虚拟数控加工系统的研究与开发

论文摘要

虚拟数控加工是一种通过计算机图形显示技术对数控加工过程进行模拟的技术。随着数控技术的快速发展,我国使用数控机床的人员越来越多,数控机床的培训与虚拟试制工作也越来越重要。研制开发虚拟数控加工系统,非常适合我国国情,具有重大的社会意义和经济价值。论文按照从理论到应用,从设计到实现的顺序,阐述了虚拟数控加工系统中的虚拟现实技术和虚拟制造技术,针对虚拟数控加工系统的开发,设计了系统的总体结构,并对虚拟数控加工场景漫游、刀具轨迹仿真、虚拟数控车削过程、切削力学仿真等模块进行了深入的研究。系统利用跨平台的开源图形引擎OpenSceneGraph(OSG)进行开发,图形生成迅速、对硬件的要求低、便于移植;设计系统结构时充分考虑模块的独立性,并留有扩展接口,使整个系统实用性强、灵活性好;系统根据对数控程序的识别信息作相应的直线插补或圆弧插补仿真,形成刀具运动轨迹曲线,运用OSG模拟三维切削过程,既可以帮助数控机床学习人员学习数控程序,也能帮助设计人员通过虚拟试制检查其数控程序的合理性,可节省机床资源和试制成本;针对现有虚拟数控加工系统中物理仿真较少、且鲜有与几何仿真相结合的问题,本系统对物理仿真中的切削力学模拟进行了深入研究,在虚拟数控加工过程中能同步输出其切削力、切削功率的仿真曲线图,为选择刀具、设计夹具、制定工艺及确定合理的金属切削用量,优化刀具的几何参数等提供重要的参考数据。论文的研究成果在所开发的虚拟数控加工系统中获得了成功的运用。系统实时性强、交互方便,能给人以身临其境的现场数控加工感觉,且具有几何与物理的多种仿真功能,实用价值强、界面友好、使用方便、具有良好的可移植性和可扩充性,为系统的进一步开发与完善奠定了良好的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的提出
• 1.2 虚拟数控加工技术综述
• 1.2.1 虚拟现实
• 1.2.2 虚拟制造
• 1.2.3 虚拟数控加工
• 1.3 国内外研究现状及发展动向
• 1.4 虚拟数控加工技术研究存在的问题
• 1.5 论文的研究内容
• 第2章 开发工具、技术及总体框架
• 2.1 图形引擎OSG
• 2.1.1 OSG简介
• 2.1.2 OSG与OpenGL的关系
• 2.1.3 程序框架
• 2.2 数据库访问技术ADO
• 2.2.1 ADO概述
• 2.2.2 ADO访问方式
• 2.2.3 ADO技术特点
• 2.3 软件开发工具Visual Studio.NET
• 2.4 虚拟数控加工系统总体框架
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于OSG的虚拟数控加工场景漫游
• 3.1 与基于OpenGL虚拟数控场景的比较
• 3.2 虚拟数控加工场景中的实体建模
• 3.3 虚拟数控加工场景的组织
• 3.4 交互式的场景漫游
• 3.5 本章小结
• 第4章 刀具轨迹仿真
• 4.1 数控程序简介
• 4.2 数控程序读取、检错和存储
• 4.2.1 读取
• 4.2.2 检错
• 4.2.3 存储
• 4.3 刀具轨迹仿真框架
• 4.4 逐点比较插补仿真
• 4.4.1 逐点比较直线插补仿真
• 4.4.2 逐点比较法圆弧插补仿真
• 4.5 刀具轨迹仿真实例
• 4.6 本章小结
• 第5章 基于OSG的虚拟数控车削过程
• 5.1 基于OSG的工件绘制
• 5.2 虚拟数控车削过程的实现
• 5.3 刀具碰撞检测
• 5.3.1 碰撞检测方法的选择
• 5.3.2 常用的包围体类型
• 5.3.3 几何图形与BV树的碰撞检测
• 5.3.4 刀具碰撞检测的实现
• 5.4 切削小视窗的实现
• 5.5 切削声效的实现
• 5.6 虚拟数控车削过程实例
• 5.7 本章小结
• 第6章 切削过程中的力学仿真
• 6.1 切削力及切削功率
• 6.1.1 切削力的来源，切削合力及其分解，切削功率
• 6.1.2 切削力经验公式
• 6.2 切削参数数据库的建立
• 6.3 制作切削力参数信息对话框
• 6.4 运用ADO访问切削力参数数据库
• 6.4.1 引入ADO动态链接库，初始化COM库环境
• 6.4.2 创建ADO与数据库的连接
• 6.4.3 添加记录
• 6.4.4 修改数据
• 6.4.5 删除记录
• 6.4.6 数据信息查询
• 6.5 仿真曲线的绘制
• 6.6 切削力学仿真实例
• 6.7 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 论文总结
• 7.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研情况