轴类零件数控车削仿真系统的研究与开发

论文摘要

随着数控技术的快速发展,数控机床在机械制造业中占据了主导地位,因此,社会对高素质、高技能的数控人才需求急剧增长。高等教育,尤其是职业教育,由于资金匮乏、设备少、学生人数多,原有教学模式无法满足培养社会需要的数控技术人才的需要。而数控仿真系统以实用、逼真、性价比高、使用方便等优点,在高等院校教学中,发挥着越来越重要的作用。目前,国内外在数控仿真系统的研究方面取得了很多成果,但是却没有一款软件是单纯针对教学开发的,现有的仿真系统一定程度上不适合在教学中直接应用。在搜集和研究国内外大量相关文献的基础上,结合数控车削教学软件的应用现状,以数控车床为研究对象,对仿真中的几何建模、代码检验与编译、图形开发技术等问题进行了分析和研究,开发了适合于工科教学和培训的基于OpenGL的轴类零件数控车削仿真系统。论文主要从以下几个方面进行了研究:（1）从数控系统的需求分析、功能模型出发,建立数控车削仿真系统的总体框架。（2）通过对各种建模方法优缺点的分析与研究,采用实体建模中的边界表示法（B-rep）和构造实体几何法（CSG）相结合的方式构建数控车削仿真环境,对刀具、工件、卡盘、车床本体进行三维实体建模。（3）从NC代码结构和格式入手,分析了数控编程时常见的词法、语法错误,针对NC代码的特点设计开发了NC代码编译模块。以标准PC机为硬件平台,以Visual C++6.0模块作为主要开发工具,以OpenGL作为NC代码编译后的图形接口驱动仿真系统绘图。（4）探讨了材料去除算法,构建仿真动态模型。为了使车削过程具有实时性,高质量地显示动画效果,仿真系统采用了毛坯细分法实现材料的切除。（5）在数控车削仿真过程中,利用OpenGL双缓存技术实现数控车削的实时仿真,并通过加工实例完成对系统的测试。仿真系统利用OpenGL强大的三维图形编程功能建立车削仿真的加工环境,运用双缓存技术使车削过程更具有真实感。系统界面友好,使用灵活方便,可扩展,符合工科院校现代教学及培训的需求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪 论
• 1.1 论文选题的背景及研究意义
• 1.1.1 论文选题的背景
• 1.1.2 论文研究意义
• 1.2 国内外数控仿真技术研究现状
• 1.3 高职院校仿真软件应用现状
• 1.4 论文研究的主要内容
• 1.5 本章小结
• 第2章 车削仿真系统的框架设计
• 2.1 车削仿真系统的开发规划
• 2.1.1 车削仿真系统的需求分析
• 2.1.2 仿真系统的功能模型
• 2.2 仿真系统总体框架设计
• 2.2.1 框架设计的基本原则
• 2.2.2 仿真系统的体系结构
• 2.2.3 车削仿真环境的构建
• 2.2.4 车削仿真过程设计
• 2.3 系统的图形开发技术
• 2.3.1 OpenGL 的基本特性
• 2.3.2 OpenGL 的功能与操作
• 2.3.3 OpenGL 的图形处理流程
• 2.4 本章小结
• 第3章 轴类零件仿真环境的几何建模
• 3.1 仿真环境的建模理论基础
• 3.1.1 几何建模系统的类型
• 3.1.2 实体建模的常用方法
• 3.2 建立OpenGL 绘图框架
• 3.2.1 创建新工程
• 3.2.2 OpenGL 绘图框架的构建
• 3.3 仿真环境的几何建模
• 3.4 本章小结
• 第4章 NC 代码编译模块的设计
• 4.1 NC 程序的结构与格式
• 4.1.1 NC 程序的组成结构
• 4.1.2 NC 代码程序段格式
• 4.1.3 NC 程序段中的指令功能
• 4.2 NC 代码编译模块的总体设计
• 4.3 NC 代码的读取
• 4.3.1 NC 代码的读取方式
• 4.3.2 NC 代码的数据结构
• 4.4 NC 代码的查错
• 4.4.1 词法分析
• 4.4.2 语法分析
• 4.4.3 语义分析
• 4.5 NC 代码的编译
• 4.5.1 NC 程序信息识别和存储
• 4.5.2 续效代码的处理
• 4.6 NC 刀具轨迹的算法
• 4.6.1 直线插补算法
• 4.6.2 圆弧插补算法
• 4.7 本章小结
• 第5章 轴类零件的数控车削仿真验证
• 5.1 产品的成形过程
• 5.1.1 毛坯建模的理论基础
• 5.1.2 毛坯的数值结构
• 5.1.3 实时车削三维仿真的实现
• 5.2 车削系统控制面板的构建
• 5.3 数控车削仿真实例
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢