CN107944067A - 机床的虚拟仿真系统及其虚拟制造方法、制造装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供机床的虚拟仿真系统及其虚拟制造方法、制造装置。所述虚拟仿真系统主要包括：用于提供虚拟机床模型，并获取对所述机床虚拟模型的机床操作和用户操作的机床仿真单元；用于根据所述机床操作和用户操作进行相应的运行，并将运行情况实时反馈给所述机床仿真单元的数控单元，并且，所述机床虚拟模型会根据所述数控单元反馈的运行情况，实时进行相应的虚拟工作。本发明通过对机床的模拟仿真，不仅真实地展示了机床的工作过程，也有效地保证了机床操作者的人身安全。

Description

机床的虚拟仿真系统及其虚拟制造方法、制造装置

技术领域

本发明涉及机床仿真领域，特别是涉及机床的虚拟仿真系统及其虚拟制造方法、制造装置。

背景技术

领先的机床制造商和研究机构已经对“虚拟机床”进行了多年的研究工作，其研发的关键点在于与制造过程的紧密结合。在虚拟机床的应用中，机床和工件之间的交互作用被模拟，且可通过3D形式被生动地显示出来，几乎能够重现移动机床的所有运动学特征，例如：机床加工工件时材料的移除等。

传统的机床仿真技术，如《斯沃数控机床仿真单元软件在数控技术教学中的应用》【《沈阳工程学院学报》，2010年7月，第6卷第3期】公开了一种机床仿真单元，通过一个应用程序来模拟机床内部的运动，其数字控制核心为仿真的数控系统，是以数控系统为模拟开发，结合三维仿真技术、信息技术、系统技术及其应用有关的专业技术，展示数控机床的结构、原理及操作方法，同时，采用OpenGL等图形编程技术，保证了系统运行性能。

如斯沃数控机床仿真单元这类传统的虚拟机床，主要采用在windows等环境开发一个应用程序去模拟机床内部的运动的方式，用于模拟真实的机床，多数只是用于仿真操作，或者涉及一些机床的装配等，并且只有部分组件被实现。随着先进机床的提出，加工和移动操作变得越来越复杂，这种方法逐步显示出了不适应性。此外，传统的机床仿真技术不能提供真实的操作环境，不能全方位的观察和操作机床，让用户无法很好的掌握真实机床的操作。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供机床的虚拟仿真系统及其虚拟制造方法、制造装置，用于解决现有技术中的上述问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种机床的虚拟仿真系统，包括：机床仿真单元，用于提供虚拟机床模型，并获取对所述机床虚拟模型的机床操作和用户操作；数控单元，用于根据所述机床操作和用户操作进行相应的运行，并将运行情况实时反馈给所述机床仿真单元；所述机床虚拟模型还用于根据所述数控单元反馈的运行情况，实时进行相应的虚拟工作。

于本发明一实施例中，所述虚拟机床模型包括：虚拟机床主体，包括：虚拟主轴、虚拟进给轴、虚拟机床外壳和虚拟滑台，并且，所述虚拟机床主体的虚拟机床坐标系与所述数控单元的机床坐标系相互对应；虚拟机头，用于接收对所述虚拟机床主体的模拟操作，所述虚拟机头包括：虚拟机头操作部件，所述虚拟机头操作部件包括：虚拟键盘、虚拟旋钮、虚拟按钮、虚拟鼠标、虚拟触摸屏或/和虚拟显示屏。

于本发明一实施例中，所述虚拟机床模型为VR机床模型；所述机床仿真单元还包括：与所述虚拟机头通信连接的VR显示装备或/和VR操纵装备。

于本发明一实施例中，所述虚拟机床模型还包括：第一通讯模块，用于接收所述数控单元传送的第一参数包，所述第一参数包中包括：所述数控单元运行得到的轴运动信息、限位坐标、切削信息和刀具信息；缓冲模块，用于存储接收到的所述第一参数包；数据解析模块，用于解析接收到的所述第一参数包；控制模块，用于根据所述数据解析模块的解析结果，控制所述虚拟机床主体的运动，包括：所述虚拟主轴、所述虚拟进给轴、虚拟机床门、虚拟刀盘或虚拟机床灯。

于本发明一实施例中，所述虚拟机床模型还包括：机床操作模块，用于对接收的机床操作进行解析，并根据解析出的运动信息驱动所述虚拟机床主体中的相应部件进行相应的运行或响应；所述机床操作包括：对移动所述虚拟进给轴的虚拟旋钮、虚拟机床门的开关键、虚拟机床灯的开关键的操作、虚拟夹具控制操作、虚拟润滑操作、虚拟油雾冷却操作、虚拟水冷操作、虚拟气冷操作、虚拟机械手操作、虚拟刀盘反转操作、虚拟刀盘正转操作、虚拟主轴定向操作、虚拟主轴松开操作、虚拟主轴卡紧操作、虚拟排屑操作、虚拟主轴正转操作、虚拟主轴反转操作或/和虚拟主轴停止操作。

第二通讯模块，用于每隔第一周期的时间采集所述虚拟主轴、所述虚拟进给轴的虚拟坐标值，打包成第二参数包，发送到所述数控单元，并覆盖所述数控单元中对应的主轴或进给轴的坐标值。

于本发明一实施例中，所述虚拟机床模型还包括：用户操作单元，包括消息列表模块，所述消息列表模块中适于存储与所述用户操作对应的编码，所述编码随着用户操作中对所述虚拟机头操作部件的操作而发生对应变化；所述用户操作包括：对虚拟复位键、虚拟执行键、虚拟循环启动键、虚拟上大电、虚拟急停按钮、虚拟伺服上电按钮、虚拟主轴倍率、虚拟进给倍率、虚拟单段按钮、虚拟空运行按钮、虚拟进给保持按钮、虚拟段跳跃按钮、虚拟条件停按钮、虚拟回零按钮、虚拟返回按钮、虚拟中断按钮、虚拟报警按钮、虚拟选择当前运动轴按钮、虚拟选择当前轴运动方向按钮或/和虚拟快进按钮的操作。

第三通讯模块，用于每隔第二周期的时间，将所述消息列表模块中的编码信息发送给所述数控单元；

所述数控单元还用于：识别所述编码信息，并对该编码信息所对应的用户操作进行相应的运行，再将数控系统运行的结果反馈给所述机床仿真单元。

于本发明一实施例中，所述虚拟机床模型还包括：加工模拟仿真界面，设置于所述虚拟显示屏中，用于显示进行虚拟加工的数控程序的工件和刀具模拟仿真情况；所述用户操作还包括：工件大小选择、刀具选择或参数设置；远程桌面通讯模块，用于实现所述加工模拟仿真界面与所述数控单元之间的通信。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种虚拟制造方法，包括：准备步骤：提供如上所述的机床的虚拟仿真系统；连接步骤：将所述机床仿真单元与所述数控单元建立连接；数控单元工作步骤：所述数控单元进行与所述机床仿真单元中的操作相应的运行，并将运行中产生的数据发送给所述机床仿真单元；机床仿真单元工作步骤：机床仿真单元获取数据后，对数据进行分析和解析，所述虚拟机床模型根据解析结果，进行虚拟加工。

于本发明一实施例中，所述准备步骤中还包括：在所述数控单元中存入待虚拟加工的数控程序；在所述机床仿真单元中虚拟启动所述数控程序；所述连接步骤中还包括：所述机床仿真单元向所述数控单元发送数据请求；所述数控单元工作步骤包括：所述数控单元按照既定协议或所述数据请求的请求内容，每隔一个周期，将所述数控程序在前一个周期内运行所增加的数据打包发送给所述机床仿真单元，所述数据包括：轴运动信息、限位坐标、切削信息和刀具信息。

于本发明一实施例中，所述方法还包括：当所述在机床仿真单元进行的操作为机床操作时，所述机床仿真单元对接收的机床操作指令进行解析，并根据解析出的运动信息驱动所述虚拟机床主体中的相应部件进行相应的运行；所述机床操作包括：所述虚拟进给轴的移动操作、虚拟机床门开关操作、虚拟机床灯的开关操作、虚拟夹具控制操作、虚拟润滑操作、虚拟油雾冷却操作、虚拟水冷操作、虚拟气冷操作、虚拟机械手操作、虚拟刀盘反转操作、虚拟刀盘正转操作、虚拟主轴定向操作、虚拟主轴松开操作、虚拟主轴卡紧操作、虚拟排屑操作、虚拟主轴正转操作、虚拟主轴反转操作或/和虚拟主轴停止操作；每隔第一周期的时间采集所述虚拟机床模型中的所述虚拟主轴、所述虚拟进给轴的虚拟坐标值、主轴转速和当前刀号，打包成第二参数包，并传送给所述数控单元；所述数控单元将对应的主轴或进给轴的坐标值进行相应的改变，并改变主轴转速和刀盘刀位。

于本发明一实施例中，所述方法还包括：根据与对虚拟机头操作部件的用户操作而变化的编码规则建立消息列表；其中，所述用户操作包括：对虚拟复位键、虚拟执行键或虚拟循环启动键的操作、虚拟上大电、虚拟急停按钮、虚拟伺服上电按钮、虚拟主轴倍率、虚拟进给倍率、虚拟单段按钮、虚拟空运行按钮、虚拟进给保持按钮、虚拟段跳跃按钮、虚拟条件停按钮、虚拟回零按钮、虚拟返回按钮、虚拟中断按钮、虚拟报警按钮、虚拟选择当前运动轴按钮、虚拟选择当前轴运动方向按钮或/和虚拟快进按钮的操作；每隔第二周期的时间，将所述消息列表发送给所述数控单元；所述数控单元识别所述消息列表中的编码信息，并对该编码信息所对应的用户操作进行相应的运行，再将数控系统运行的结果反馈给所述机床仿真单元。

于本发明一实施例中，所述数控单元与所述机床仿真单元之间的通讯方式为：tcp或udp方式。

于本发明一实施例中，所述虚拟的加工过程包括：在所述机床仿真单元中进行刀具轨迹虚拟运动和虚拟工件切除。

于本发明一实施例中，采用远程桌面的方式在所述虚拟机床仿真单元中显示加工模拟仿真界面，以显示进行虚拟加工的数控程序的工件和刀具模拟仿真情况。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种虚拟制造装置，包括：虚拟现实环境单元，包括：如上任一所述的机床的虚拟仿真系统；虚拟探头，用于让用户能在所述虚拟现实环境单元中探入所述机床虚拟模型的内部观察所述机床的机械组成结构。

于本发明一实施例中，所述机床仿真单元与所述数控单元安装于同一电子终端、主机、微处理器、或集成电路芯片中，或者，所述机床仿真单元与所述数控单元分别安装于两个电子终端、主机、微处理器、或集成电路芯片中。

于本发明一实施例中，所述机床仿真单元与所述数控单元装置于同一上位机PC的Windows操作系统中，或者，所述机床仿真单元与所述数控单元分别装置于两个上位机PC的Windows操作系统中。

于本发明一实施例中，当所述机床仿真单元与所述数控单元装置于同一上位机PC的Windows操作系统中时，所述数控单元先搭载于Linux系统下，再以虚拟机的方式运行在所述Windows操作系统中，或者，所述机床仿真单元与所述数控单元装置于同一下位机的单片机系统中；当所述机床仿真单元与所述数控单元分别安装于两个电子终端、主机、微处理器、或集成电路芯片中时，所述数控单元装置于机床，用于控制机床的加工运行。

于本发明一实施例中，所述数控单元还包括：机床控制模块，用于根据所述用户操作进行相应的运行，并控制与所述数控单元对应的机床进行相应运行，且获取该机床进行所述相应运行而产生的运行信息，发送至所述机床仿真单元，以供显示令所述机床虚拟模型在所述虚拟现实环境中执行对应于所述运动信息的运动的情况。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电子终端设备，包括：如上任一所述的虚拟制造装置。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种工业机床系统，包括：如上所述的电子终端设备、及与所述电子终端设备通信连接的机床主体。

如上所述，本发明的机床的虚拟仿真系统及其虚拟制造方法、制造装置，可以大规模地应用于学员培训、产品推广、展会宣传等各个领域，不仅真实地展示了机床的工作过程，还能够有效保障操作人员的人身安全。另外，由于工业机床的种类繁多，同时培训或展示多台工业机床的成本高、可行性低，而本发明的技术方案却能够很好地解决这一问题，不仅打破了空间限制，还减少了场地成本和培训成本，具有多方面的商业价值。

附图说明

图1A显示为本发明一实施例中的机床的虚拟仿真系统结构示意图。

图1B显示为本发明一实施例的机床操作提示流程示意图。

图2显示为本发明一实施例中的虚拟制造方法流程示意图。

图3显示为本发明一实施例中的虚拟制造装置模块示意图。

图4显示为本发明一实施例中的电子终端设备示意图。

图5显示为本发明一实施例中的工业机床系统结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例1

请参阅图1A，本发明提供一种机床的虚拟仿真系统1，包括：机床仿真单元101、数控单元102。机床仿真单元101提供虚拟机床模型，并获取对所述机床虚拟模型的机床操作和用户操作。数控单元102根据所述机床操作和用户操作进行相应的运行，并将运行情况实时反馈给所述机床仿真单元101。此外，机床仿真单元101的机床虚拟模型还会根据所述数控单元102反馈的运行情况，实时进行相应的虚拟工作。

所述机床仿真单元101可以基于unity3D技术建立，且结合3DMAX等技术建立虚拟机床模型。由于unity3D主要用于游戏开发，所以采用该项技术有助于让操作者可以像操作游戏一样的操作虚拟机床，过程也会更加流畅、更加真实。所述机床仿真单元101建立的虚拟机床模型包括：

1)虚拟机床主体，包括：虚拟主轴、虚拟进给轴、虚拟机床外壳和虚拟滑台，并且，所述虚拟机床主体的虚拟机床坐标系与所述数控单元的机床的坐标系相互对应。

2)虚拟机头，用于接收对所述虚拟机床主体的模拟操作，所述虚拟机头包括：虚拟机头操作部件，例如：虚拟键盘、虚拟旋钮、虚拟按钮、虚拟鼠标、虚拟触摸屏、虚拟显示屏等。

3)第一通讯模块，用于接收所述数控单元传送的参数包，所述参数包中包括：所述数控单元运行得到的轴运动信息、限位坐标、切削信息和刀具信息等。

4)缓冲模块，用于存储接收到的所述参数包。

5)数据解析模块，用于解析接收到的所述参数包。

6)控制模块，用于根据所述数据解析模块的解析结果，控制所述虚拟机床主体的运动，包括：所述虚拟主轴、所述虚拟进给轴、虚拟机床门或虚拟机床灯等。

7)机床操作模块，用于对接收的机床操作进行解析，并根据解析出的运动信息驱动所述虚拟机床主体中的相应部件进行相应的运行或响应，其中，所述机床操作包括：所述虚拟进给轴的移动操作、虚拟机床门开关操作、虚拟机床灯的开关操作、虚拟夹具控制操作、虚拟润滑操作、虚拟油雾冷却操作、虚拟水冷操作、虚拟气冷操作、虚拟机械手操作、虚拟刀盘反转操作、虚拟刀盘正转操作、虚拟主轴定向操作、虚拟主轴松开操作、虚拟主轴卡紧操作、虚拟排屑操作、虚拟主轴正转操作、虚拟主轴反转操作或/和虚拟主轴停止操作。

8)第二通讯模块，用于每隔第一周期(例如：1秒左右)的时间采集所述虚拟主轴、所述虚拟进给轴的虚拟坐标值，打包第二参数包，覆盖所述数控单元中对应的主轴或进给轴的坐标值。

9)用户操作单元，包括：消息列表模块，所述消息列表模块中适于存储与所述用户操作对应的编码，所述编码随着用户操作中对所述虚拟机头操作部件的操作而发生对应变化，其中，所述用户操作包括：对虚拟复位键、虚拟执行键、虚拟循环启动键、虚拟上大电、虚拟急停按钮、虚拟伺服上电按钮、虚拟主轴倍率、虚拟进给倍率、虚拟单段按钮、虚拟空运行按钮、虚拟进给保持按钮、虚拟段跳跃按钮、虚拟条件停按钮、虚拟回零按钮、虚拟返回按钮、虚拟中断按钮、虚拟报警按钮、虚拟选择当前运动轴按钮、虚拟选择当前轴运动方向按钮或/和虚拟快进按钮的操作。

10)第三通讯模块，用于每隔第二周期(例如：5ms～100ms左右)的时间，将所述消息列表模块中的编码信息发送给所述数控单元，以供所述数控单元识别所述编码信息，并对该编码信息所对应的用户操作进行相应的运行，再将数控系统运行的结果反馈给所述机床仿真单元。

11)加工模拟仿真界面，设置于所述虚拟显示屏中，用于显示进行虚拟加工的数控程序的工件和刀具模拟仿真情况，其中，所述用户操作除了包括上述的对虚拟复位键、虚拟执行键或虚拟循环启动键的操作之外，还包括：工件大小选择、刀具选择、参数设置等。

12)远程桌面通讯模块，用于实现所述加工模拟仿真界面与所述数控单元之间的通信。

13)操作提示模块，用于根据用户当前的操作情况按照如图1B所示的顺序和逻辑给予下一个操作的提示，从而令用户对机床产生实时的认识。

虚拟现实是一种综合了计算机图形技术、多媒体技术、人机交互技术、网络技术、3D显示技术及仿真技术等多种科学技术综合发展起来的计算机领域的最新技术。虚拟现实的特点在于以模仿的方式为用户创造一种虚拟的环境，使得用户产生一种沉浸于虚拟环境的感觉，并与虚拟环境相互作用从而引起虚拟环境的实时变化。

在一种优选的实施方式中，所述虚拟机床模型为：包括了VR显示装备(VR虚拟头盔)、和/或VR操纵装备(手柄或/和手套等)的机床仿真单元采用虚拟现实技术建立的VR机床模型，其中，VR显示装备、VR操纵装备与所述虚拟机头通信连接。此时，机床仿真单元还可以采用虚拟现实技术建立机床所在的车间的三维空间环境模型，从而让操作者有身临其境的用户体验。当用户穿戴VR设备走动时，可以实现在虚拟车间内的相应走动，并根据不同的用户视角呈现不同的车间环境角度。

实施例2

请参阅图2，本发明提供虚拟制造方法，由于上述实施例中的技术特征可以应用于本实施例，因而不再重复赘述。所述虚拟制造方法包括以下步骤：

S201准备步骤：提供实施例1所述的机床的虚拟仿真系统；

S202连接步骤：将所述机床仿真单元与所述数控单元建立连接，其中，二者的通讯方式可以为tcp或udp方式；

S203数控单元工作步骤：所述数控单元进行与所述机床仿真单元中的操作相应的运行，并将运行中产生的数据发送给所述机床仿真单元；

S204机床仿真单元工作步骤：机床仿真单元获取数据后，对数据进行分析和解析，所述虚拟机床模型根据解析结果呈现虚拟的加工过程，例如：进行刀具轨迹虚拟运动和虚拟工件切除等。特别的，还可以采用远程桌面的方式在所述机床仿真单元中显示加工模拟仿真界面，以显示进行虚拟加工的数控程序的工件和刀具模拟仿真情况。

在一实施方式中，在所述数控单元中预先存入待虚拟加工的数控程序，此时，S201准备步骤还包括：在所述机床仿真单元中虚拟启动所述数控程序；S202连接步骤还包括：所述机床仿真单元向所述数控单元发送数据请求；S203数控单元工作步骤中还包括：所述数控单元按照既定协议或所述数据请求的请求内容，每隔一个周期(如：100毫秒)，将所述数控程序在前一个周期内(如：100毫秒内)运行所增加的数据打包发送给所述机床仿真单元，所述数据包括：刀具的运动轨迹、轴的运动信息、或工件的切削信息。所述机床仿真单元获取这些数据后，对数据进行分析和解析，进行虚拟空间中虚拟机床的刀具轨迹运动、工件切除等仿真。

在另一实施方式中，当所述在机床仿真单元进行的操作为机床操作时，例如：对移动所述虚拟进给轴的虚拟旋钮、虚拟机床门的开关键或虚拟机床灯的开关键等，所述机床仿真单元对接收的机床操作指令进行解析，并根据解析出的运动信息驱动所述虚拟机床主体中的相应部件进行相应的运行。然后，每隔第一周期的时间采集所述虚拟机床模型中的所述虚拟主轴、所述虚拟进给轴的虚拟坐标值，打包参数包，并传送给所述数控单元。最后，所述数控单元将对应的主轴或进给轴的坐标值进行相应的改变。

其中，所述机床操作包括：对移动所述虚拟进给轴的虚拟旋钮、虚拟机床门的开关键、虚拟机床灯的开关键的操作、虚拟夹具控制操作、虚拟润滑操作、虚拟油雾冷却操作、虚拟水冷操作、虚拟气冷操作、虚拟机械手操作、虚拟刀盘反转操作、虚拟刀盘正转操作、虚拟主轴定向操作、虚拟主轴松开操作、虚拟主轴卡紧操作、虚拟排屑操作、虚拟主轴正转操作、虚拟主轴反转操作或/和虚拟主轴停止操作。

在又一实施方式中，在所述步骤S204执行之后，所述虚拟制造方法还包括：根据与对虚拟机头操作部件的用户操作而变化的编码规则(如：复位、执行、循环启动)建立消息列表，其中，所述用户操作包括：对虚拟复位键、虚拟执行键、虚拟循环启动键、虚拟上大电、虚拟急停按钮、虚拟伺服上电按钮、虚拟主轴倍率、虚拟进给倍率、虚拟单段按钮、虚拟空运行按钮、虚拟进给保持按钮、虚拟段跳跃按钮、虚拟条件停按钮、虚拟回零按钮、虚拟返回按钮、虚拟中断按钮、虚拟报警按钮、虚拟选择当前运动轴按钮、虚拟选择当前轴运动方向按钮或/和虚拟快进按钮的操作；然后，每隔第二周期的时间，将所述消息列表发送给所述数控单元；最后，所述数控单元识别所述消息列表中的编码信息，并对该编码信息所对应的用户操作进行相应的运行，再将数控系统运行的结果反馈给所述机床仿真单元。

实施例3

请参阅图3，与上述实施例原理相似的是，本发明提供虚拟制造装置3，由于上述实施例中的技术特征可以应用于本实施例，因而不再重复赘述。

所述虚拟制造装置主要包括：虚拟现实环境单元301、虚拟探头302，其中，虚拟现实环境单元301用于建立前述实施例中提到的机床的虚拟仿真系统，虚拟探头302用于让用户能在所述虚拟现实环境单元中探入所述机床虚拟模型的内部观察所述机床的机械组成结构。

所述虚拟现实环境单元301与所述数控单元安装于同一电子终端、主机、微处理器、集成电路芯片中，或者，分别安装于两个电子终端、主机、微处理器、集成电路芯片中。

当机床仿真单元和数控单元设置在同一电子终端时，数控单元可以是装置在机床PC机上模拟控制机床加工运行的数控系统。所述数控系统可以搭载在Linux系统下，通过虚拟机的方式运行在Windows操作系统上，或者，也可以直接搭载在Windows操作系统中、单片机系统中等，此时，机床仿真单元可以搭载在该机床PC机的Windows操作系统中；当机床仿真单元和数控单元设置在不同的电子终端时，数控单元可以是装置在机床里实际控制机床加工运行的数控系统，也可以是装置在机床PC机上的数控系统，此时，机床仿真单元可以是建立在另一台PC机上的Windows操作系统中的应用程序。

在一实施例方式中，所述数控单元还包括：机床控制模块，用于根据所述用户操作进行相应的运行，并控制与所述数控单元对应的机床进行相应运动，且获取该机床进行所述相应运动而产生的运动信息，发送至所述机床仿真单元，以供显示令所述机床虚拟模型在所述虚拟现实环境中执行对应于所述运动信息的运动的情况。

实施例4

请参阅图4，与上述实施例原理相似的是，本发明提供搭载有前述实施例中所述的虚拟制造装置3的电子终端设备4。所述电子终端应至少具备：用于实现数据通信功能的网络模块(有线方式、无线方式)、用于实现数据存储功能的存储模块(ROM、RAM)、用于实现数据处理功能的处理模块(微处理器、集成电路芯片)，例如：台式电脑、笔记本电脑、智能手机、网络云服务器等。由于上述实施例中的技术特征可以应用于本实施例，因而不再重复赘述。

实施例5

请参阅图5，与上述实施例原理相似的是，本发明提供包括实施例4所述的电子终端设备4，以及与之通信连接的机床主体的工业机床系统5。由于上述实施例中的技术特征可以应用于本实施例，因而不再重复赘述。

综上所述，本发明提供的机床的虚拟仿真系统及其虚拟制造方法、制造装置，有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (21)

1.一种机床的虚拟仿真系统，其特征在于，包括：

机床仿真单元，用于提供虚拟机床模型，并获取对所述机床虚拟模型的机床操作和用户操作；

数控单元，用于根据所述机床操作和用户操作进行相应的运行，并将运行情况实时反馈给所述机床仿真单元；

所述机床虚拟模型还用于根据所述数控单元反馈的运行情况，实时进行相应的虚拟工作。

2.根据权利要求1所述的机床的虚拟仿真系统，其特征在于，所述虚拟机床模型包括：

虚拟机床主体，包括：虚拟主轴、虚拟进给轴、虚拟机床外壳和虚拟滑台，并且，所述虚拟机床主体的虚拟机床坐标系与所述数控单元的机床坐标系相互对应；

虚拟机头，用于接收对所述虚拟机床主体的模拟操作，所述虚拟机头包括：虚拟机头操作部件，所述虚拟机头操作部件包括：虚拟键盘、虚拟旋钮、虚拟按钮、虚拟鼠标、虚拟触摸屏或/和虚拟显示屏。

3.根据权利要求1或2所述的机床的虚拟仿真系统，其特征在于，所述虚拟机床模型为VR机床模型；所述机床仿真单元还包括：与所述虚拟机头通信连接的VR显示装备或/和VR操纵装备。

4.根据权利要求2所述的机床的虚拟仿真系统，其特征在于，所述虚拟机床模型还包括：

第一通讯模块，用于接收所述数控单元传送的第一参数包，所述第一参数包中包括：所述数控单元运行得到的轴运动信息、限位坐标、切削信息和刀具信息；

缓冲模块，用于存储接收到的所述第一参数包；

数据解析模块，用于解析接收到的所述第一参数包；

控制模块，用于根据所述数据解析模块的解析结果，控制所述虚拟机床主体的运动，包括：所述虚拟主轴、所述虚拟进给轴、虚拟机床门、虚拟刀盘或虚拟机床灯。

5.根据权利要求2所述的机床的虚拟仿真系统，其特征在于，所述虚拟机床模型还包括：

机床操作模块，用于对接收的机床操作进行解析，并根据解析出的运动信息驱动所述虚拟机床主体中的相应部件进行相应的运行或响应；

所述机床操作包括：对移动所述虚拟进给轴的虚拟旋钮、虚拟机床门的开关键、虚拟机床灯的开关键的操作、虚拟夹具控制操作、虚拟润滑操作、虚拟油雾冷却操作、虚拟水冷操作、虚拟气冷操作、虚拟机械手操作、虚拟刀盘反转操作、虚拟刀盘正转操作、虚拟主轴定向操作、虚拟主轴松开操作、虚拟主轴卡紧操作、虚拟排屑操作、虚拟主轴正转操作、虚拟主轴反转操作或/和虚拟主轴停止操作；

第二通讯模块，用于每隔第一周期的时间采集所述虚拟主轴、所述虚拟进给轴的虚拟坐标值，打包成第二参数包，发送到所述数控单元，覆盖所述数控单元中对应的主轴或进给轴的坐标值。

6.根据权利要求2所述的机床的虚拟仿真系统，其特征在于，所述虚拟机床模型还包括：

用户操作单元，包括消息列表模块，所述消息列表模块中适于存储与所述用户操作对应的编码，所述编码随着所述用户操作中对所述虚拟机头操作部件的操作而发生对应变化；所述用户操作包括：对虚拟复位键、虚拟执行键、虚拟循环启动键、虚拟上大电、虚拟急停按钮、虚拟伺服上电按钮、虚拟主轴倍率、虚拟进给倍率、虚拟单段按钮、虚拟空运行按钮、虚拟进给保持按钮、虚拟段跳跃按钮、虚拟条件停按钮、虚拟回零按钮、虚拟返回按钮、虚拟中断按钮、虚拟报警按钮、虚拟选择当前运动轴按钮、虚拟选择当前轴运动方向按钮或/和虚拟快进按钮的操作；

第三通讯模块，用于每隔第二周期的时间，将所述消息列表模块中的编码信息发送给所述数控单元；

所述数控单元还用于：识别所述编码信息，并对该编码信息所对应的用户操作进行相应的运行，再将数控系统运行的结果反馈给所述机床仿真单元。

7.根据权利要求6所述的机床的虚拟仿真系统，其特征在于，所述虚拟机床模型还包括：

加工模拟仿真界面，设置于所述虚拟显示屏中，用于显示进行虚拟加工的数控程序的工件和刀具模拟仿真情况；所述用户操作还包括：工件大小选择、刀具选择或参数设置；

远程桌面通讯模块，用于实现所述加工模拟仿真界面与所述数控单元之间的通信。

8.一种虚拟制造方法，其特征在于，包括：

准备步骤：提供如权利要求1所述的机床的虚拟仿真系统；

连接步骤：将所述机床仿真单元与所述数控单元建立连接；

数控单元工作步骤：所述数控单元进行与所述机床仿真单元中的操作相应的运行，并将运行中产生的数据发送给所述机床仿真单元；

机床仿真单元工作步骤：机床仿真单元获取所述数控单元运行中产生的数据后，对数据进行分析和解析，所述虚拟机床模型根据解析结果，进行虚拟加工。

9.根据权利要求8所述的虚拟制造方法，其特征在于，

所述准备步骤中还包括：在所述数控单元中存入待虚拟加工的数控程序；在所述机床仿真单元中虚拟启动所述数控程序；

所述连接步骤中还包括：所述机床仿真单元向所述数控单元发送数据请求；

所述数控单元工作步骤包括：所述数控单元按照既定协议或所述数据请求的请求内容，每隔一个周期，将所述数控程序在前一个周期内运行所增加的数据打包发送给所述机床仿真单元，所述数据包括：轴运动信息、限位坐标、切削信息和刀具信息。

10.根据权利要求8所述的虚拟制造方法，其特征在于，包括：

当所述在机床仿真单元进行的操作为机床操作时，所述机床仿真单元对接收的机床操作指令进行解析，并根据解析出的运动信息驱动所述虚拟机床主体中的相应部件进行相应的运行；所述机床操作包括：所述虚拟进给轴的移动操作、虚拟机床门开关操作、虚拟机床灯的开关操作、虚拟夹具控制操作、虚拟润滑操作、虚拟油雾冷却操作、虚拟水冷操作、虚拟气冷操作、虚拟机械手操作、虚拟刀盘反转操作、虚拟刀盘正转操作、虚拟主轴定向操作、虚拟主轴松开操作、虚拟主轴卡紧操作、虚拟排屑操作、虚拟主轴正转操作、虚拟主轴反转操作或/和虚拟主轴停止操作；

每隔第一周期的时间采集所述虚拟机床模型中的所述虚拟主轴、所述虚拟进给轴的虚拟坐标值、主轴转速和当前刀号，打包成第二参数包，并传送给所述数控单元，覆盖所述数控单元中对应的主轴或进给轴的坐标值；

所述数控单元将对应的主轴或进给轴的坐标值进行相应的改变，并改变主轴转速和刀盘刀位。

11.根据权利要求8所述的虚拟制造方法，其特征在于，还包括：

根据与对虚拟机头操作部件的用户操作而变化的编码规则建立消息列表；其中，所述用户操作包括：对虚拟复位键、虚拟执行键或虚拟循环启动键的操作、虚拟上大电、虚拟急停按钮、虚拟伺服上电按钮、虚拟主轴倍率、虚拟进给倍率、虚拟单段按钮、虚拟空运行按钮、虚拟进给保持按钮、虚拟段跳跃按钮、虚拟条件停按钮、虚拟回零按钮、虚拟返回按钮、虚拟中断按钮、虚拟报警按钮、虚拟选择当前运动轴按钮、虚拟选择当前轴运动方向按钮或/和虚拟快进按钮的操作；

每隔第二周期的时间，将所述消息列表发送给所述数控单元；

所述数控单元识别所述消息列表中的编码信息，并对该编码信息所对应的用户操作进行相应的运行，再将数控系统运行的结果反馈给所述机床仿真单元。

12.根据权利要求8所述的虚拟制造方法，其特征在于，所述数控单元与所述机床仿真单元之间的通讯方式为：tcp或udp方式。

13.根据权利要求8所述的虚拟制造方法，其特征在于，所述虚拟加工包括：在所述机床仿真单元中进行刀具轨迹虚拟运动和虚拟工件切除。

14.根据权利要求8所述的虚拟制造方法，其特征在于，采用远程桌面的方式在所述机床仿真单元中显示加工模拟仿真界面，以显示进行虚拟加工的数控程序的工件和刀具模拟仿真情况。

15.一种虚拟制造装置，其特征在于，包括：

虚拟现实环境单元，包括：如权利要求1至7中任一所述的机床的虚拟仿真系统；

虚拟探头，用于让用户能在所述虚拟现实环境单元中探入所述机床虚拟模型的内部观察所述机床的机械组成结构。

16.根据权利要求15所述的虚拟制造装置，其特征在于，所述机床仿真单元与所述数控单元安装于同一电子终端、主机、微处理器、或集成电路芯片中，或者，所述机床仿真单元与所述数控单元分别安装于两个电子终端、主机、微处理器、或集成电路芯片中。

17.根据权利要求15所述的虚拟制造装置，其特征在于，所述机床仿真单元与所述数控单元装置于同一上位机PC的Windows操作系统中，或者，所述机床仿真单元与所述数控单元分别装置于两个上位机PC的Windows操作系统中。

18.根据权利要求17所述的虚拟制造装置，其特征在于，

当所述机床仿真单元与所述数控单元装置于同一上位机PC的Windows操作系统中时，所述数控单元先搭载于Linux系统下，再以虚拟机的方式运行在所述Windows操作系统中，或者，所述机床仿真单元与所述数控单元装置于同一下位机的单片机系统中；

当所述机床仿真单元与所述数控单元分别安装于两个电子终端、主机、微处理器、或集成电路芯片中时，所述数控单元装置于机床，用于控制机床的加工运行。

19.根据权利要求15所述的虚拟制造装置，其特征在于，所述数控单元还包括：机床控制模块，用于根据所述用户操作进行相应的运行，并控制与所述数控单元对应的机床进行相应运行，且获取该机床进行所述相应运行而产生的运行信息，发送至所述机床仿真单元，以供显示令所述机床虚拟模型在所述虚拟现实环境中执行对应于所述运动信息的运动的情况。

20.一种电子终端设备，其特征在于，包括：如权利要求15-19中任一所述的虚拟制造装置。

21.一种工业机床系统，其特征在于，包括：如权利要求20所述的电子终端设备、及与所述电子终端设备通信连接的机床主体。