（de）實訓時（shí）間及成本，提高實訓效（xiào）率。不僅如此，利用軟件還可以虛擬設計及（jí）裝配，毫（háo）不誇（kuā）張（zhāng）地說，不遠將來運用虛擬現實技術（shù）可以“複製”一個工廠，讓技術人員（yuán）隻動動（dòng）手指可以模擬完成生產流程（chéng），大大提高（gāo）生（shēng）產效率，讓企業更具（jù）競爭力。
參考文獻
[1]王然,謝（xiè）溪淩（líng）,鄭衛剛.虛擬現實家居娛樂係統[J].機械製造,2013,（08）:13-14.
[2]陳定方.五彩繽紛（fēn）的虛擬現實（shí）世界.[M].北京：中國水利水電出版社，2015.
[3]李玉（yù）珠（zhū），鄭衛剛（gāng）.淺談一流大學工程訓練中心軟實（shí）力（lì）及巧實力建設[J].網友世界2012（12）：56-58
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