西门子数控车削仿真系统的研究与开发NC插补系统设计

本科毕业设计（论文）通过答辩I摘 要数控车削程序的编制过程具有经验性和动态性，可靠性难以保证。有针对性的开发数控模拟编程器，检验手工编制的 NC 程序并进行动态仿真加工，具有很好的生产、教学及培训价值。本文研究开发的是在 Windows 下安装的，用 VB6.0 语言编写的西门子系统数控车削模拟编程器。论文以西门子系统数控车床为仿真对象，重点探讨了仿真系统自动运行数控加工程序的动态演示及其实现技术，具体包括：用二维图形模拟显示实心或空心毛坯；提供五种常用的车削刀具，通过刀具图片背景色透明处理解决双边车削等问题；针对数控程序的译码处理和插补功能，研究开发了译码模块、直线插补和圆弧插补模块。加工仿真测试结果：系统具有比较友好的数控车床操作界面，能实现G00，G01，G02，G03，G33 等准备功能和 M01，M03，M04 ，M05，M08 等辅助功能以及换刀指令等基本指令的动态仿真，既能进行外圆的模拟加工也能实现孔的切削加工。结果表明：本文系统能有效地检验由基本指令构成的数控车削程序的正确性，满足数控人才培训的基本需要。关键词：数控车削；仿真加工；数控程序检验；VB 语言本科毕业设计（论文）通过答辩IIAbstractSequence programming for a numerically controlled (NC) lather is usually of experiential and dynamic feature, thus it is hard to ensure the reliability. Therefore, development of NC simulation programmer for verification of the manually programmed NC sequences and for dynamical and emulation machining will have full weight with practical production, teaching and training.The objective of this paper is to study the Siemens System NC Lather Simulation Programmer, which was written in VB6.0 language and installed under Windows operating system. Taking the Siemens System NC Lather as the object for emulation, the study of this paper emphasizes on the dynamic presentations and the technology used in the emulation system when automatically running NC machining program. The content covers: Analogue display of roughcast solid or hollow work pieces with planar graphics; Solve problems on two-edge cutting by making the background of seven normal kinds of cutting blades pictures transparent; As for code-treatment and interpolation functions, modules for code translation, linear and circular interpolation were developed for the numerical control program. The result of the emulation test shows: With a more friendly interface for NC lather operation, the system can realize: preparatory functions such as G00, G01, G02, G03 and G33; auxiliary functions such as M01, M03, M04, M05 and M08; dynamic emulation of the essential commands, e.g. changing the cutting blades; both outer circle simulation machining and bore milling can be performed. All these have proved that the system can effectively check the correctness of numerically controlled machining program that consists of the essential commands, and thus satisfy the practical demand for training the NC lather operators.Keywords: Numerically Controlled Machining Emulation Machining NC Program Verification VB Language 本科毕业设计（论文）通过答辩I目 录1 绪论 .11.1 数控仿真技术概述 .11.1.1 数控仿真技术的提出 .11.1.2 数控仿真技术的分类 .11.1.3 国内外数控仿真技术的研究现状 .21.1.4 数控仿真技术的发展动向和发展趋势 .31.2 课题的来源 .31.3 论文选题背景、研究内容和研究目标 .41.3.1 选题背景 .41.3.2 主要研究内容 .41.3.3 研究目标 .41.4 论文组织结构 .52 系统开发工具及运行环境 .52.1 面向对象术技 .52.1.1 面向对象程序设计中的基本概念 .52.1.2 面向对象的三大特征 .62.2 面向对象的 Visual Basic6.0.62.2.1 VB 语言概述 .62.2.2 可视化设计基本控件 .72.2.3 可视化设计高级控件 .72.3 本章小结 .83 数控车削模拟编程器总体方案 .83.1 数控车削模拟编程器方案选择 .83.1.1 数控仿真系统的几种实现方案 .83.1.2 选择 VB 的理由 .93.2 数控车削模拟编程器基本要求 .93.3 数控车削模拟编程器总体设计结构 .94 数控车削模拟编程器基本操作部分的设计 .104.1 数控车削模拟编程器操作界面的设计和安排 .104.2 数控车削模拟编程器基本操作功能的程序设计 .124.2.1 回零方式 .134.2.2 增量方式 .134.2.3 手动方式 .13本科毕业设计（论文）通过答辩II4.2.4 单段和自动方式 .144.3 本章小结 .155 数控车削模拟编程器关键技术研究 .155.1 译码模块 .155.1.1 程序段格式和组成 .165.1.2 代码识别 .185.1.3 功能码译码 .185.2 快速定位模块 .195.3 插补模块 .195.3.1 插补介绍 .195.3.2 逐点比较法插补原理分析 .205.3.3 插补模块的软件实现 .205.4 系统动画与真实感处理技术 .225.4.1 毛坯建模 .225.4.2 数控仿真系统刀具的动画实现 .225.4.3 数控仿真系统工件形状的动画实现 .235.4.4 数控仿真系统双边切削的动画实现 .235.4.5 数控仿真系统自动加工时的编程方式处理 .235.4.6 数控仿真系统加工程序段连续执行的软件实现 .236 面向车削加工仿真系统的应用实例 .246.1 镗孔 螺纹实例 .246.2 综合加工零件实例 .25结论 .28致谢 .29参考文献 .30附录 .31附录 1 源程序 .31附录 2 软件 测试分析报告 .59附录 3 使用说明书 .60附录 4 翻译资料 .64翻译资料(英文) .64翻译资料(中文) .71本科毕业设计（论文）通过答辩11 绪论1.1 数控仿真技术概述1.1.1 数控仿真技术的提出从工程的角度来看，仿真就是通过对系统模型的实验去研究一个已有的或设计中的系统。计算机仿真就是借助计算机，利用系统模型对实际系统进行实验研究的过程。数控技术，简称数控(Numerical Control )。数控加工仿真技术是利用计算机来模拟实际的加工过程，验证数控加工程序的可靠性和预测切削过程的有力工具，以减少工件的试切，减少实际加工过程中的失误，提高生产效率。数控车削程序的编制过程具有经验性和动态性，在编制过程中错误是经常发生的，而人工检验工作量大，可靠性也难以保证。为确保数控程序的正确性，在生产中，常采用易切削的材料代替工件进行试切，检验加工指令。也有在具有 CRT 屏幕图形显示的数控机床上实现数控程序校验的。它先用静态图形画面虚拟加工环境，再用动态图形模拟切削加工过程。但这些方法费工费料，不仅效率低，占用数控机床和加工现场等机床资源使生产成本上升，增加生产周期，而且有可能引起刀具碰撞或干涉等问题而造成经济损失。为此，国内外许多研究人员一直在研究能逐步代替试切的仿真方法。随着计算机软、硬件技术的不断发展，利用计算机模拟数控加工过程已经成为可能。数控加工模拟仿真系统，可以在不消耗实际材料、不需要真实机床设备的情况下，进行零件切削过程的模拟、数控程序的检验、分析零件的可加工性和工序的合理性。能够缩短产品的研制周期，降低成本，提高产品质量。此外，由于计算机的普及远比数控机床的普及广泛得多，因此，在生产、教学和培训过程中在计算机数控仿真系统上进行数控编程具有实际意义。1.1.2 数控仿真技术的分类数控加工仿真的研究包含几何仿真和物理仿真两个方面的内容。在机械制造中最常用的是几何仿真。机械工程中设计、制造所涉及的产品都是有形的物体，是由线和面组成的，这些线和面以及它们之间的相互位置关系，与几何上点、线、面的概念是完全相同的。这就为用几何概念模拟工程中的点、线、面(仿真)提供了可能。所以几何仿真就是运用几何概念模拟工程中产品的外形及其形成过程。几何仿真将刀具和零件看成刚体，不考虑切削参数、切削力及其它因素对切削加工的影响，目的是检验数控程序的正确性。物理仿真将刀具和零件等视为弹性体，主要目的是在保证数控程序正确性的基础上，消除切削变形引起的加工误差。文献9在建立集成 CAD/CAM 的几何仿真和物理仿真系统方面作了一定的研究。从发展前景看，一些专家学者正在研究开发考虑加工系统物理学、力学特性情况下的虚拟加工，一旦成功，数控加工仿真技术将发生质的飞跃。根据在仿真过程中的数据驱动是采用刀位数据还是采用数控代码，数控加工仿真可本科毕业设计（论文）通过答辩2分为两类：一类是基于刀位轨迹所进行的仿真，即基于刀位数据的数控加工过程仿真；另一类是基于数控程序而进行的仿真，即基于数控程序的数控加工过程仿真。基于刀位数据的仿真不考虑切削参数、切削力及其物理因素的影响，只有仿真工件刀具的运动，主要目的是检验刀位轨迹的正确性，以保证零件的加工质量。这类仿真方法开展得比较早，到目前为止己有一些比较成熟的思想和商品化软件。基于数控程序的仿真主要用途可以概括为三方面：数控程序的正确性检验与优化、操作工培训、碰撞检验。由于驱动数控机床运动的是数控指令，所以基于数控程序的加工过程仿真比基于刀位数据的加工过程仿真更接近实际，但也由于在仿真过程中考虑了加工环境，从而增加了仿真难度。本文介绍的数控车削软件编程器就是在 Windows 下安装的，用 VB 语言编写的基于数控程序的几何仿真软件。1.1.3 国内外数控仿真技术的研究现状国外在数控加工过程仿真方面做了许多工作。美国 Maryland 大学开发了用于培训数控操作人员的虚拟数控机床仿真器。日本东京大学开发了 KOSMO 柔性制造系统仿真器。美国 CGTech 公司开发 VERICUT 软件，可仿真数控车床、铣床、加工中心、线切割机床和多轴机床等多种加工设备的数控加工过程，既能仿真刀位文件，又能仿真 CAD/CAM后置处理的 NC 程序。韩国 Turbo-TEK 公司开发出面向培训的虚拟数控车削及铣削加工环境，能够实现数控的几何仿真并配有声音信息。日本 SONY 公司研制的 FREDAM 系统可对球头铣刀加工自由曲面进行三维仿真，并进行干涉检查。意大利 Bologna 大学用 B样条曲面建立端铣刀与工作台模型，采用真实感图形显示铣床精加工过程。国内在这方面也开展了诸多研究工作，并取得了重要成果。比如由北京市斐克科技有限责任公司研制开发的 VNUC 仿真软件、由南京宇航自动化技术研究所研制开发的宇航仿真软件、由上海宇龙软件工程有限公司研制开发的宇龙仿真软件等都是近年来比较知名的国内数控仿真软件，被用于全国数控技能大赛和数控人才的培训中。这些软件都能实现对数控铣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，数控程序输入、编辑和调试，加工仿真以及各种错误加检测功能。又如清华大学、华中理工大学 CAD 中心联合开发的“通用加工过程仿真器GMPS”，在 SGI 工作站及高档微机上能实现三种典型的加工中心(立式、卧式、车削)加工过程的仿真；仿真过程由 NC 代码驱动，可进行刀具与成品零件、夹具、机床工作台的碰撞、干涉检验；仿真过程具有三维动画，画面可放大缩小，视角可 360任意改变；用户可利用该软件提供的交互式建模环境，定义刀具、工件、夹具及其装夹、甚至加工中心的模型。华中理工大学开发的 NCPVS 系统，具有数控铣削加工过程仿真功能，即通过生成刀具轨迹，由三维动画显示数控加工过程，以此发现数控程序错误。同济大学研制的数控程序微机动画仿真系统，以二维图形方式动态模拟加工过程，能满足生产现场实时性要求。西北工业大学和德国柏林工业大学联合研制的五坐标数控加工仿真系统，采本科毕业设计（论文）通过答辩3用压缩形式的体素模型构造各种刀具扫描体和工件模型，在三维空间进行动态数控加工仿真，计算材料切削量，进行切削过程动态分析及加工程序优化，并可以进行虚拟五坐标数控加工。国内对于数控机床加工仿真的研究主要在具体应用对象方面，在具体的技术实现上也主要是应用 OpenGL 显示动画技术，也有少量是应用部分 CAD/CAM 系统的仿真模块实现的。1.1.4 数控仿真技术的发展动向和发展趋势切削加工仿真技术的发展动向包括两个方面：一是开发 NC 仿真软件，借以显示刀具运动轨迹，并判断刀具、刀夹与工件及其夹具是否产生干涉;二是研究解析切削加工过程中的物理现象，如被加工材料因塑性变形而产生热量，被切除材料不断擦过刀具前刀面形成刀屑后被排出，以及由刀具切削刃切除不需要的材料而在工件上形成己加工面等，并将这一系列切削过程通过计算机模拟出来，目前能达到这种理想目标的产品还为数不多。今后，随着计算机功率的增大，这种切削过程的物理仿真技术将会逐渐普及。能否迅速普及的关键在于能否及时向用户提供所需的被加工材料的材料特性。按需开发切削加工仿真技术软件是数控仿真技术的发展趋势。目前，许多科技人员正在进行生产工程中最基础的切削加工技术的研究，其中多数研究的目的是在弄清楚加工现象的同时，对加工过程进行预测。如果这些研究内容实现了系统的计算机软件化，就意味着能形成一个切削仿真技术软件。如东京农工大学机械学院的实验室就正在进行几种预测性的有关切削加工仿真技术软件的研究。目前仿真系统在试切环境的模型化、仿真计算和图形显示等方面取得了重要的进展，正向提高模型的精确度、仿真计算实时化和改善图形显示的真实感等方向发展。1.2 课题的来源本课题为自选课题。数控机床加工零件是靠数控程序控制完成的，数控程序通常有两种编制方法：一是自动编程，即用 CAD/CAM 软件在计算机上自动编制数控加工程序；二是手工编程，即从分析零件图样、确定工艺过程、计算数值、编写零件加工程序单到检验程序都由人工完成。对于学校和技能培训部门来说，使自己培养的技术人员具有一定的数控知识和操作经验，是其人才顺利走向市场、具有更强的竞争力和适应现代制造业发展的当务之急。手工编程是从事数控应用的技术人员必须掌握的，是数控人才培养的基础，但不论用什么方法编制的数控程序都必须保证完全正确可靠。自动编程所用的软件大多数具有仿真加工功能，可以检验程序的正确性和可靠性。而手工编制的程序却通常采用下列方法检验调试：方法一是在正式加工之前用程序校验等方法在机床的图形状态下显示出加工轨迹；方法二是首件试切法，即通过木质或塑料工件的加工检查对程序进行检验。对于昂贵的数控机床，一方面往往缺乏购买和维护的资金，不可能保证每人一台数控机床；另本科毕业设计（论文）通过答辩4一方面学生毕竟缺乏实际工作经验，出现误操作的可能性很大，严重时会对设备造成重大损坏。另外，数控机床在实际运转过程中，往往具有很大的危险性，且工作在恶劣的环境下，振动强烈，噪声较大，不利于教师的现场实验讲解，也不利于学生的安全，不适合人员较多的教学和培训。因此，开发数控车削模拟编程器，与所使用的数控系统相匹配，为学生提供一个良好的模拟操作环境，解决手工编程教学中的困难是本课题的研究开发方向。随着计算机仿真及建模技术的发展，利用计算机仿真数控加工的过程，检验程序的正确性是十分经济、有效的方法。1.3 论文选题背景、研究内容和研究目标1.3.1 选题背景随着数控技术的发展与广泛应用，各行各业在设备方面普遍采用数字控制己成为当前工业生产领域的一大主流。那么职业技术培训学校如何培养掌握现代化生产技术的学生也成为当前各职业技术学校广泛探讨的一个热门话题。在目前如何培养适应社会需求的数控操作技工人才主要存在两方面的问题：一方面培养的对象多，另一方面资金设备受到严格的限制且安全系数低。所以说学生多设备少危险性大始终是困扰着数控培训的一个严重问题。虽然目前市场上有不少先进的仿真软件，但它们所能解决的大都是些共性的问题，并且价格昂贵。在大量采用半手工数控编程的我国制造业，研究开发基于 NC代码的仿真加工软件具有十分重要的意义。鉴于上述原因，再加上数控教学本身的特点:编程难，操作容易。因此，开发合适的数控教学仿真软件，将手工编写的数控程序在计算机上屏幕上较真实地显示出每一个程序段执行时所留下的轨迹、执行过程和执行结果成为了一种需要，将这样的教学手段用在数控编程和操作的教学及培训中，可以很好地解决上述问题，达到良好的教学效果与生产需要。本文介绍基于 Windows 界面的 VB6.0 软件设计包开发出的人机界面友好，操作简便的数控教学仿真系统软件的情况。1.3.2 主要研究内容对于数控加工来说，数控加工中程序的编制是非常重要的，它决定了加工刀具能否安全而有效的加工出合格的零件，因此在加工零件之前验证加工程序，就成为数控加工中一个非常重要的环节。本文研究目标是开发一个能够有效的检验数控加工的车削模拟编程器(西门子数控系统)。由于车刀对零件的加工主要涉及到圆柱面、圆锥面、球面、螺纹、端面、切槽、切断等表面加工，但是无论加工什么样的零件，工件均做回转运动(即主运动)，而刀具做直线、圆弧或其他轨迹的运动，因此，只要能够仿真实际机床的加工过程，检验数控程序就行。本文选用二维图形仿真，软件的开发主要包括:用二维图形模拟显示实心或空心毛坯；提供七种常用的车削刀具，通过刀具图片背景色透明处理本科毕业设计（论文）通过答辩5解决双边车削等问题；针对数控程序的译码处理和插补功能，研究开发了译码模块、直线插补和圆弧插补模块。1.3.3 研究目标主要目标：本车削软件目的是培养学生的手工编程能力，解决数控机床有限、现场教学不便等教学和培训中存在的客观问题。学生可以通过本车削软件调试由基本指令构成的数控车削加工程序，并动态仿真加工过程和加工结果。1.4 论文组织结构全文共分 6 章，各章内容简介如下：第一章，阐述了数控仿真技术的发展背景、分类、国内外研究现状、存在不足及发展趋势；说明了课题的研究背景和内容和全文的组织结构。第二章，介绍了数控车削模拟编程器的开发工具及运行环境，论述了面向对象技术的基本概念和三大特点，解读了 VB 语言的几个概念，结合本文系统阐述了几种基本控件、高级控件和用户触发事件。第三章，枚举了目前流行的四种数控仿真系统实现方案；阐述了本文选择 VB 作为编程语言的理由；提出了数控车削模拟编程器的基本要求；构建了车削模拟编程器的总体设计结构。第四章，本章对数控车削模拟编程器的界面作了合理的安排，详细说明了数控车削模拟编程器的加工方式及设计思路和软件实现方法。第五章，通过译码模块、插补算法、动画显示等几个方面研究了系统中的关键技术和软件实现方法，是本文系统的关键之所在。第六章，通过三个典型的车削加工仿真实例，侧试数控车削模拟编程器的功育旨。结论与展望，简要总结了本课题的研究工作，指出了系统有待改进与完善的几个方面。2 系统开发工具及运行环境2.1 面向对象术技所谓面向对象就是基于对象概念，以对象为中心，以类和继承为构造机制，来认识、理解、刻画客观世界和设计、构建相应的软件系统。面向对象设计首先强调来自域的对象，然后围绕对象设置属性和操作，具有很高的软件生产率，可靠性，易重用性、易维护性等特点。2.1.1 面向对象程序设计中的基本概念(1)对象对象是由数据和容许的操作组成的封装体，与客观实体有直接对应关系，它不仅能本科毕业设计（论文）通过答辩6表示体的事物，还能表示抽象的规则、计划或事件。(2)类具有相同或相似性质的对象的抽象就是类。因此，对象的抽象是类，类的具体化就是对象，也可以说类的实例是对象。类具有属性，它是对象的状态的抽象，用数据结构来描述类的属性。类具有操作，它是对象的行为的抽象，用操作名和实现该操作的方法来描述。(3)消息和方法对象之间进行通信的结构叫做消息。在对象的操作中，当一个消息发送给某个对象时，消息包含接收对象去执行某种操作的信息。发送一条消息至少要包括说明接受消息的对象名、发送给该对象的消息名(即对象名、方法名)。一般还要对参数加以说明，参数可以是认识该消息的对象所知道的变量名，或者是所有对象都知道的全局变量名。类中操作的实现过程叫做方法，一个方法有方法名、参数、方法体。2.1.2 面向对象的三大特征(1)封装性封装机制将数据和代码捆绑到一起，避免了外界的干扰和不确定性。它允许创建对象，简单的说，一个对象就是一个封装了数据和操作这些数据的代码的逻辑实体。在一个对象内部，某些代码和(或)某些数据可以是私有的，不能被外界访问。通过这种方式，对象对内部数据提供了不同级别的保护，以防止程序中无关的部分意外的改变或错误的使用了对象的私有部分。(2)继承性继承性是子类自动共享父类数据结构和方法的机制，这是类之间的一种关系。在定义和实现一个类的时候，可以在一个已经存在的类的基础之上来进行，把这个己经存在的类所定义的内容作为自己的内容，并加入若干新的内容。(3)多态性多态性是指相同的操作或函数、过程可作用于多种类型的对象上并获得不同的结果。不同的对象，收到同一消息可以产生不同的结果，这种现象称为多态性。2.2 面向对象的 Visual Basic6.02.2.1 VB 语言概述VB 是基于对象的可视化程序开发工具，它的优点在于能够快捷、简易地建立Windows 应用程序。所谓“可视化”就是支持该语言的 IDE ( Integrated Development Environment，即集成开发环境，通俗点说就是编程工具)所提供的功能，无须编程，仅通过直观的操作方式即可完成界面的设计工作。可视化编程语言的特点主要表现在两个方面：一是基于面向对象的思想，引入了控件的概念和事件驱动；二是程序开发过程一般本科毕业设计（论文）通过答辩7遵循以下步骤，即先进行界面的绘制工作，再基于事件编写程序代码，以响应鼠标、键盘的各种动作。虽然 IDE 为我们提供了便捷的开发环境，但 VB 是一个基于对象的开发工具，而不同于传统的基于过程的编程工具，所以我们必须明确以下几个概念：(1)对象：是指可以被当作一个单元的代码和数据的组合，它可以是程序中的窗体或控件，也可以是整个程序。(2)属性：就是对象具有的性质，以表明对象的状态。(3)事件：是指发生在对象上的事情。Windows 应用程序属于“事件驱动”模式，即只有当事件发生时，程序才会运行。(4)方法：对象本身包含的函数和过程。(5)过程：指事件发生时要执行的代码。(6)面向对象编程(OOP )：以对象为核心，支持对象的封装机制、多态机制和继承机制。(7)事件驱动模式：通过事件的发生来触发不同过程中的代码，以推动程序的进程。基于事件编程是通过 VB 创建软件系统时的最主要手段之一。2.2.2 可视化设计基本控件(1)命令按钮控件(Command)命令按钮控件可以开始、中断或者结束一个进程。本文系统利用命令按钮控件设计了主轴修调、快速修调、进给修调、循环启动和进给保持等功能键的命令控制。(2)标签控件(Label) 标签控件是 VB 中最简单的控件，用于显示文本说明信息。本文系统中多处采用标签控件显示系统信息，如“加工方式” 、 “机床实际坐标” 、 “辅助机能”等文字的显示。(3)文本框控件(Text Box)文本框控件用于显示设计时输入的或运行时在代码中赋予的控件信息。本文系统中坐标值、主轴转速、进给速度、辅助机能、运行程序段、报警信息等内容的显示都是用该控件完成的，毛坯尺寸、MDI 方式下运行的程序段也是利用该控件输入的。(4)图片框控件(Picture Box)图片框控件是用来显示图形的，但同时它又可以作为其它控件的容器。可以在图片框中显示的图片文件有：位图、图标、图元文件、增强型图元文件、JPEG 或 GIF 文件。本文系统利用图片框控件可以容纳其它控件的特点，设计了仿真图形显示区、刀具类型展示区、MDI 运行界面、坐标系 G54 的参数设置界面、刀偏表界面和刀补表界面。(5)图像控件(Image) 图像控件是用来显示图形的，在使用上和图片框类似，但是使用的系统资源要比图片框控件少，而且重新绘图的速度快。图像控件不能用做容器。本文系统利用图像控件在仿真图形显示区中载入了四个工位的刀架图片。本科毕业设计（论文）通过答辩8(6)定时器控件(Timer)定时器是一个响应时间的控件。它们独立于用户，编程后可用来在一定的时间间隔中周期性地执行某项操作。在本文系统中，比如显示系统时间、刀具沿各坐标轴移动、卡盘转动、自动加工数控程序等各项操作都是命令给定后，独立于用户周期性地执行的操作，都是由定时器控件完成的。2.2.3 可视化设计高级控件(1)公共对话框控件 (Common Dialog)公共对话框控件是一种 ActiveX 控件(VB 内部控件集合的扩充)，是外部控件，能够提供一组标准的 Windows 常规操作对话框，例如打开文件对话框、保存文件对话框等。在本文系统中，自动加工时选择的“磁盘程序”及程序编辑中选择的“磁盘程序” 、文件管理中的 “新建文件”子菜单就使用了公共对话框控件。(2) Rich Text Box 控件 Rich Text Box 控件也是外部控件，和标准文本框相似，但具有更广泛的用途。它没有 64K 字符容量的限制，并具有对文本指定格式的功能。本文系统利用 Rich Text Box 控件实现了显示加工程序、编辑加工程序和显示帮助文件的功能。2.2.4 常见的用户触发事件当用户和系统进行直接交流的时候，鼠标、键盘是最可能使用的交互工具。本文系统使用的用户触发事件：Click, Db Click, Mouse Down, Mouse Up, Key Press, Got Focus 等。2.3 本章小结本章介绍了面向对象技术及其三大特点，结合本文系统枚举了几种 Visual Basic 6.0的常用内部控件、外部控件以及用户触发事件。3 数控车削模拟编程器总体方案3.1 数控车削模拟编程器方案选择3.1.1 数控仿真系统的几种实现方案对于数控仿真系统的实现，目前较流行的有四种方案：(1)基于 Visual C+和 OpenGL 技术的开发OpenGL (Open Graphics Lib)技术是数控仿真系统实现中应用最广泛的三维图形库技术，由于其强大的图形功能和跨平台能力，己经形成工业界的图形开发标准，被广泛地应用于科学计算可视化、视景仿真、虚拟现实等诸多领域。文献 1315都是利用OpenGL 提供的图形操作函数，以 VC 为开发工具，通过在 VC 环境中调用 OpenGL，开发出数控车削仿真软件的。OpenGL 是为 C 语言而写的，对于初学者来说比较难。(2)基于 VRML 虚拟现实技术的开发VRML ( Virtual Reality Modeling Language，虚拟现实建模语言 )，简单点说，VRML本科毕业设计（论文）通过答辩9是一种用于描述三维造型与交互环境的简单的文本语言，可以实现超级链接、游历、交互等功能。文献16 对基于 VRML 技术的数控车削加工仿真技术进行了研究，开发研究了基于网络的三维数控加工仿真环境。但是 VRML 技术着色不如 OpenGL 快，三维建模能力，交互性不强。(3)基于 VC 或 VB 编程语言与现有造型软件结合的开发目前许多 CAD/CAM 软件(UG, Pro/E, CATIA 等)都提供二次开发方法和接口。采用以上软件系统作为仿真系统的图形显示平台，开发者无须考虑环境光源材质等影响真实感的因素，大大降低了编程的难度和强度。但是先进的 CAD/CAM 软件价格昂贵，还要求开发者具有较高的软件使用水平。(4)基于编程语言的开发文献16 17利用 VB 编程语言开发了二维显示模式下数控车削加工环境，探讨了数控程序代码的输入、修改、显示及存取模拟，数控程序的翻译以及数控机床模拟加工过程等问题。文献18利用 VC 编程语言开发的仿真软件可以检查数控加工程序中的错误，减少用试切方法检查所带来的不便和对材料的浪费。本文利用 VB 语言开发了二维显示模式下的数控车削加工环境，正确运行 NC 程序，动态显示加工过程。3.1.2 选择 VB 的理由VB 的最大优点就是容易学习和使用，语法简单，可视化程度高，概念少。你不需要知道程序运行的底层原理，也不需要有太多的程序设计的理论和经验。因此，微软力推VB 的用意，就是希望这种工具能够让任何的终端用户完成自己所需的应用，而不需要求助于非常专业软件开发人员。本文选用 VS 语言进行开发，先进行机床操作界面的设计工作，再基于事件编写程序代码，以响应鼠标、键盘的各种动作。3.2 数控车削模拟编程器基本要求数控车削模拟编程器的开发目标是对教学或培训对象等特定人群的实用型软件，在总体设计、软件开发过程中，需要遵循以下一些基本要求：(1)易学易用性。首先，软件的界面、功能、结构等要以实际的数控机床和数控系统为基础；其次软件有友好的用户界面。(2)正确性和可靠性。这是软件开发的最基本要求。(3)可复用性和可扩展性。数控机床与数控系统都在迅猛发展，机床的型号，系统的版本日新月异。因此，软件应为后续的功能升级提供接口。3.3 数控车削模拟编程器总体设计结构西门子数控车削模拟编程器主要用于教学与培训，提供一个数控车床操作模拟界面、本科毕业设计（论文）通过答辩10手工编程代码的检验平台、动态的仿真加工环境。通过友好的交互式人机界面，将抽象的 NC 代码转化成形象的动态图形和图片，并且提供一定的操作提示。数控车削仿真系统程序管理 加工环境 加工过程 仿真检查机床模块 工件模块 刀具模块 夹具模块 代码编辑 代码检验 代码翻译图形仿真图 3-1 车削模拟编程器功能结构框图本文的设计思路：首先根据数控机床的功能要求，拟订了如图 3-1 所示的功能结构框图，为界面设计和功能模块设计提供具体依据，然后制作出模拟编程器的操作界面，根据数控系统的功能设置进行模块化设计。程序管理功能主要用于编写、修改、删除和保存 NC 代码等。参数设置功能用于显示和保存刀偏表、刀补表和输入坐标系 G54 等参数。机床操作功能需要一个与实际机床基本相同的模拟操作面板，显示机床当前坐标、主轴的转速、当前的刀具、以及机床其它信息的显示区，模拟数控机床的具体操作按钮的控制按钮区，显示编辑和加工程序的程序区等。机床具有五种操作方式:自动、单段、手动、增量和回零。图形仿真功能可以使用户较直观地看到多种刀具的形状，刀具的运动轨迹、加工路线和工件的加工结果。碰撞检查是数控加工仿真中的重要组成，文献19提出了一种实现实时碰撞检测算法。本文系统只能做到对手动切削工件时主轴是否旋转进行检查。4 数控车削模拟编程器基本操作部分的设计本科毕业设计（论文）通过答辩114.1 数控车削模拟编程器操作界面的设计和安排这一部分对代码检验没有直接的作用，但是本仿真系统还有一个非常重要的意义：增强仿真的沉浸感。从这一点来说，建立一个友好的车削模拟编程器操作界面有着非常现实的意义，使其从感性和理性两个方面对 NC 代码产生认知，同时也为 NC 代码编程人员反馈高真感的加工过程信息，以便修正所编的 NC 代码。数控车削模拟编程器界面的设计，应该力求清晰、友好，与实际机床界面保持一致，具有有效的用户提示信息和丰富的图形化任务模型。数控车削模拟编程器是以数控车床 802S(西门子数控系统 )为参照研究开发的软件编程器。如图 4-1 所示，操作界面可分为坐标显示区、菜单栏显示区、程序显示区、机床控制按钮区、卡盘显示区、仿真图形显示区、刀具形状显示区和报警信息显示区等。图 4-1 数控车削模拟编程器的操作界面(1)坐标显示区坐标显示区动态显示刀具运动时的机床坐标值或工件坐标值。VB 语言的默认坐标系是以对象左上角为坐标原点(0，0)， VB 语言以 twip 堤)为度量单位，每英寸为 1440twip，因此每堤约为 0.0176mm，为了便于计算和测量，本系统中刀具的移动单位设定每缓为 0.025mm。(2)菜单栏显示区菜单栏有主菜单，自动加工、程序编辑等子菜单，菜单结构详见图4-2。这些菜单都是由标签控件数组制作完成的，也是重叠放置并只能有一个控件的Visible 属性为 True。 本科毕业设计（论文）通过答辩12图 4-2 数控车削模拟编程器主要功能菜单结构表(3)程序显示区采用图片框控件作为其它控件的容器，设计了多个操作界面，其中有刀偏表界面(如图 4-3 所示 )、刀补表界面、MDI 运行界面(如图 4-4 所示)等，目的是使各界面形式与实际机床一致。此外，还设计了一个用于显示和编辑数控程序的 Rich Text Box 控件。这些控件重叠放置并只能有一个控件的 Visible 属性为 True，以实现界面的相互切换。(4)机床控制按钮区本文系统要求某些机床控制按钮，既能用鼠标操作，又能够显示工作状态，还要与实际机床控制按钮的形状和颜色类似。VB 语言的基本控件不能实现上述要求，因此，本文根据需要设计了此类用户控件：一类是控件中圆点的颜色能从绿变浅绿，模拟指示灯点亮，从浅绿变绿，模拟指示灯熄灭。(5)卡盘显示区卡盘采用图像控件模拟显示，主轴旋转时卡盘具有旋转的动画效果。(6)仿真图形显示区采用图片框控件作为仿真图形显示区，用于显示二维动态的仿真加工过程和结果。(7)刀具形状显示区采用图片框控件作为控件容器，容器内用图像控件载入了四工位刀架图片，用图像控件数组列举了 5