虚拟环境下的异地加工技术研究

论文摘要

1981年以来,数控系统逐渐具有人机对话、动态图形显示、软件精度补偿、故障诊断功能等等,同时出现了智能化、柔性化、模块化的多处理机结构。本文是在固高科技深圳有限公司生产开放式数控机床上,运用虚拟现实技术和网络化制造技术进行异地加工技术研究。数控加工技术是制造领域的关键技术之一。利用Solidworks构建模型,3D和Virtools动画交互技术创建机床加工的虚拟环境。通过开放式数控系统内部的PC机对物理机床与数字样机进行同步控制。操作人员可以通过PC机监控和改变机床加工过程,从而实现了人机交互。通过网络PC和PROFIBUS总线串口设备和相关程序研究主从式的控制,增强了机床异地加工能力。本文的主要研究内容有：（1）介绍了开放式数控系统的优点和应用领域,对开放式数控系统在虚拟环境下的加工研究现状作了综述,说明了在异地加工中应用虚拟现实技术的必要性和重要意义。（2）对开放式数控系统的多轴运动控制方式和PC机与运动控制卡之间通信方式进行了分析。一方面,分析了开放式数控系统的硬件构成；另一方面,参考机床说明书和PID控制理论,对机床PID参数进行设定。给出了为实现虚拟样机与物理机同步运动的总体设计方案。（3）在对数控机床进行了机械结构分析的基础之上,利用Solidworks软件建立机床三维实体模型。利用3ds Max对模型文件格式进行转化成Virtools识别的格式。（4）实现虚拟环境下的数据处理与交互控制。通过利用Visual C++和Virtools软件提供的SDK库编写程序代码来实现数控加工程序驱动机床进行加工的同时,PC机的虚拟模型进行相应的运动,初步实现了同步运动。利用PROFIBUS通信对异地加工进行初步研究。（5）添加碰撞检测、可变视角摄像机以及渲染虚拟环境,使虚拟环境更加逼真。给出了系统结构流程图、核心代码以及数控加工实验图。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 相关技术特点及研究现状
• 1.2.1 开放式数控技术
• 1.2.2 虚拟现实技术
• 1.2.3 机床通信技术
• 1.3 课题研究的目的与意义
• 1.3.1 课题研究的目的
• 1.3.2 课题研究的意义
• 1.4 课题研究的主要内容
• 1.5 本章小结
• 第2章 实验系统的构成与调试
• 2.1 实验系统的总体框架
• 2.2 运动控制器的构成与接口
• 2.3 系统电路与通信
• 2.4 PID控制理论与系统的调试
• 2.5 总体设计方案流程
• 2.6 本章小结
• 第3章 数控机床的建模与转换
• 3.1 数控机床的机械结构分析
• 3.2 构建机床三维模型
• 3.2.1 SolidWorks简介
• 3.2.2 数控机床结构简化与建模
• 3.2.3 数控机床的虚拟装配
• 3.3 模型格式的转换
• 3.3.1 Autodest 3ds Max简介
• 3.3.2 安装Autodest 3d Max插件与转换模型格式
• 3.4 构建虚拟场景
• 3.4.1 Virtools Dev简介
• 3.4.2 导入并调整模型
• 3.4.3 导入并设定虚拟场景
• 3.4.4 设定零部件层次结构关系
• 3.4.5 渲染机床模型
• 3.5 本章小结
• 第4章 虚拟样机和物理机的同步通信
• 4.1 添加行为模块
• 4.1.1 添加运动脚本
• 4.1.2 添加碰撞检测
• 4.1.3 添加摄像机
• 4.2 数控系统源代码的分析
• 4.2.1 Visual C++简介
• 4.2.2 Windows下的机床动态链接库
• 4.2.3 部分源代码介绍
• 4.3 在Virtools中调用VC++程序
• 4.3.1 调用Virtools SDK库的数据通信
• 4.3.2 构建同步运动脚本
• 4.4 本章小结
• 第5章 实验测试与结果分析
• 5.1 数控代码解析
• 5.1.1 数控编程简介
• 5.2.2 数控代码解析
• 5.2 加工实验
• 5.2.1 现场加工试验
• 5.2.2 VERICUT虚拟加工
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 附录1. PROFIBUS-DP主站通信程序
• 附录2 数控加工程序