基于虚拟现实的DMG五轴加工中心仿真系统的研究与开发

摘要

随着我国制造业的不断发展，能加工高精度复杂零件的加工中心显得日益重要。五轴加工中心是一种高精密度的专门用于加工复杂空间曲面的加工中心，目前有些学校已经开设了五轴加工中心相关的学习课程。本文基于虚拟现实技术，通过Unity3D引擎和C＃脚本，开发了一款以德玛吉DMU50五轴加工中心为原型，同时具有教学功能和实际生产指导功能的五轴加工中心仿真系统。
　　仿真系统对DMU50进行了1∶1的精确建模，再通过3DMAX软件对整个模型进行了贴图、渲染等处理，以增强整个虚拟场景的真实感，并对功能复杂的iTNC530数控系统进行了高还原度的仿真。同时设计了仿真系统的NC代码底层数据结构和代码解释模块来识别NC代码并执行相应操作，仿真软件中的NC代码亦可直接用于生产加工。接着在分析了现有的碰撞算法之后，使用k-DOPs包围盒法进行了碰撞检测。最后设计了以三维点阵为基础的切削算法，通过点阵中关键点的增删策略改变网格外形，对切削过程进行仿真，并通过数学模型对刀具的姿态以及切削判断进行了推导。
　　最终本文完成的五轴加工中心仿真软件，能对手动切削和自动切削进行很好的仿真，同时还原了原数控系统的操作与界面，能对数控代码进行读取存储和编辑，并通过碰撞检测设计了预警模块，用于培养使用者良好的操作习惯，并提供两个案例用于示教实训。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1．2 课题研究意义

1．2 五轴加工中心仿真系统的概述

1．2．1 五轴加工中心概述

1．2．2 虚拟现实技术概述

1．3 数控仿真系统国内外研究现状

1．4 研究目标与内容

第二章 仿真系统总体方案

2．1 加工中心模型的建立以及开发平台的选择

2．1．1 基于开放平台的二次开发

2．1．3 通过软件开发引擎Unity进行开发

2．2 仿真系统的需求分析

2．2．1 教学实训需求分析

2．2．2 加工指导需求分析

2．3．1 仿真系统的整体结构设计

2．3．2 外形构造模块设计

2．3．3 案例示教模块设计

2．3．4 仿真功能模块设计

2．4 仿真系统整体架构设计

2．5 本章小结

第三章 虚拟数控系统的设计与开发

3．1 数控系统的简介

3．2 DMG数控系统及其功能分析

3．2．1 DMG数控系统界面分析

3．2．2 DMG数控系统功能分析

3．3 DMG数控系统的具体实现

3．3．1 操作面板及屏幕的区域划分与构建

3．3．2 数控系统的UI搭建

3．3．3 数控系统逻辑的实现

3．4 本章小结

第四章 仿真系统代码解释算法的研究

4．1 数控代码解析

4．1．1 海德汉数控代码整理

4．1．2 数控代码解析模块设计

4．2 数控代码编译

4．2．1 中间信息储存结构设计

4．2．2 指令支持列表

4．3 本章小结

第五章 仿真系统动态仿真的关键算法研究

5．1．1 碰撞检测概述

5．1．2 Unity3D的碰撞检测

5．2 切削算法

5．2．1 切削算法概述

5．2．2 毛坯创建

5．2．3 切削模块

5．3 本章小结

第六章 五轴加工中心仿真系统

6．1 仿真系统功能介绍

6．2．1 软件整体效果图

6．2．2 软件基本操作

6．3 切削效果展示

6．3．1 手动切削效果展示

6．3．2 代码切削效果展示

6．4 本章小结

7．1 结论

7．2 创新点

7．3 展望

参考文献