本發(fā)明涉及裝備制造業(yè)中的數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域，更具體的，本發(fā)明涉及數(shù)控機(jī)床在工作過程中的仿真加工，通過虛擬機(jī)床模擬工作過程并與數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行雙向通信實(shí)現(xiàn)對數(shù)控機(jī)床的保障和防護(hù)。

背景技術(shù)：

隨著數(shù)控加工技術(shù)的不斷發(fā)展以及日益增加的復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)的加工需求，多軸數(shù)控加工方案如多軸聯(lián)動(dòng)加工、車銑復(fù)合等得到越來越廣泛的應(yīng)用。然而，復(fù)雜的加工對象對于加工刀具路徑的規(guī)劃、優(yōu)化以及操作人員的工藝水平都提出了更高的要求。盡管目前很多商用CAM軟件都具有一些通用性的加工刀具路徑NC代碼生成功能，但是這些刀具路徑缺乏針對具體機(jī)床運(yùn)動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)的考慮。因此，可能導(dǎo)致加工中刀具與機(jī)床部件(夾具、工件)之間的碰撞，并引起機(jī)床進(jìn)給軸加速度的急劇變化，從而帶來沖擊。多軸加工機(jī)床的加工精度高，成本昂貴，一旦發(fā)生劇烈沖擊或者碰撞，輕則破壞機(jī)床精度，重則直接損壞工件和機(jī)床。尤其工業(yè)生產(chǎn)中，數(shù)控機(jī)床加工過程中一旦發(fā)生碰撞，往往會造成生產(chǎn)計(jì)劃延遲，給企業(yè)和個(gè)人造成經(jīng)濟(jì)損失，有時(shí)還會對機(jī)床操作人員的人身安全帶來威脅。因此，數(shù)控加工中碰撞的檢測及必要防護(hù)具有重要意義。目前，主要采用離線的虛擬加工仿真(如Vericut等)來進(jìn)行加工刀具路徑的驗(yàn)證。當(dāng)虛擬加工與真實(shí)環(huán)境設(shè)置不一致時(shí)，驗(yàn)證結(jié)果可信度大大降低。尤其在手工操作模式下，對數(shù)控機(jī)床操作人員的直接操作和手動(dòng)輸入修改數(shù)控程序無法進(jìn)行模擬，離線仿真驗(yàn)證無能為力。一些基于物理傳感器的方法直接面向真實(shí)機(jī)床工作，攝像頭和激光傳感器可以對加工空間進(jìn)行監(jiān)控，但是受制于它們的有效工作范圍；基于主軸電流功率檢測方法存在滯后性，無法保證碰撞的回避。

加工過程中的碰撞自動(dòng)識別與保護(hù)是機(jī)床智能化的一個(gè)發(fā)展趨勢，目前世界上一些機(jī)床廠商已經(jīng)推出該種功能。譬如OKUMA開發(fā)的與OSP數(shù)控系統(tǒng)集成的Collision Avoidance System能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)與自動(dòng)模式下加工過程的仿真及碰撞檢測，并應(yīng)用到車削中心和車銑復(fù)合加工中心等；Mazak開發(fā)的PC與CNC硬件集成的Intelligent safety shield系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)和自動(dòng)模式下的加工過程仿真及碰撞保護(hù)，能夠應(yīng)用到復(fù)合加工中心、車削中心和五軸加工中心等；德瑪吉森精機(jī)推出的MfgSuite數(shù)控仿真軟件已經(jīng)應(yīng)用于NMV、DuraTurn/DuraVertical等系列機(jī)床，能夠?qū)崿F(xiàn)加工過程仿真及自動(dòng)加工過程的碰撞檢測。這些軟件都和機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)緊密的集成，從而實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)碰撞檢測及防護(hù)。國內(nèi)絕大多數(shù)機(jī)床生產(chǎn)商使用的數(shù)控系統(tǒng)都是進(jìn)口外部系統(tǒng)，由于國外高端數(shù)控系統(tǒng)的封閉性，要想完全掌握數(shù)控系統(tǒng)的邏輯關(guān)系，運(yùn)行機(jī)制，困難很大，所以很難實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)和三維虛擬機(jī)床的通信，技術(shù)難度較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于為實(shí)現(xiàn)機(jī)床的智能化碰撞防護(hù)，提出了一種數(shù)控機(jī)床實(shí)時(shí)防碰撞方法，開發(fā)了數(shù)控機(jī)床三維實(shí)時(shí)加工仿真及防碰撞系統(tǒng)。通過與數(shù)控系統(tǒng)通信采集必要信號，驅(qū)動(dòng)虛擬機(jī)床進(jìn)行同步仿真，對于零部件間的碰撞及刀具和工件間的干涉進(jìn)行預(yù)測，并將碰撞信號返回?cái)?shù)控系統(tǒng)執(zhí)行停機(jī)保護(hù)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種數(shù)控機(jī)床實(shí)時(shí)防碰撞方法，采用外掛主機(jī)安裝的數(shù)控機(jī)床三維實(shí)時(shí)加工仿真及防碰撞系統(tǒng)的與數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行雙向通信的方式進(jìn)行碰撞防護(hù)，數(shù)控機(jī)床準(zhǔn)備，連接數(shù)控系統(tǒng)PCU工廠以太網(wǎng)接口和外掛主機(jī)接口；運(yùn)行數(shù)控機(jī)床三維實(shí)時(shí)加工仿真及防碰撞系統(tǒng)，開始數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床三維實(shí)時(shí)加工仿真及防碰撞系統(tǒng)的通信并仿真；數(shù)控機(jī)床正常運(yùn)行，正常切削，數(shù)控機(jī)床三維實(shí)時(shí)加工仿真及防碰撞系統(tǒng)采集數(shù)控系統(tǒng)信號后驅(qū)動(dòng)虛擬機(jī)床進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真和切削仿真；仿真過程中進(jìn)行碰撞檢測，如檢測出碰撞，系統(tǒng)高亮顯示發(fā)生干涉的部件，并在外掛主機(jī)屏幕提示碰撞信息，同時(shí)通過數(shù)控系統(tǒng)通信模塊返回碰撞信號給數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)停機(jī)保護(hù)；重新調(diào)整機(jī)床至安全狀態(tài)后操作機(jī)床安全運(yùn)行。

數(shù)控機(jī)床三維實(shí)時(shí)加工仿真及防碰撞系統(tǒng)包括六個(gè)功能模塊，分別為人機(jī)交互模塊，機(jī)床模型數(shù)據(jù)模塊，三維渲染環(huán)境模塊，實(shí)時(shí)碰撞檢測模塊，機(jī)床工件實(shí)時(shí)仿真切削模塊，數(shù)控系統(tǒng)通信模塊。數(shù)控系統(tǒng)通信模塊采集數(shù)控系統(tǒng)信號驅(qū)動(dòng)機(jī)床模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，經(jīng)過三維渲染環(huán)境渲染后在終端顯示，在對機(jī)床進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)經(jīng)過實(shí)時(shí)碰撞檢測模塊進(jìn)行碰撞檢測，通過工件實(shí)時(shí)仿真切削模塊進(jìn)行工件切削仿真。

所述的人機(jī)交互模塊，由基于消息機(jī)制的MFC的Ribbon樣式創(chuàng)建界面；界面的毛坯導(dǎo)入和最終工件導(dǎo)入菜單用來加載毛坯模型和最終工件，并通過后臺實(shí)時(shí)碰撞檢測模塊完成工件碰撞模型的加載，同時(shí)由機(jī)床實(shí)時(shí)切削模塊完成對毛坯件的預(yù)處理并通過三維環(huán)境渲染模塊對工件進(jìn)行渲染，由通信連接對話框完成數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)通信模塊的連接。

所述的機(jī)床模型數(shù)據(jù)模塊，虛擬機(jī)床采用與實(shí)物1:1的三角形面片模型，然后通過3ds Max進(jìn)行1:1裝配，導(dǎo)出.x格式文件供DirectX 9.0的API接口讀取調(diào)用；通過三維渲染環(huán)境模塊完成對虛擬機(jī)床的渲染顯示，在渲染的同時(shí)調(diào)用機(jī)床模型數(shù)據(jù)模塊的運(yùn)動(dòng)層次結(jié)構(gòu)算法，完成機(jī)床部件運(yùn)動(dòng)樹的建立，以供后續(xù)實(shí)時(shí)仿真時(shí)通過數(shù)控系統(tǒng)通信模塊采集的信號進(jìn)行驅(qū)動(dòng)之用。

所述的三維渲染環(huán)境模塊，基于DirectX 9.0三維圖形開發(fā)包進(jìn)行構(gòu)建；虛擬機(jī)床視點(diǎn)角度的變化，發(fā)生碰撞時(shí)部件的高亮，工件切削過程中工件的實(shí)時(shí)變化，都是基于三維渲染環(huán)境模塊的渲染方法完成。

所述的實(shí)時(shí)碰撞檢測模塊，碰撞檢測算法是基于改進(jìn)的OBB空間層次包圍盒算法；數(shù)控系統(tǒng)通信模塊采集的位置信號通過基于虛擬機(jī)床位置的預(yù)估插值算法，在預(yù)估運(yùn)動(dòng)姿態(tài)下，機(jī)床零部件和夾具或工件間的干涉檢測采用高效的碰撞檢測算法完成，并將碰撞信號通過通信模塊返回?cái)?shù)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)針對工件的碰撞設(shè)定了兩種類型：毛坯件和最終件的碰撞。毛坯件涉及的碰撞有毛坯和刀具、刀柄、主軸及機(jī)床部件的碰撞。最終件主要涉及刀具對最終工件過切發(fā)生的非法碰撞。

所述的機(jī)床工件實(shí)時(shí)仿真切削模塊，采用dexel結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)處理，切削過程通過工件模型與刀具幾何體之間的實(shí)時(shí)布爾切削運(yùn)算完成；對于過切狀態(tài)做出報(bào)警處理，并通過數(shù)控系統(tǒng)通信模塊完成過切信號返回并執(zhí)行保護(hù)。

所述的數(shù)控系統(tǒng)通信模塊，采用基于OPC UA規(guī)范的數(shù)控系統(tǒng)通信方法，建立機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)服務(wù)器端和客戶端，通過客戶端的操作實(shí)現(xiàn)對感興趣參數(shù)的讀取與寫入，進(jìn)而通過位置預(yù)判插值算法實(shí)現(xiàn)對虛擬仿真機(jī)床的驅(qū)動(dòng)和發(fā)生碰撞后對數(shù)控系統(tǒng)的寫入保護(hù)。

本發(fā)明應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域，機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)通過連接數(shù)控機(jī)床三維實(shí)時(shí)加工仿真及防碰撞系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)床加工操作過程中的防碰撞功能。通過此發(fā)明，機(jī)床操作人員可以更專注地進(jìn)行加工，節(jié)約了數(shù)控加工準(zhǔn)備時(shí)間。對于數(shù)控機(jī)床智能化的避障功能是一種有效探索和嘗試。

附圖說明

圖1是數(shù)控機(jī)床三維實(shí)時(shí)加工仿真及防碰撞系統(tǒng)的功能模塊組成圖；

圖2是一種數(shù)控機(jī)床實(shí)時(shí)防碰撞方法的工作運(yùn)行流程圖；

圖3是機(jī)床模型數(shù)據(jù)模塊加載的模型簡圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行描述，本發(fā)明是虛擬數(shù)控機(jī)床基于OPC UA框架規(guī)范與數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行雙向通信經(jīng)過對輸入信號的預(yù)估算法處理進(jìn)而驅(qū)動(dòng)虛擬機(jī)床三維仿真并對加工過程中出現(xiàn)的非法碰撞和干涉實(shí)現(xiàn)報(bào)警最終實(shí)現(xiàn)對真實(shí)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行保障和防護(hù)。

實(shí)施例

1.圖1是數(shù)控機(jī)床三維實(shí)時(shí)加工仿真及防碰撞系統(tǒng)的功能模塊組成圖。

在本實(shí)施例中，如圖1所示，數(shù)控機(jī)床三維實(shí)時(shí)加工仿真及防碰撞系統(tǒng)包括人機(jī)交互模塊，三維渲染環(huán)境模塊，機(jī)床模型數(shù)據(jù)模塊，實(shí)時(shí)碰撞檢測模塊，工件實(shí)時(shí)切削模塊和數(shù)控系統(tǒng)通信模塊。該系統(tǒng)通過采集數(shù)控系統(tǒng)必要信號，通過位置預(yù)判插值算法驅(qū)動(dòng)虛擬機(jī)床進(jìn)行仿真，對于零部件間的碰撞及刀具和工件間的干涉進(jìn)行預(yù)測，并將碰撞信號返回?cái)?shù)控系統(tǒng)執(zhí)行停機(jī)保護(hù)。

人機(jī)交互模塊，數(shù)控機(jī)床三維實(shí)時(shí)加工仿真及防碰撞系統(tǒng)的仿真環(huán)境可以實(shí)現(xiàn)用戶對加載機(jī)床模型的移動(dòng)、放大、縮小、旋轉(zhuǎn)等交互控制；可以實(shí)現(xiàn)離線狀態(tài)下對虛擬機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件動(dòng)畫演示，刀庫動(dòng)作動(dòng)畫演示，演示實(shí)時(shí)切削功能，防碰撞功能；可以支持毛坯工件和最終工件的導(dǎo)入；可以動(dòng)態(tài)更改刀庫刀具種類，型號尺寸；支持和數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行通信人機(jī)交互設(shè)置。仿真環(huán)境要求渲染過程消耗資源少，用戶交互控制方便簡潔，保證仿真的實(shí)時(shí)性。

機(jī)床模型數(shù)據(jù)模塊，數(shù)控機(jī)床三維實(shí)時(shí)加工仿真及防碰撞系統(tǒng)為保證與真實(shí)機(jī)床加工過程的一致性，并考慮到渲染和目前成熟的高效碰撞檢測算法的計(jì)算速度，機(jī)床(刀具庫，夾具，工件)都采用與實(shí)物1:1的三角形面片模型；數(shù)控機(jī)床的各運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)類型一般只有兩類，直線運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此虛擬數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模要建立機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件的相對運(yùn)動(dòng)關(guān)系，建立運(yùn)動(dòng)副(移動(dòng)副或轉(zhuǎn)動(dòng)副)；建立機(jī)床各相對運(yùn)動(dòng)的層次關(guān)系，保證運(yùn)動(dòng)從父節(jié)點(diǎn)到子節(jié)點(diǎn)的單向傳遞；構(gòu)建表征運(yùn)動(dòng)關(guān)系和層次關(guān)系的矩陣，在虛擬環(huán)境中以對矩陣的操作實(shí)現(xiàn)機(jī)床部件運(yùn)動(dòng)的仿真，結(jié)構(gòu)樹模型便于通過遞歸完成整機(jī)模型的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，機(jī)床零部件之間的運(yùn)動(dòng)附屬關(guān)系通過樹結(jié)構(gòu)來表達(dá)。

三維渲染環(huán)境模塊，數(shù)控機(jī)床三維實(shí)時(shí)加工仿真及防碰撞系統(tǒng)渲染環(huán)境基于DirectX 9.0三維圖形開發(fā)包進(jìn)行構(gòu)建，可以設(shè)置機(jī)床環(huán)境的光照、材質(zhì)、攝像機(jī)等信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)床從視覺角度的優(yōu)化，發(fā)生碰撞時(shí)部件的高亮化，實(shí)現(xiàn)工件切削過程中工件的實(shí)時(shí)變化，可以通過重載響應(yīng)事件實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)角度的變換，從而對虛擬機(jī)床實(shí)現(xiàn)從視覺上的全方位觀察。

實(shí)時(shí)碰撞檢測模塊，數(shù)控機(jī)床三維實(shí)時(shí)加工仿真及防碰撞系統(tǒng)的碰撞檢測模塊使用基于剛體的OBB空間層次包圍盒算法，可以實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)床碰撞檢測。由于從數(shù)控系統(tǒng)采集信號及傳輸過程中產(chǎn)生的延遲，本發(fā)明使用基于虛擬機(jī)床位置的預(yù)估插值算法，在預(yù)估運(yùn)動(dòng)姿態(tài)下，機(jī)床零部件和夾具或工件間的干涉檢測可以采用高效的碰撞檢測算法完成；并將碰撞信號通過通信模塊返回?cái)?shù)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)針對工件的碰撞設(shè)定了兩種類型：毛坯件和最終件的碰撞。毛坯件涉及的碰撞有毛坯和刀具、刀柄、主軸及機(jī)床部件的碰撞。最終件主要涉及刀具對最終工件過切發(fā)生的非法碰撞。其他非法碰撞種類為刀具和夾具或機(jī)床部件的碰撞，主軸和工件、夾具或機(jī)床部件的碰撞，刀柄和工件、夾具或機(jī)床部件的碰撞。

機(jī)床工件實(shí)時(shí)仿真切削模塊，數(shù)控機(jī)床三維實(shí)時(shí)加工仿真及防碰撞系統(tǒng)的工件實(shí)時(shí)切削仿真采用dexel結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)處理；完成工件模型與刀具幾何體之間的實(shí)時(shí)布爾切削運(yùn)算；切削仿真模塊首次實(shí)現(xiàn)刀具非切削段與工件之間干涉的檢測，并做出報(bào)警處理。對于最終工件的保護(hù)，本發(fā)明通過導(dǎo)入最終模型來防止工件過切，實(shí)現(xiàn)對最終工件的保護(hù)。

數(shù)控系統(tǒng)通信模塊，數(shù)控機(jī)床三維實(shí)時(shí)加工仿真及防碰撞系統(tǒng)與機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的通信采用基于OPC UA規(guī)范的數(shù)控系統(tǒng)通信方法，建立機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)服務(wù)器端和客戶端，通過客戶端的操作實(shí)現(xiàn)對感興趣參數(shù)的讀取與寫入(客戶端程序編寫流程見圖2)，進(jìn)而通過位置預(yù)判插值算法實(shí)現(xiàn)對虛擬仿真機(jī)床的驅(qū)動(dòng)和發(fā)生碰撞后的寫入保護(hù)。

2.下面對預(yù)判插值算法做簡要說明：通信模塊以周期T_o在t_i-1時(shí)刻對機(jī)床運(yùn)動(dòng)位置信息進(jìn)行采集，該信息經(jīng)過碰撞檢測和工件實(shí)時(shí)切削計(jì)算，獲取的碰撞信號在下一次通信事件時(shí)才能傳遞到數(shù)控系統(tǒng)，且需要機(jī)床經(jīng)歷T_p實(shí)現(xiàn)停機(jī)保護(hù)。因此，從信號輸入到執(zhí)行停機(jī)保護(hù)的周期為T_e＝T_o+T_p。這就是碰撞防護(hù)系統(tǒng)相對真實(shí)加工中碰撞發(fā)生需要停機(jī)響應(yīng)的滯后時(shí)間。因此，碰撞防護(hù)系統(tǒng)在t_i采樣，需要使用T_e時(shí)刻后的機(jī)床運(yùn)動(dòng)位置進(jìn)行碰撞檢測，才能夠保證碰撞信息在機(jī)床端得到響應(yīng)。T_e時(shí)刻后預(yù)測的機(jī)床運(yùn)動(dòng)位置P_pre,i可以通過t_i-2,t_i-1和t_i時(shí)刻的采集位置P_i-2,P_i-1和P_i差分近似得到。

P_pre,i＝P_i+V_iT_e+0.5a_iT_e²

其中

$V_i=min\{\frac{P_i-P_{i-1}}{T_o},V_{MAX}\}$

$a_i=min\{\frac{P_i-2P_{i-1}+P_{i-2}}{T_o},a_{MAX}\}$

V_MAX和a_MAX分別為各個(gè)進(jìn)給軸的最大速度和最大加速度。

3.圖2是本實(shí)施例的工作流程圖，圖3是本實(shí)施例進(jìn)行仿真的數(shù)控機(jī)床的簡化圖。結(jié)合圖2及圖3對本實(shí)施例的工作流程進(jìn)行詳細(xì)說明。

本實(shí)施例的仿真對象為臥式四軸數(shù)控加工中心，如圖3所示，1表示托架，2表示支架，3表示工作臺，4表示刀柄，5是換刀臂，6是刀庫，7是主軸，8是主軸箱，9是立柱，10是床身。X、Y、Z軸及旋轉(zhuǎn)B軸運(yùn)動(dòng)方向如箭頭所示，鏈?zhǔn)降稁?，刀?0把，采用數(shù)控系統(tǒng)為SINUMERIK 840D sl。通過三維建模軟件(proe或SolidWorks等)1:1建模機(jī)床模型，通過3ds Max裝配模型，導(dǎo)出.X文件，然后通過directX 9.0的API調(diào)用該文件。刀具建模過程亦同機(jī)床模型建模配置過程。通過配置文件配置機(jī)床信息，包括機(jī)床行程參數(shù)，刀庫換刀速度，主軸加載默認(rèn)刀具參數(shù)等。通過刀具配置文件配置刀庫對應(yīng)刀號刀具信息，支持刀具類型，刀具參數(shù)等。本實(shí)施例碰撞檢測針對工件和刀具的碰撞提出了兩種碰撞狀態(tài)，工件毛坯對于主軸未開啟時(shí)的碰撞，最終工件對于刀具過切的非法碰撞；其他非法碰撞種類為刀具和夾具或機(jī)床部件的碰撞，主軸和工件、夾具或機(jī)床部件的碰撞，刀柄和工件、夾具或機(jī)床部件的碰撞。

通過網(wǎng)線連接數(shù)控系統(tǒng)PCU的工廠以太網(wǎng)接口，配置IP，運(yùn)行數(shù)控機(jī)床三維實(shí)時(shí)仿真及防碰撞系統(tǒng)。

3.1離線演示：單擊Ribbon界面的操作設(shè)置按鈕，彈出非模態(tài)演示對話框，該對話框支持對機(jī)床的動(dòng)畫演示，演示包括X、Y、Z、B軸正反向運(yùn)動(dòng)操作，主軸正反向轉(zhuǎn)動(dòng)，主軸停止，手動(dòng)換刀，自動(dòng)換刀過程，工作臺交換過程等。在機(jī)床部件運(yùn)動(dòng)過程中，實(shí)時(shí)碰撞檢測模塊會實(shí)時(shí)檢測碰撞狀態(tài)，發(fā)生碰撞時(shí)會提示碰撞信息并高亮顯示發(fā)生碰撞的工作件。當(dāng)演示切削時(shí)，刀具切削工件，工件會根據(jù)刀具與工件的切削狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示工件的變化過程，在此過程中并實(shí)時(shí)碰撞檢測。

3.2在線運(yùn)行：單擊Ribbon界面的通信設(shè)置按鈕，彈出非模態(tài)通信對話框，選擇數(shù)控系統(tǒng)版本，輸入PCU的IP地址，單擊連接。通過OPC UA規(guī)范，通信模塊采集數(shù)控系統(tǒng)信號，本發(fā)明采集X、Y、Z、B軸位置信息以及主軸轉(zhuǎn)速和當(dāng)前刀具號信息，支持機(jī)床換刀并通過本系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)畫演示。本系統(tǒng)通過采集的信號信息經(jīng)過位置預(yù)判插值算法驅(qū)動(dòng)相應(yīng)機(jī)床部件運(yùn)動(dòng)并動(dòng)畫呈現(xiàn)，同時(shí)碰撞檢測對預(yù)判后的位置進(jìn)行碰撞檢測，如果出現(xiàn)碰撞，本系統(tǒng)高亮顯示碰撞工作件并提示碰撞信息，同時(shí)改變碰撞相關(guān)狀態(tài)變量狀態(tài)，通過OPC UA規(guī)范寫入數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行停機(jī)保護(hù)。如果是在數(shù)控程序自動(dòng)加工過程中出現(xiàn)碰撞，則機(jī)床操作人員調(diào)整數(shù)控程序至安全狀態(tài)；如果是手工操作加工則此時(shí)操作人員改變原來操作方案，防止出現(xiàn)非法碰撞。如果沒有出現(xiàn)碰撞則虛擬機(jī)床根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)采集信息和預(yù)判算法對機(jī)床位置循環(huán)檢測保證機(jī)床正常工作。如果刀具和工件發(fā)生切削，則通過工件實(shí)時(shí)切削模塊顯示工件切削后的形狀并進(jìn)行動(dòng)畫仿真，同時(shí)進(jìn)行循環(huán)碰撞檢測，碰撞檢測如出現(xiàn)碰撞則與上述碰撞出現(xiàn)后的響應(yīng)狀態(tài)一致，進(jìn)行機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)調(diào)整，否則一直進(jìn)行循環(huán)檢測。對于機(jī)床運(yùn)行過程中的換刀狀態(tài)，本系統(tǒng)通過OPC UA規(guī)范讀取刀具號，并根據(jù)機(jī)床刀庫換刀動(dòng)作進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)畫仿真，保證加工刀具的準(zhǔn)確性。