基于WEB的虚拟数控铣削系统的研究与开发

摘要

本文密切结合先进制造技术发展的需要，以虚拟制造技术为研究对象，综合运用虚拟现实技术、计算机网络技术、金属切削理论和数控加工技术等，对基于网络的虚拟数控铣削系统关键技术进行了系统深入的研究，并取得如下研究成果：(1)在对实际数控铣削系统研究和分析的基础上，应用三维CAD建模软件3DSMAX结合虚拟现实建模语言(VRML)，构建了符合虚拟加工要求的数控铣床模型以及铣削加工场景模型。 (2)构造并实现了适合于VRML语言的深度元素(Dexel)毛坯建模方法。该方法基于深度元素建模思想，并充分考虑VRML的语言特点，对于一般的长方体毛坯，采用海拔网格(ElevationGrid)和索引面集(IndexedFaceSet)二节点相结合的方法建模，而对于圆柱体毛坯，则采用拉伸节点(Extrusion)建模，这样可以最大限度地减小计算工作量。 (3)通过VRML的外部编程接口EAI，实现了JavaApplet与VRML场景之间的交互，其中JavaApplet用于建立控制界面，实现对NC代码的检验与编译，同时向VRML场景传递加工数据；VRML语言用于建立加工场景，根据所得到的数据控制工作台的运动以及工件形状的实时显示，同时将加工参数反馈回Applet界面。 (4)开发了基于WEB的虚拟数控铣削系统，并以Tomcat为网络服务平台，搭建了系统运行的网络环境，使得用户能够通过Web浏览器，实现对远程虚拟数控机床的拟实操作。与此同时，通过给出的简易铣削力模型和加工表面形貌仿真算法，即可获得一定切削条件下的铣削力数据和加工表面形貌数据，据此评价加工工艺参数的合理性。 论文工作为丰富虚拟制造建模理论体系、开发功能更加完善的基于网络的虚拟数控铣削系统奠定了良好的基础。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

第一章绪论

§1-1课题的提出及研究意义

1-1-1课题的提出

1-1-2课题研究的目的和意义

§1-2与课题相关的技术基础

1-2-1虚拟现实技术

1-2-2虚拟制造技术

§1-3国内外研究综述

1-3-1国内外研究现状

1-3-2本领域目前存在的问题及发展趋势

§1-4本文主要研究内容

第二章系统设计中的关键技术

§2-1虚拟现实建模语言

2-1-1 VRML概述

2-1-2 VRML的主要形体和运行

2-1-3 VRML的Script节点

2-1-4 VRML浏览器插件

2-1-5 VRML与网络的结合

§2-2系统开发的图形技术

2-2-1 Java 2D图形开发技术

2-2-2 Swing技术

§2-3虚拟铣削系统网络环境的建立

2-3-1系统的客户端开发——Java Applet技术

2-3-2服务器端的开发

§2-4虚拟数控铣削系统设计

2-4-1系统的面向对象分析

2-4-2系统的结构设计

§2-5本章小结

第三章虚拟数控铣削系统几何建模

§3-1虚拟加工环境建模

3-1-1图形在计算机中的一般表示

3-1-2虚拟机床建模工具比较

3-1-3虚拟铣床实体建模

§3-2毛坯建模

3-2-1三维实体表示方法概述

3-2-2毛坯建模方法的选择

3-2-3实体的Dexel模型表示

3-2-4 Dexel模型在VRML中的建立

§3-3本章小结

第四章数控铣削过程仿真研究

§4-1 NC文件的读入与编译

4-1-1 NC文件的读入

4-1-2 NC文件的检验

4-1-3 NC文件的编译

§4-2仿真过程控制算法

4-2-1刀具轨迹计算

4-2-2工作台控制

4-2-3加工过程动态仿真

§4-3铣削力仿真算法

4-3-1铣削力计算

4-3-2铣削力仿真的实现

§4-4表面形貌仿真算法

§4-5本章小结

第五章虚拟数控铣削系统的实现

§5-1虚拟铣削环境漫游的实现

§5-2人机交互界面的建立

5-2-1建立良好的用户界面

5-2-2虚拟铣削系统界面组成

§5-3信息反馈

§5-4程序的优化处理

§5-5摆线轮虚拟加工实例

5-5-1 NC文件的生成

5-5-2系统运行过程

§5-6本章小结

第六章结论与展望

§6-1结论

§6-2对下一步工作的展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢