虚拟数控加工系统的研究与开发

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。