基于web的立式加工中心加工仿真研究

摘要

随着计算机技术和网络技术的迅猛发展，虚拟制造技术成为当前制造业研究的新热点，虚拟加工过程仿真是虚拟制造中的关键技术。为了缩短数控产品的开发周期、减少NC代码的出错率，同时可以利用网络技术实现制造资源的共享，在Web网页上展示自己的数控产品。本文开发了一种基于Web的数控铣削加工仿真系统。利用Java和JavaScript语言在网络上的优越性与VRML（虚拟现实建模语言）技术的交互性，实现了在Web环境下产品三维浏览、运动仿真、装配仿真的功能，此外，利用OpenGL(OpenGraphics Library，开放图形库)强大三维图形显示能力，尤其是它的动画技术和双缓存技术，以Visual C++6.0为编程环境，完成了曲面加工过程的仿真。本文的研究工作主要包括以下几方面:
　　(1)通过对几种传统的数控仿真系统的开发方法研究，提出了基于Web数控仿真系统的开发方案，通过VRML、JavaScript开发仿真环境，利用VC++与OpenGL实现曲面的加工仿真，并设计了仿真系统界面。
　　(2)对数控加工中心机床结构进行了分析，利用Pro/E结合三维图形显示插件VRML建立了机床仿真模型，然后利用JavaScript在网络上的优越性完成了Web网页中机床的运动、装配仿真。
　　(3)研究了数控系统仿真中的关键技术，尤其对其中的建模技术进行了深入的研究，利用基于三角面片的离散矢量法，建立了工件和刀具的离散模型，并规划了刀具的加工路径。
　　(4)研究了数控编程中的数据处理方法，将NC代码翻译成计算机可识别的代码，并在此过程中同时获得了刀位轨迹数据。
　　(5)研究了几种材料去除算法，提出了利用离散矢量求交算法来实现材料的去除，并研究了加工非圆曲面的逼近插补算法，以VC++为开发平台，结合OpenGL三维图形库，实现了曲面的加工过程仿真。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 虚拟现实技术

1．2．1 虚拟现实技术概述

1．2．2 虚拟现实技术的国内外研究现状

1．2．3 虚拟现实技术的分类

1．3 虚拟制造技术

1．3．1 虚拟制造技术的体系结构

1．3．2 虚拟制造技术的国内外研究现状

1．4 数控加工仿真技术

1．4．1 数控加工仿真技术的概述

1．4．2 数控加工仿真技术国外的研究现状

1．4．3 数控加工仿真技术国内的研究现状

1．5 课题研究的主要内容和意义

1．5．1 课题研究的主要内容

1．5．2 课题研究的意义

1．6 本章小节

第2章 立式加工中心机床结构分析与建模

2．1 五轴数控加工中心的类型

2．1．1 主轴回转／摆动型5轴加工中心

2．1．2 工作台回转／摆动型5轴加工中心

2．1．3 主轴与工作台回转／摆动型5轴加工中心

2．2 立式加工中心机床结构分析

2．2．1 机床的特点及参数

2．2．2 数控铣削加工中的刀具

2．3 曲面加工工艺分析

2．3．1 刀具加工路径规划

2．3．2 切削用量的选择

2．3．3 曲面的粗、精加工

2．4 立式加工中心模型建立

2．4．1 机床整体建模思路

2．4．2 VRML虚拟环境中机床模型的建立

2．4．3 Web中机床模型的建立

2．5 本章小结

第3章 仿真系统的开发

3．1 仿真系统的总体框架与界面设计

3．1．1 系统总体框架

3．1．2 系统界面设计

3．2 仿真软件的选择与比较

3．2．1 数控仿真系统的开发方法

3．2．2 本仿真系统采用的开发方式

3．3 VRML与Java、JavaScript间的通信技术

3．3．1 VRML虚拟现实语言的介绍

3．3．2 VRML内部节点通信方法

3．3．3 VRML与Java的通信

3．3．4 VRML与JavaScript的通信实现

3．4 VC++与OpenGL的功能介绍

3．4．1 OpenGL的基本功能

3．4．2 OpenGL的工作流程

3．4．3 OpenGL的动画技术

3．4．4 OpenGL的双缓存技术

3．5 网站系统的开发

3．5．1 网站系统的开发步骤及开发技术选择

3．5．2 ASP实现网络与数据库的接口

3．5．3 仿真系统与网站系统连接

3．5．4 ActiveX技术与Web的连接

3．6 本章小结

第4章 数控加工仿真中的关键技术

4．1 数控加工仿真中的建模技术

4．1．1 实体建模法

4．1．2 基于图像空间建模法

4．1．3 离散矢量建模法

4．1．4 建模方法的比较与选择

4．2 曲面造型技术

4．2．1 数控铣削加工常见的曲面

4．2．2 NURBS曲面造型

4．2．3 用蒙面法构造一般的NURBS曲面

4．3 曲面离散化技术

4．3．1 曲面离散化技术概述

4．3．2 非均匀离散矢量模型

4．4 曲面加工的程序实现

4．4．1 NC代码的结构

4．4．2 加工中心常用的G指令

4．4．3 曲面加工仿真的实现步骤

4．5 本章小结

第5章 数控加工过程仿真

5．1 机床模型的运动与装配仿真

5．1．1 VRML环境中机床模型的运动仿真

5．1．2 Web环境中机床模型的运动仿真

5．1．3 Web网页中虚拟装配仿真

5．2 工件与刀具的建模

5．2．1 工件的建模

5．2．2 刀具的建模

5．3 数控编程的数据处理

5．3．1 插补的原理

5．3．2 仿真中直线与圆弧插补的实现

5．3．3 刀位点轨迹坐标计算

5．3．4 刀具半径插补与实现

5．4 曲面加工去除材料仿真

5．4．1 曲面加工动态仿真的实现算法

5．4．2 OpenGL的动画与实时显示

5．4．3 以VC++6．0为平台实现OpenGL编程

5．4．4 OpenGL三维图形的绘制及显示

5．5 曲面加工仿真实例

5．5．1 简单抛物面加工

5．5．2 U型曲面加工

5．5．3 三次样条曲面加工

5．6 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