数控加工教学平台仿真

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1、基于OpenGL的数控加工教学平台的建模与仿真摘要：文章以WindowsXP为开发平台，以开放式图形开发库OpenGL及VisualC++6.0软件为开发工具，建立了数控加工教学平台中的几何模型和运动模型并论述了其编程原理。关键词：数控教学平台;建模;数控仿真;OpenGLAbstract:ThispaperusesWindowsXPasdevelopingplatform,usesOpenGLandVisualC++6.0softwareasdevelopingtooltobuildgeometrymodelandmovement

2、modelofNCTeachingPlatformandtheprincipleofprogramisexpounded.Keywords:NCteachingplatform;modeling;NCsimulation;OpenGL0前言二十一世纪机械制造业的竞争，其实质是数控技术的竞争。近年来，国内外都十分重视数控教学。数控教学大致包括一般数控知识的教学和实际操作技能的培训两部分内容，相应的培训除了必要的理论讲解，大部分工作是在数控设备上的实际操作训练。而数控设备价格昂贵，培训者的误操作还可能会危及机床设备甚至于操作者自身的人身

3、安全。因此，数控先期教学不适合在实际设备上进行。随着计算机软硬件技术、图形图像处理及虚拟加工技术的发展,建立一个经济、高效、快捷、通用的数控加工教学平台已经成为可能。在这个数控加工教学平台上，操作者能够在生动、直观的动画环境下,数控编程、手工操作、试切对刀和数控加工，犹如在操作一台真正的数控机床。数控加工教学平台的开发需要专门的三维图形加速引擎及开发接口平台,Windows操作系统下提供了多种这样的平台,最常见的有Direct3D和OpenGL两种。下面介绍基于OpenGL的数控加工教学平台的建模与仿真。1OpenGL建模方法Ope

4、nGL是开放式图形开发库(OpenGraphicsLibrary)的缩写，是美国硅谷图像公司用C语言为图形工作站开发的图形软件。OpenGL是一个图形和硬件的软件接口，它由几百个指令或函数组成，是一个三维的图形和模型库，在CAD/CAM等需要高级三维对象可视化和图形绘制的领域被广泛应用，OpenGL还提供了诸如基本图元绘制、变换矩阵、着色模式、光照、反走样等方法来控制三维图形的绘制。现在，Windows操作系统全面支持OpenGL，使用户在PC机上可用它开发图形动画产品，实现虚拟仿真。目前，OpenGL己成为新一代三维图形开发的工业

5、标准。OpenGL建模的工作流程，如图1所示。几何顶点数据图像象素数据运算器显示列表逐个顶点操作图像操作光栅化逐个片元操作纹理映射帧缓冲器图1OpenGL建模的工作流程图1中几何顶点数据包括模型的顶点集、线集、多边形集，这些数据经过运算器、逐个顶点操作等；图像象素数据包括象素集、影像集、位图集等，图像象素数据的处理方式与几何顶点数据的处理方式是不同，但它们都经过光栅化，逐个片元(Fragment)操作，直至把最后的光栅数据写入帧缓冲器。在OpenGL中的所有数据，包括几何顶点数据和图像数据都可以被存储在显示列表中，或者立即可以得到处

6、理。OpenGL中，显示列表技术是一项重要的技术。OpenGL要求把所有的几何图形单元都用顶点来描述，这样运算器和逐个顶点计算操作都可以针对每个顶点进行计算和操作，然后进行光栅化形成图形碎片；对于图像数据，象素操作结果被存储在纹理组装用的内存中，再与几何顶点操作一样光栅化形成图形片元。整个流程操作的最后，图形片元都要进行一系列的逐个片元操作，这样最后的象素值送入帧缓冲器实现图形的显示。OpenGL并未提供复杂物体的建模技术，只提供了一些绘制点、线及多边形的基本建模函数，给程序员以巨大的自由发挥空间。通过基本图形的组合、平移、旋转和缩

7、放，可得到任意三维形体。在OpenGL中，通过定义光源的颜色、透明度、位置和照射方向来定义光源。而材质反映了物体的本身特性，它决定了反射光的颜色、特性和强度。材质颜色包括环境反射光、漫反射光、镜面反射光和自身发射光。通过光源和材质的合理设置，能逼真模拟出物体外观。纹理映射是真实感图形制作的一个重要部分。OpenGL提供了一系列完整的操作函数来定义、设置和调用纹理，用户可用它们构造理想的物体表面，将纹理图案用不同方式粘贴到曲面上，使三维场景中的物体更生动、更自然。2数控加工教学平台的总体设计数控加工教学平台的具体设计目标为：（1）能实

8、现零件装夹、自动换刀、切削成形等过程的仿真。（2）能通过键盘、鼠标、图形终端等外部设备实现人机交互。（3）能够进行刀具与夹具、工件的碰撞干涉检查。（4）能对加工误差进行分析与评价。根据上述的具体设计目标，结合现有的研究基础，数控加工教