数控机床刀架虚拟装配仿真系统的设计与实现

　　虚拟装配系统以装配对象的三维实体模型为基础，在计算机上对装配操作的全过程进行仿真，真实地模拟和展示产品的相关特性。虚拟装配系统的作用主要有：在设计和制造阶段，可以通过仿真环境优化产品设计，避免或减少产品实际加工中的反复试制或改进；在装配阶段，可以通过虚拟环境模拟装配过程，利用计算机对装配序列、装配路径的规划进行验证和纠错，从而降低装配成本；将虚拟装配与实际装配相结合，创建沉浸、半沉浸的虚拟环境，对于培训和教学而言，可以提高装配操作人员的工作效率。

　　数控机床刀架是数控车床的执行机构，是重要的功能部件，它在一定程度上标志着数控车床的技术水平，并且与加工精度和生产效率密切相关。通过虚拟装配仿真系统可以更加安全、高效地掌握数控机床刀架的工作原理和装拆方法，对于数控机床的检测和故障维修具有重要意义。LDB4数控机床刀架为经济型数控车床电动刀架，在加工制造业具有广泛的应用场合。本文以LDB4数控机床刀架的虚拟仿真为背景，以虚拟装配培训为目标，利用虚拟现实技术原理，为产品装配过程的设计、规划和运动仿真分析构建一个实用的平台。这个系统可通过人机交互的方式，对装配体进行模型展示、装配序列和装配路径的模拟，同时可结合分析验证装配序列的可行性与合理性。

1 系统功能模块及总体框架

　　1.1 开发环境的选择

　　EON Studio是一种虚拟现实环境生成工具，可以依据使用者的意图，研发实时3D应用程序。本文选用VC++6．0与EON Studio相结合，进行交互式虚拟装配仿真系统的开发。所设计的数控机床刀架虚拟装配系统，主要应用于教学，系统在满足虚拟装配仿真的基础上，易学易用，操作简便灵活，并具备可拓展的功能。

　　1.2 系统的构成

　　构建虚拟仿真系统的主要任务是实现数控机床刀架三维可视化模型的展示，按照合理的装配序列和装配路径进行运动仿真和人机交互操作训练。本文所建立的交互式虚拟装配仿真系统主要包括三维模型创建模块、模型导入模块、装配仿真模块、人机交互模块、功能集成模块。在功能上主要包括装配体零部件结构展示、快速装拆仿真、虚拟装配和虚拟拆卸。

2 技术路线及功能实现方法

　　2.1 三维模型的创建与导入

　　本文选择利用Pro／E建立LDB4数控机床刀架的三维模型，用它建立的三维数据模型具有准确的尺寸。为便于网络传输和进一步控制，将Pro／E建立的三维数据模型导人到3DMAX中进行材质设置，之后通过3 DMAX与EON Studio的接口插件，可方便地导入EON Studio进行开发设计。

　　2.2 虚拟运动仿真功能实现

　　2.2.1 EON Studio的功能节点

　　在EON Studio系统中，各种功能主要通过节点来实现。节点是一个具有功能和数据的对象，节点的数据信息一般包括域(field)和事件(event)两个方面，可以对节点的属性进行设置，或者对节点接收到的信息进行修改，也可以通过接口来操作其他节点。图1所示为EON Studio中节点的事件驱动原理。

图1 EON Studio中节点的事件驱动原理 

　　2.2.2 虚拟装配路径规划

　　装配路径是零部件在虚拟装配空间中的运动轨迹。装配路径的规划除包含了装配的工艺路线，亦包含了零件行走的正确轨迹，确保零部件更合理的装配，同时也获得更高的装配精度。

　　本文数控机床刀架装配体的设计是在完成零件造型的基础上，新建一个装配体，然后点击浏览，依次选择要插入的零部件即可。LDIM数控机床刀架装拆过程中零件的运动轨迹主要包括直线运动和旋转运动。两个零件之间的装配约束关系用3个坐标方向的位移以及绕这3个坐标方向的转动表示。针对具体的运动方式，在本文描述的虚拟装配系统当中主要利用Script节点、Path node节点和Place节点来进行控制。其中：Script节点主要用于实现数据的输入和输出M1；Path node节点用来实现旋转运动仿真；Place节点用来实现直线运动仿真。

　　2.3 人机交互控制与系统集成

　　EON Studio提供了与外部应用程序之间的通信接口EONX，EONX其实是一个ActiveX控件，它能使EON Studio开发的应用程序在其他应用程序中显示并正常运行川。本文通过VC++调用EONX控件的接口函数，实现二者之间的数据传递。实现VC++与EON Studio之间的通信过程的主要程序流程如下：

　　a．在EON Studio中建立EventIn节点和EventOut节点，以实现事件的输人与输出。

　　b．在EON Studio中建立JScript节点，将JScript节点与EventIn节点或Event Out节点连接，JScript节点可以从Eventln节点接收数据，并将处理后的数据发送给EventOut节点。

　　c．在交互界面上通过按钮或文本框发送指令给VC++和EON Studio的接口程序，触发EONScript的事件。

　　d．在VC++中添加消息响应函数，对EventOut进行监听，并利用SendEve函数将VC++的数据传输给EventIn节点。