数控铣床仿真系统
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《机床与液压》2001. No.4
数控铣床仿真系统
张春良，霍震霆
（南华大学，湖南衡阳 421001）
摘要：基于刀具与工件离散的方法，采用 VC + + 语言开发了数控铣削过程的三维动态仿真系统。本仿真系统能够对数控加 工程序进行编辑、检验和调试，实现了数控铣削加工过程的三维动态仿真，能够检测出加工中可能出现的干涉和碰撞。
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jcyyy200104045.aspx
作者简介：张春良，男，1964 年生，南华大学机械工程学院 副院长、教授，浙 江 大 学 生 产 工 程 研 究 所 在 职 博 士 研 究 生。 主要从事数控技术、振动控制等方面的研究工作。近年发表 学术论文 40 多篇，获省部级二等奖 2 项、三等奖 2 项。
收稿时间：2000 - 10 - 09
（上接第 168 页）
【3】王有远等·敏捷制造环境下 CAPP 系统探究·制造业自动 化，1999（5）
【4】赵世光等·分布环境下的集成工艺管理系统·机械科学与 技术，2000（4）
【5】Object Management Group·The Common Object Reguest Broker： Architecture and Specification· Revision 2 . 2 . Feb. 1998
关键词：VC + + ；数控加工；仿真；功能模块
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1001 - 3881（2001）4 - 102 - 2
! 前言
的解释、分析，并实现文件的存取功能。完整的代码
数控加工在航空、航天、汽车、模具等许多重要 解释和分析主要是分析程序的结构，扫描程序的登记
领域有着极广泛的应用。在数控机床使用中，数控编 表，然后逐行检测 NC 代码的合法性，读出代码行中
【4】罗 峰，邓建华·基于 MATLAB 的自修复飞控系统仿真· 计算机仿真，2000.17（3）：45 ~ 48
【5】柯 琪，李 维，郑南宁，盖 平·机器人仿真系统的虚 拟环境生成与显示·工程设计 CAD 及自动化，1997（6）： 18 ~ 22
【6】MichaeI J. Young 著，邱仲潘等译·VisuaI C + + 6 从入门到 精通·北京：电子工业出版社，1999
CEdit1 !pDiaIog2 = new CEdit1； ASSERT-VALID（pDiaIog2）； BOOL bResuIt = pDiaIog2 - > Create（IDD-DIALOG2， this）； ASSERT（bResuIt）； pDiaIog2 - > ShowWindow（SW-SHOW）； 建成后的对话框形状如图 3 所示。
程是一项十分重要的工作，编程质量如何，直接决定 的参数，并为刀具路径建立数据表。
着产品的加工质量，而影响编程质量的因素主要有：
（3）刀具切削的动态真实显示及干涉检测功能
加工工艺路线的确定、刀具参数的选择、转角清根的
刀具切削的动态仿真功能用图形动画逼真地显示
处理和过切、加工精度的检测等。因此，通常在进行 出刀具加工的动态仿真效果。在动态仿真环境中，我
具切削的真实显示功能。下面介绍主要功能模快。
（1）仿真环境构造 பைடு நூலகம்里仅介绍操作（系统）面板的构造。不同类型
的数控机床其控制面板结构、功能都不一样。本系统 参考了某教学型数控铣床的控制面板，结合计算机的 特点，构造了几种操作面板的基本构件，如输入页面、 菜单、 按 钮、 输 入 框 等。 根 据 面 向 对 象 的 设 计 思 想， 采用 VC + + 语言编程，把数控机床常用的操作总结为 一些基本事件，如按下一个按钮，其事件可能是启动、 暂停等；而 一 个 页 面 的 事 件 则 可 能 是 设 置 零 点 偏 置， 也可能是设置刀具半径及长度补偿功能，或是设置通 讯参数。
实感。为此，需要开发一个能对数控加工程序进行调
试和仿真的系统，该系统完全模拟零件的切削过程，能
检验数控指令正确与否，还应该提供一套功能齐全的调
试、编辑、修改和跟踪执行等功能。鉴于上述要求，我们
开发了一个数控铣削过程的三维动态仿真系统。
" 系统功能及模块介绍
本系统的主要功能包括：仿真环境构造功能；数
控指令定义功能，NC 代码的编辑修改、调试功能及刀
正式的数控加工之前，要检验数控加工程序的正确性。 们建立了一个工件毛坯库和一个刀具库，可根据需要
传统的检验方法为试切法，即对零件实际毛坯样件试 进行调用，并且工件会自动装夹到工作台上。
切加工。这种试切法耗时、成本高。尤其是在数控教
系统仿真过程中，从 NC 代码文件的刀具路径数
学和培训过程中，初学数控编程者需要大量的编程练 据表中读取加工指令，用填充的方法实现铣削路径的
6.Van HookTim Real-time Shaded NC Milling Display[外文期刊] 1986(04)
引证文献(4条)
1.面向中小批量生产的CUSUM管理图工序过程在线监控[期刊论文]-制造业自动化 2009(11) 2.罗罕频.徐洪 基于WOP的数控系统研究[期刊论文]-机械制造 2007(5) 3.刘秋月.王太勇.李清.张泉 数控加工仿真中的切削数据库系统的研究[期刊论文]-机床与液压 2006(6) 4.潘爱民.黄明吉.滕向阳 虚拟数控铣削加工系统的研究与开发[期刊论文]-计算机工程与设计 2004(2)
习，并进行实际调试。用试切法来检验数控加工程序 模拟显示。
显然不合理，而且也难于实现。如果利用仿真技术， # 实现的算法及主要数据结构
这些问题可以轻松得到解决，从而避免编程时人为出
下面将设计过程、方法简述如下。
错或工艺不合理造成工件报废。数控机床仿真系统还
首先在 VC + + 环境下建立一个新的工作空间。在
（2）NC 代码的编辑、修改和调试功能 本模块实现 NC 代码的编辑、修改、调试及代码
图 1 参数选择
这个单文档文本将成为本软件的框架和背景，下 面所有对话框控件的大小设置和定位都将以这个单文 档文本的文本框作为依据。在创建单文档文本的过程 中，如果选择参数适当，文档建成后会自动提供一个 标准菜单和一个标准工具栏。在此基础上删除与开发 系统无关的条目，增加适合于系统需要的条目。
机床与液压 MACHINE TOOL & HYDRAULICS 2001(4) 4次
参考文献(6条)
1.Michael J;Young;邱仲潘 Visual C++6从入门到精通 1999 2.柯琪;李维;郑南宁 机器人仿真系统的虚拟环境生成与显示 1997(06)
3.罗峰;邓建华 基于MATLAB的自修复飞控系统仿真[期刊论文]-计算机仿真 2000(03) 4.郑盛梓;桂贵生 虚拟数控加工过程的研究[期刊论文]-组合机床与自动化加工技术 2000(01) 5.赵继政;魏生民;杨彭基 基于图像空间的数控加工图形仿真[期刊论文]-中国机械工程 1998(05)
图 3 编辑窗口
最后 再 创 建 一 个 类 似 于 图 3 的 对 话 框 类（ Animate），在这个对话框上不添加任何控件，留下一个空 白面板作为演示动画的平台。
至此系统的框架已经建立起来。这时运行程序界 面如图 4 所示。接下来的工作就是为面板各控件添加 功能 代 码。这 是 整 个 设 计 的 重 点 和 难 点 所 在。由 于 Windows 操作平台是基于消息机制来传递信息的，因 此建立、组织各消息函数，使其能协调工作是设计的 关键。
作者简介：谭 伟（1968 - ），男，重庆市人，渝州大学，讲 师，重庆大学博士研究生，主要研究方向为 CAD / CAPP / CAM、 数控技术。
收稿时间：2001 - 04 - 09
数控铣床仿真系统
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数：
张春良， 霍震霆 南华大学,
其次，建立系统的控制面板。创建一个对话框类 （Mairdlg 类）作为数控铣床的控制面板。在面板的适
当位置规划加入按钮、位图等控件，调用位图函数实 现点击某个按钮使它上面的位图产生旋转效果。在创 建 Mairdlg 类的实例时将它非模态化。非模态化的代
《机床与液压》2001. No.4
码如下： m-MainDIg . Create（IDD-DIALOG1，this）； m-MainDIg . ShowWindow（SW-SHOW）；
图 4 程序界面
! 结束语 所开发的数控铣削过程三维动态仿真系统，能完
全模拟零件的切削过程，检验数控指令的正确与否， 还能够提供一套功能齐全的调试、编辑、修改和跟踪 执行等功能。本系统能够检测出加工中可能出现的干 涉和碰撞。本数控铣削过程三维动态仿真系统的开发 具有较大的实用价值，不仅可以提高生产效率，避免 人为差错，还能进一步带动和促进相关科学、相关技 术的互相渗透和发展。 参考文献
可用于数控机床操作与编程培训，这样既可以避免因 新的工作空间中建立一个基于 MFC 的单文档文本，并
误操作造成价格昂贵的数控机床的损坏，又可以使操 使该文本的 View 类建立在 FormView 基础之上，即在建
作人员在对仿真数控机床操作过程中产生临场感和真 立步骤的最后一步选择图 1 所示各参数。
【1】Van Hook，Tim. ReaI - time Shaded NC MiIIing DispIay. Computer Graphics，1986.20（4）：15 ~ 22
【2】赵继政，魏生民，杨彭基·基于图像空间的数控加工图形 仿真·中国机械工程，1998.9（5）：28 ~ 31
【3】郑盛梓，桂贵生·虚拟数控加工过程的研究·组合机床与 自动化加工技术，2000（1）：20 ~ 21
然后给对话框加入自动销毁功能，这个功能在消 息函数 PostNcDestroy（）中用语句 deIete this 完成。运 行软件， 调 整 面 板 的 位 置， 使 它 显 示 在 屏 幕 的 下 面。 建成后的面板如图 2 所示。
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图 2 系统的控制面板
接着要创建一个非模态对话框类（Edit 类），在这 个对话框上加入一个编辑框控件（Edit BoX）。该对话 框将作为文本编辑器，允许用户在这个窗体中进行数 控加工程序的输入、编辑等一系列的工作。给这个对 话框添加一个下拉式菜单来实现这些功能。申明这个 对话框的实例时将它非模态化，非模态化用下面的语 句实现：
《机床与液压》2001. No.4
数控铣床仿真系统
张春良，霍震霆
（南华大学，湖南衡阳 421001）
摘要：基于刀具与工件离散的方法，采用 VC + + 语言开发了数控铣削过程的三维动态仿真系统。本仿真系统能够对数控加 工程序进行编辑、检验和调试，实现了数控铣削加工过程的三维动态仿真，能够检测出加工中可能出现的干涉和碰撞。
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jcyyy200104045.aspx
作者简介：张春良，男，1964 年生，南华大学机械工程学院 副院长、教授，浙 江 大 学 生 产 工 程 研 究 所 在 职 博 士 研 究 生。 主要从事数控技术、振动控制等方面的研究工作。近年发表 学术论文 40 多篇，获省部级二等奖 2 项、三等奖 2 项。
收稿时间：2000 - 10 - 09
（上接第 168 页）
【3】王有远等·敏捷制造环境下 CAPP 系统探究·制造业自动 化，1999（5）
【4】赵世光等·分布环境下的集成工艺管理系统·机械科学与 技术，2000（4）
【5】Object Management Group·The Common Object Reguest Broker： Architecture and Specification· Revision 2 . 2 . Feb. 1998
关键词：VC + + ；数控加工；仿真；功能模块
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1001 - 3881（2001）4 - 102 - 2
! 前言
的解释、分析，并实现文件的存取功能。完整的代码
数控加工在航空、航天、汽车、模具等许多重要 解释和分析主要是分析程序的结构，扫描程序的登记
领域有着极广泛的应用。在数控机床使用中，数控编 表，然后逐行检测 NC 代码的合法性，读出代码行中
【4】罗 峰，邓建华·基于 MATLAB 的自修复飞控系统仿真· 计算机仿真，2000.17（3）：45 ~ 48
【5】柯 琪，李 维，郑南宁，盖 平·机器人仿真系统的虚 拟环境生成与显示·工程设计 CAD 及自动化，1997（6）： 18 ~ 22
【6】MichaeI J. Young 著，邱仲潘等译·VisuaI C + + 6 从入门到 精通·北京：电子工业出版社，1999
CEdit1 !pDiaIog2 = new CEdit1； ASSERT-VALID（pDiaIog2）； BOOL bResuIt = pDiaIog2 - > Create（IDD-DIALOG2， this）； ASSERT（bResuIt）； pDiaIog2 - > ShowWindow（SW-SHOW）； 建成后的对话框形状如图 3 所示。
程是一项十分重要的工作，编程质量如何，直接决定 的参数，并为刀具路径建立数据表。
着产品的加工质量，而影响编程质量的因素主要有：
（3）刀具切削的动态真实显示及干涉检测功能
加工工艺路线的确定、刀具参数的选择、转角清根的
刀具切削的动态仿真功能用图形动画逼真地显示
处理和过切、加工精度的检测等。因此，通常在进行 出刀具加工的动态仿真效果。在动态仿真环境中，我
具切削的真实显示功能。下面介绍主要功能模快。
（1）仿真环境构造 பைடு நூலகம்里仅介绍操作（系统）面板的构造。不同类型
的数控机床其控制面板结构、功能都不一样。本系统 参考了某教学型数控铣床的控制面板，结合计算机的 特点，构造了几种操作面板的基本构件，如输入页面、 菜单、 按 钮、 输 入 框 等。 根 据 面 向 对 象 的 设 计 思 想， 采用 VC + + 语言编程，把数控机床常用的操作总结为 一些基本事件，如按下一个按钮，其事件可能是启动、 暂停等；而 一 个 页 面 的 事 件 则 可 能 是 设 置 零 点 偏 置， 也可能是设置刀具半径及长度补偿功能，或是设置通 讯参数。
实感。为此，需要开发一个能对数控加工程序进行调
试和仿真的系统，该系统完全模拟零件的切削过程，能
检验数控指令正确与否，还应该提供一套功能齐全的调
试、编辑、修改和跟踪执行等功能。鉴于上述要求，我们
开发了一个数控铣削过程的三维动态仿真系统。
" 系统功能及模块介绍
本系统的主要功能包括：仿真环境构造功能；数
控指令定义功能，NC 代码的编辑修改、调试功能及刀
正式的数控加工之前，要检验数控加工程序的正确性。 们建立了一个工件毛坯库和一个刀具库，可根据需要
传统的检验方法为试切法，即对零件实际毛坯样件试 进行调用，并且工件会自动装夹到工作台上。
切加工。这种试切法耗时、成本高。尤其是在数控教
系统仿真过程中，从 NC 代码文件的刀具路径数
学和培训过程中，初学数控编程者需要大量的编程练 据表中读取加工指令，用填充的方法实现铣削路径的
6.Van HookTim Real-time Shaded NC Milling Display[外文期刊] 1986(04)
引证文献(4条)
1.面向中小批量生产的CUSUM管理图工序过程在线监控[期刊论文]-制造业自动化 2009(11) 2.罗罕频.徐洪 基于WOP的数控系统研究[期刊论文]-机械制造 2007(5) 3.刘秋月.王太勇.李清.张泉 数控加工仿真中的切削数据库系统的研究[期刊论文]-机床与液压 2006(6) 4.潘爱民.黄明吉.滕向阳 虚拟数控铣削加工系统的研究与开发[期刊论文]-计算机工程与设计 2004(2)
习，并进行实际调试。用试切法来检验数控加工程序 模拟显示。
显然不合理，而且也难于实现。如果利用仿真技术， # 实现的算法及主要数据结构
这些问题可以轻松得到解决，从而避免编程时人为出
下面将设计过程、方法简述如下。
错或工艺不合理造成工件报废。数控机床仿真系统还
首先在 VC + + 环境下建立一个新的工作空间。在
（2）NC 代码的编辑、修改和调试功能 本模块实现 NC 代码的编辑、修改、调试及代码
图 1 参数选择
这个单文档文本将成为本软件的框架和背景，下 面所有对话框控件的大小设置和定位都将以这个单文 档文本的文本框作为依据。在创建单文档文本的过程 中，如果选择参数适当，文档建成后会自动提供一个 标准菜单和一个标准工具栏。在此基础上删除与开发 系统无关的条目，增加适合于系统需要的条目。
机床与液压 MACHINE TOOL & HYDRAULICS 2001(4) 4次
参考文献(6条)
1.Michael J;Young;邱仲潘 Visual C++6从入门到精通 1999 2.柯琪;李维;郑南宁 机器人仿真系统的虚拟环境生成与显示 1997(06)
3.罗峰;邓建华 基于MATLAB的自修复飞控系统仿真[期刊论文]-计算机仿真 2000(03) 4.郑盛梓;桂贵生 虚拟数控加工过程的研究[期刊论文]-组合机床与自动化加工技术 2000(01) 5.赵继政;魏生民;杨彭基 基于图像空间的数控加工图形仿真[期刊论文]-中国机械工程 1998(05)
图 3 编辑窗口
最后 再 创 建 一 个 类 似 于 图 3 的 对 话 框 类（ Animate），在这个对话框上不添加任何控件，留下一个空 白面板作为演示动画的平台。
至此系统的框架已经建立起来。这时运行程序界 面如图 4 所示。接下来的工作就是为面板各控件添加 功能 代 码。这 是 整 个 设 计 的 重 点 和 难 点 所 在。由 于 Windows 操作平台是基于消息机制来传递信息的，因 此建立、组织各消息函数，使其能协调工作是设计的 关键。
作者简介：谭 伟（1968 - ），男，重庆市人，渝州大学，讲 师，重庆大学博士研究生，主要研究方向为 CAD / CAPP / CAM、 数控技术。
收稿时间：2001 - 04 - 09
数控铣床仿真系统
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数：
张春良， 霍震霆 南华大学,
其次，建立系统的控制面板。创建一个对话框类 （Mairdlg 类）作为数控铣床的控制面板。在面板的适
当位置规划加入按钮、位图等控件，调用位图函数实 现点击某个按钮使它上面的位图产生旋转效果。在创 建 Mairdlg 类的实例时将它非模态化。非模态化的代
《机床与液压》2001. No.4
码如下： m-MainDIg . Create（IDD-DIALOG1，this）； m-MainDIg . ShowWindow（SW-SHOW）；
图 4 程序界面
! 结束语 所开发的数控铣削过程三维动态仿真系统，能完
全模拟零件的切削过程，检验数控指令的正确与否， 还能够提供一套功能齐全的调试、编辑、修改和跟踪 执行等功能。本系统能够检测出加工中可能出现的干 涉和碰撞。本数控铣削过程三维动态仿真系统的开发 具有较大的实用价值，不仅可以提高生产效率，避免 人为差错，还能进一步带动和促进相关科学、相关技 术的互相渗透和发展。 参考文献
可用于数控机床操作与编程培训，这样既可以避免因 新的工作空间中建立一个基于 MFC 的单文档文本，并
误操作造成价格昂贵的数控机床的损坏，又可以使操 使该文本的 View 类建立在 FormView 基础之上，即在建
作人员在对仿真数控机床操作过程中产生临场感和真 立步骤的最后一步选择图 1 所示各参数。
【1】Van Hook，Tim. ReaI - time Shaded NC MiIIing DispIay. Computer Graphics，1986.20（4）：15 ~ 22
【2】赵继政，魏生民，杨彭基·基于图像空间的数控加工图形 仿真·中国机械工程，1998.9（5）：28 ~ 31
【3】郑盛梓，桂贵生·虚拟数控加工过程的研究·组合机床与 自动化加工技术，2000（1）：20 ~ 21
然后给对话框加入自动销毁功能，这个功能在消 息函数 PostNcDestroy（）中用语句 deIete this 完成。运 行软件， 调 整 面 板 的 位 置， 使 它 显 示 在 屏 幕 的 下 面。 建成后的面板如图 2 所示。
· #"! ·
图 2 系统的控制面板
接着要创建一个非模态对话框类（Edit 类），在这 个对话框上加入一个编辑框控件（Edit BoX）。该对话 框将作为文本编辑器，允许用户在这个窗体中进行数 控加工程序的输入、编辑等一系列的工作。给这个对 话框添加一个下拉式菜单来实现这些功能。申明这个 对话框的实例时将它非模态化，非模态化用下面的语 句实现：