VR技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用

李亞平 孟麗霞

[摘要]VR技術(shù)是現(xiàn)今計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域中一項(xiàng)包含多種學(xué)科的一門(mén)綜合科學(xué)技術(shù)，該技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用在現(xiàn)實(shí)中許多的領(lǐng)域中。文章將VR技術(shù)應(yīng)用于數(shù)控零件教學(xué)中，運(yùn)用CAXA制造工程師實(shí)現(xiàn)典型零件的三維建模造型，加工方法選擇、工藝參數(shù)設(shè)置，自動(dòng)生成零件的數(shù)控加工程序和相關(guān)加工工藝資料文件等，利用仿真模塊進(jìn)行零件刀具路徑規(guī)劃仿真，驗(yàn)證加工代碼的正確性。同時(shí)介紹了宇龍仿真軟件的加工仿真功能，VR技術(shù)在加工課程上的應(yīng)用對(duì)同類課程借鑒作用。

[關(guān)鍵詞]VR技術(shù)；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；加工仿真

[DOI]1013939/jcnkizgsc201650244

1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡(jiǎn)介

VR技術(shù)就是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，它是在虛擬的環(huán)境下體驗(yàn)現(xiàn)實(shí)狀況的事和物。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的顯著特征有沉浸性和交互性等。沉浸性是指人以第一人稱存在在虛擬世界中的真實(shí)體驗(yàn)。當(dāng)然，以目前技術(shù)還沒(méi)有達(dá)到最理想的程度。交互性是指人在虛擬世界中，能夠像在現(xiàn)實(shí)當(dāng)中一樣，可以通過(guò)對(duì)一些物體的抓取、使用等動(dòng)作，感覺(jué)到所觸碰的物體的重量、形狀、色澤等一些人與物體之間的互動(dòng)信息。

本文將虛擬技術(shù)應(yīng)用于數(shù)控加工課程的教學(xué)中，使學(xué)生在課堂上就能體會(huì)到零件在車(chē)間生產(chǎn)一線設(shè)備加工的工況，熟悉加工流程，處理加工故障，保證合格產(chǎn)品的安全、文明生產(chǎn)。

文中運(yùn)用CAXA軟件的仿真功能進(jìn)行典型銑削零件的加工，同時(shí)介紹宇龍仿真系統(tǒng)的數(shù)控車(chē)削零件加工仿真。

2典型銑削仿真加工

CAXA制造工程師是由北航海爾軟件有限公司研制開(kāi)發(fā)的面向數(shù)控銑床和加工中心的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與輔助制造（CAD/CAM）軟件。

CAXA軟件具有CAM輔助加工功能：加工中心可以進(jìn)行2-5軸的數(shù)控加工，生成刀具軌跡、仿真加工、生成加工程序、生成工藝單。數(shù)控加工方法可根據(jù)加工實(shí)際，靈活選用。加工方法有粗、半精、精、補(bǔ)加工等多種加工方式。

數(shù)控代碼的正確性可以通過(guò)系統(tǒng)仿真手段檢驗(yàn)，如果仿真加工發(fā)生干涉或刀具路徑不是很合理，可以進(jìn)行編輯修改，即進(jìn)行刀具路徑的優(yōu)化。數(shù)控系統(tǒng)可根據(jù)用戶的要求進(jìn)行后置處理格式的選擇和處理，直接輸出用戶需要的數(shù)控加工代碼。

下面運(yùn)用CAXA制造工程師對(duì)典型零件進(jìn)行了三維建模和計(jì)算機(jī)輔助加工虛擬仿真，以體會(huì)VR技術(shù)在數(shù)控加工中的應(yīng)用。首先依據(jù)圖紙要求對(duì)零件進(jìn)行實(shí)體造型，轉(zhuǎn)接盤(pán)實(shí)體造型過(guò)程依次如下圖：圖1為零件底座實(shí)體圖，圖2為孔特征實(shí)體圖形，圖3為零件最終實(shí)體造型圖。

圖1底座實(shí)體圖2孔特征實(shí)體圖3轉(zhuǎn)接盤(pán)實(shí)體造型

實(shí)體造型后根據(jù)零件加工實(shí)際需求，制定合理加工工藝進(jìn)行零件的加工。其中主要包括毛坯的定義、刀具的選擇、加工方法的選擇、各種加工工藝參數(shù)的合理設(shè)置等。根據(jù)零件圖紙要求，零件的加工方法可以選用區(qū)域粗加工、輪廓線精加工、啄式鉆孔、區(qū)域式粗加工、等高線精加工等加工方法。圖4為仿真加工零件圖，圖5為仿真加工刀具路徑規(guī)劃圖，圖形如果不合理，可以進(jìn)行修改，然后依據(jù)最終合理的刀具路徑生成數(shù)控加工代碼。

3典型車(chē)削零件仿真加工

典型的車(chē)削零件介紹利用宇龍仿真軟件來(lái)進(jìn)行了虛擬仿真加工。依據(jù)圖紙要求對(duì)零件進(jìn)行工藝分析和數(shù)控加工程序的編制，然后打開(kāi)數(shù)控加工仿真系統(tǒng)如圖6所示。該數(shù)控仿真系統(tǒng)與實(shí)際加工的步驟完全相同，依次進(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床設(shè)備選擇見(jiàn)圖7，刀具選擇及工件裝夾見(jiàn)圖8，加工零件加工并監(jiān)控加工過(guò)程如圖9所示，加工零件成品圖如圖10所示。如果出現(xiàn)撞刀和加工中的問(wèn)題，都可以進(jìn)行修改。

4結(jié)論

在數(shù)控加工的課程教學(xué)中，充分運(yùn)用CAXA軟件的CAM功能或宇龍仿真軟件的加工仿真，進(jìn)行零件的數(shù)控虛擬加工，驗(yàn)證加工代碼的正確性；同時(shí)進(jìn)行了刀具路徑的規(guī)劃和優(yōu)化，仿真加工對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)加工類課程具有很好的效果。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一個(gè)極具潛力的研究項(xiàng)目，是未來(lái)的重要技術(shù)之一。它不論在理論，軟件或者硬件的領(lǐng)域上都依賴著很多技術(shù)，不過(guò)可以預(yù)見(jiàn)，在未來(lái)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)絕對(duì)會(huì)被廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊偉群數(shù)控工藝員培訓(xùn)教程（數(shù)控銑部分）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002

[2] 北京北航海爾軟件有限公司CAXA制造工程師XP用戶手冊(cè)[M].北京：北京北航海爾軟件有限公司

[3] 胡松林CAXA制造工程師V2/XP實(shí)例教程[M].北京：北京航空航天出版社，2001